Трибологічні властивості композитів у системі ZrN–Si3N4–TiN, отриманих іскроплазмовим спіканням 

     
А.В.Зелінський 2,
 
Г.В.Шпакова 3,
  

1 Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України , вул. Омеляна Пріцака, 3, Київ, 03142, Україна
2 Львівський національний університет імені Івана Франка, вул. Університетська, 1, Львів, 79000, Україна
3 Київский національний університет будівництва та архітектури, просп. Повітрофлотський, 31, Київ, 03037, Україна
zgalatlozynskyy@gmail.com

Порошкова металургія - Київ: ІПМ ім.І.М.Францевича НАН України, 2021, #09/10
http://www.materials.kiev.ua/article/3336

Анотація

Досліджено умови отримання композиційних матеріалів ZrN–Si3N4 та ZrN–Si3N4– TiN методом іскроплазмового спікання, а також механічні та трибологічні властивості консолідованих матеріалів. Показано, що ущільнення композитів ZrN–Si3N4–TiN проходить більш інтенсивно в інтервалі температур 1100–1300 °С, а основним чинником, що інтенсифікує процес ущільнення цих композитів, є нанокристалічний нітрид титану. Було отримано зразки кераміки, % (мас.): 57 ZrN–43 Si3N4 та 84 ZrN–16 Si3N4, з відносною щільністю 0,95 та 0,93 відповідно, а також композити (84 ZrN–16 Si3N4)–15 TiN та (57 ZrN–43 Si3N4)–30 TiN з відносною щільністю ~0,98. Дослідження мікроструктури показало, що в консолідованих композитах ZrN–Si3N4 досягається рівномірний розподіл компонентів в об’ємі матеріалу з середнім розміром зерен 200–300 нм. Композити ZrN–Si3N4–TiN мають більш дрібну структуру з розміром зерен TiN менше 100 нм. Механічні властивості композитів з нітридом титану були вищими, ніж у матеріалів ZrN–Si3N4. Так, твердість за Віккерсом та визначена методом індентування тріщиностійкість композитів із вмістом 15 та 30% ( мас.) TiN склала 18,7 ± 1,1  ГПа і 5,2 МПа · м1/2 та 19,1 ± 1,9 ГПа і 5,8 МПа · м1/2 відповідно. Твердість композитів ZrN–Si3N4 складає ~17 ГПа. Дослідження трибологічних властивостей композиційних матеріалів у парі з твердим сплавом ВК6 та нітридом кремнію показало, що зносостійкість керамічних зразків безпосередньо залежить від вмісту нітриду цирконію та матеріалу контртіла, тобто від їх фізико-хімічної взаємодії. При збільшенні вмісту ZrN до 84% у складі композита суттєво підвищуються його трибологічні властивості за рахунок змащувальної здатності нітриду цирконію. За комплексом триботехнічних властивостей композит (84% (мас.) ZrN–16% (мас.) Si3N4)–15% (мас.) TiN виявився найкращим та може бути рекомендований для використання у вузлах тертя при динамічних режимах навантаження.


SI3N4, TIN, ZRN, ЗНОС, ІСКРО-ПЛАЗМОВЕ СПІКАННЯ, КОМПОЗИТ