РОЗВИТОК ТЕХНОЛОГІЙ ОТРИМАННЯ ПСЕВДОСПЛАВІВ І ТОНКИХ НАНОКРИСТАЛІЧНИХ ПОКРИТТІВ

Автор(и)

  • Сергій Анатолійович Князєв Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0001-6422-3658
  • Валерія Валеріївна Субботіна Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0002-3882-0368
  • Ганна Олександрівна Князєва Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0002-5290-7566
  • Андрій Олександрович Мейлехов Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0002-8142-6024
  • Валентин Анатолійович Рябоштан Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0001-5826-5085

DOI:

https://doi.org/10.18664/1994-7852.211.2025.327115

Ключові слова:

псевдосплави, тонкі плівки (покриття), нітридні покриття, багатокомпонентні покриття

Анотація

У статті розглянуто останні тенденції створення псевдосплавів і нанокристалічних тонких покриттів (плівок). Коротко  розглянуто сфери застосування цих матеріалів. Головний акцент зроблено на розгляданні системи вольфрам-мідь і  нітридних покриттів, отриманих методами вакуумно-плазмових технологій. Загальною рисою цих груп матеріалів є  нерівноважні умови їх отримання з формуванням метастабільного структурного стану.

Біографії авторів

Сергій Анатолійович Князєв, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

кандидат технічних наук, докторант кафедри матеріалознавства

Валерія Валеріївна Субботіна, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

доктор технічних наук, професор кафедри матеріалознавства

Ганна Олександрівна Князєва, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

PhD, доцент кафедри матеріалознавства

Андрій Олександрович Мейлехов, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

молодший науковий співробітник кафедри матеріалознавства

Валентин Анатолійович Рябоштан, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

PhD, доцент кафедри матеріалознавства

Посилання

Lassner E., Schubert W.-D. Tungsten: properties, chemistry, technology of the element, alloys, and chemical compounds, Kluwer Academic. Plenum Publishers, New York, 1999. 447 р.

Rieck G. D. Tungsten and its Compounds, Pergamon Press, London, 1967. 148 р.

Abu-Oqail A., Ghanim M., El-Sheikh M., El-Nikhaily A. Effects of processing parameters of tungsten–copper composites. Int J Refract Met Hard Mater. 2012. Vol. 35. Р. 207-212. URL: https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2012.02.015 (last access: 25.11.2024).

Vettivel S. C., Selvakumar N., Leema N., Lenin A. H. Electrical resistivity, wear map and modeling of extruded tungsten reinforced copper composite. Mater Des. 2014. Vol. 56 (2). Р. 791-806. URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.matdes.2013.11.070 (last access: 25.11.2024).

Chen P., Luo G., Shen Q., Li M., Zhang L. Thermal and electrical properties of W–Cu composite produced by activated sintering. Mater Des. 2013. Vol. 46 (6). Р. 101-105. URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.matdes.2012.09.034 (last access: 25.11.2024).

Zivelonghi A., You J. H. Mechanism of plastic damage and fracture of a particulate tungsten-reinforced copper composite: A microstructure-based finite element study. Comput Mater Sci. 2014. Vol. 84. Р. 318-326. URL: https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2013.11.067 (last access: 25.11.2024).

Chen P., Shen Q., Luo G., Li M., Zhang L. The mechanical properties of W–Cu composite by activated sintering. Int J Refract Met Hard Mater. 2013. Vol. 36. Р. 220-224. URL: https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2012.09.001 (last access: 25.11.2024).

Lee S. H., Kwon S. Y., Ham H. J. Thermal conductivity of tungsten–copper composites. Thermochim Acta. 2012. Vol. 542. Р. 2-5. URL: https://doi.org/10.1016/j.tca.2012.03.022 (last access: 25.11.2024).

Selvakumar N., Vettivel S. C. Thermal, electrical and wear behavior of sintered Cu–W nanocomposite. Mater Des. 2013. Vol. 46. Р. 16-25. URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.matdes.2012.09.055 (last access: 25.11.2024).

Tejado E. W−Cu metal matrix composites for next generation fusion devices. Materials Today. 2020. Vol. 38. Р. 136−137. URL: https://doi.org/10.1016/j.mattod.2020.07.001 (last access: 25.11.2024).

Coenen J, Riesch J., You H. Tungsten composite materials for fusion first wall applications. Proceedings of the IAEA Fusion Energy Conference. Kyoto, Japan, 2016.

Chong F.L. Development of W/Cu plasma facing component for fusion device. Materials Science Forum. 2015. Vol. 809/810. Р. 750−756. URL: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.809-810.750 (last access: 25.11.2024).

Xu L., Yan M. Xia Y., Peng J., Li W., Zhang L, et al. Influence of copper content on the property of Cu–W alloy prepared by microwave vacuum infiltration sintering. J Alloys Compd. 2014. Vol. 592. Р. 202-206. URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2013.12.202 (last access: 25.11.2024).

Duan L., Lin W., Wang J., Yang G. Thermal properties of W–Cu composites manufactured by copper infiltration into tungsten fiber matrix. Int J Refract Met Hard Mater. 2014. Vol. 46. Р. 96-100. URL: https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2014.05.022 (last access: 25.11.2024).

Kecskes L. J., Klot B. R., Cho K. C., Dowding R. J., Trexler M. D. Densification and structural change of mechanically alloyed W-Cu composites. Metall Mater Trans A. 2001. Vol. 32. Р. 2885-2893. URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s11661-001-1039-0 (last access: 25.11.2024).

Ibrahim H., Azizan A., Rahmat A. Enhanced liquid-phase sintering of W–Cu composites by liquid infiltration. Int J Refract Met Hard Mater. 2014. Vol. 43. Р. 222-226. URL: https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2013.12.004 (last access: 25.11.2024).

Xu L., Yan M., Peng J., Srinivasakannan C., Xia Y., Zhang L., et al. Influences of temperatures on tungsten copper alloy prepared by microwave sintering. J Alloys Compd. 2014. Vol. 611. Р. 34-37. URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2014.05.084 (last access: 25.11.2024).

Dorfman L. P., Houck D. L., Scheithauer M. J., Frisk T. A. Synthesis and hydrogen reduction of tungsten–copper composite oxides. J Mater Res. 2002. Vol. 17. Р. 821-830. URL: https://doi.org/10.1557/JMR.2002.0120 (last access: 25.11.2024).

Hamada E., Malekzadeh M., Sadrnezhaad S. K. W–15 wt% Cu nanocomposite produced by hydrogen-reduction/sintering of WO3–CuO nanopowder. Int J Refract Met Hard Mater. 2010. Vol. 28. Р. 441-445. URL: https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2010.02.002 (last access: 25.11.2024).

Fan J., Liu T., Zhu S., Han Y. Synthesis of ultrafine/nanocrystalline W–(30–50) Cu composite powders and microstructure characteristics of the sintered alloys. Int J Refract Met Hard Mater. 2012. Vol. 30(1). Р. 33-37. URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2011.06.011 (last access: 25.11.2024).

Meng Y., Shen Y., Chen Ch., Li Y., Feng X. Microstructures and formation mechanism of W–Cu composite coatings on copper substrate prepared by mechanical alloying method. Appl Surf Sci. 2013. Vol. 282. Р. 757-764. URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.apsusc.2013.06.049 (last access: 25.11.2024).

Huang L. M., Luo L. M., Ding X. Y., Luo G. N., Zan X., Cheng J. G., et al. Effects of simplified pretreatment process on the morphology of W–Cu composite powder prepared by electroless plating and its sintering characterization. Powder Technol. 2014. Vol. 258. Р. 216-221. URL: https://doi.org/10.1016/J.POWTEC.2014.03.027 (last access: 25.11.2024).

Lee H., Park S. H., Seo S. G., Kim S. J., Kim S. Ch., Park Y. K., et al. Preparation and characterization of copper nanoparticles via the liquid phase plasma method. CurrentNanosci. 2014. Vol. 10. Р. 7-10. URL: http://dx.doi.org/10.2174/1573413709666131111221741 (last access: 25.11.2024).

Zhang L., Chen W., Luo G., Chen P., Shen Q., Wang C. Low-temperature densification and excellent thermal properties of W–Cu thermal-management composites prepared from copper-coated tungsten powders. J Alloys Compd. 2014. Vol. 588. Р. 49-52. URL: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2013.11.003 (last access: 25.11.2024).

Kirakosyan H. V., Aydinyan S. V., Kharatyan S. L. Composite W-Cu powders obtained by joint reduction of oxides in combustion mode. Int J SHS. 2016. Vol. 25. Р. 215-223. URL: https://link.springer.com/article/10.3103/S1061386216040051 (last access: 25.11.2024).

Merzhanov A. G. Thermally coupled SHS reactions. Int J SHS 2011. Vol. 20. Р. 61–63. URL: ttp://dx.doi.org/10.3103/S1061386211010109 (last access: 25.11.2024).

Kharatyan S. L., Merzhanov A. G. Coupled SHS reactions as a useful tool for synthesis of materials: an overview. Int J SHS. 2012. Vol. 21. Р. 59-73. URL: https://link.springer.com/article/10.3103/S1061386212010074 (last access: 25.11.2024).

Aydinyan S. V., Kirakosyan H. V., Kharatyan S. L. Cu-Mo composite powders obtained by combustion-coreduction process. Int J Ref Met Hard Mater. 2016. Vol. 54. Р. 455-463. URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2015.09.002 (last access: 25.11.2024).

Kirakosyan H. V., Minasyan T. T., Niazyan O. M., Aydinyan S. V., Kharatyan S. L. DTA/TGA study of CuO and MoO3 co-reduction by combined Mg/C reducers. J Therm Anal Calor. 2016. Vol. 123. Р. 35-41. URL: http://dx.doi.org/10.3390/jcs5120318 (last access: 25.11.2024).

Shiryaev A. A. Thermodynamic of SHS: modern approach. Int J SHS. 1995. 4:3. Р. 51-62.

Hou C., Song X. Y., Tang F. W., Li Y. R., Cao L. J., Wang J., Nie Z. R. W−Cu composites with submicron- and nano-structures: Progress and challenges. NPG Asia Materials. 2019. Vol. 11. Р. 74. URL: http://dx.doi.org/10.1038/s41427-019-0179-x (last access: 25.11.2024).

Fan J. L., Liu T., Zhu S., Han Y. Synthesis of ultrafine/nanocrystalline W−(30−50)Cu composite powders and microstructure characteristics of the sintered alloys. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2012. Vol. 30. Р. 33−37. URL: https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2011.06.011 (last access: 25.11.2024).

Tsakiris V., Lungu M., Enescu E., Pavelescu D., dumitrescu G., Radulian A., Mocioi N. Nanostructured W−Cu electrical contact materials processed by hot isostatic pressing. Acta Physica Polonica A. 2014. Vol. 125. Р. 348−352. URL: https://doi.org/10.12693/APhysPolA.125.348 (last access: 25.11.2024).

Dong L. L., Chen W. G., Hou L. T., Deng N., Zheng C. H. W−Cu system: Synthesis, modification, and applications. Powder Metallurgy and Metal Ceramics. 2017. Vol. 56. Р. 171−184. URL: https://doi.org/10.1007/s11106-017-9884-6 (last access: 25.11.2024).

Chen A. Q., Huo W. T., Dong L. L., Chen W. G., Zhou Y. Recent advance of copper tungsten composite materials [J]. Materials China. 2021. Vol. 40 (2). Р. 152−160. URL: https://doi.org/10.7502/j.issn.1674-3962.202002006 (last access: 25.11.2024).

Wang Y. L., Zhuo L. C., Yin E. H. Progress, challenges and potentials/trends of tungsten−copper (W−Cu) composites/pseudo-alloys: Fabrication, regulation and application. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2021. Vol. 100. Р. 105648. URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2021.105648 (last access: 25.11.2024).

Lungu M. V. Synthesis and processing techniques of tungsten copper composite powders for electrical contact materials: A review. Oriental Journal of Chemistry. 2019. Vol. 35(2). Р. 491−515. URL: http://dx.doi.org/10.13005/ojc/350201 (last access: 25.11.2024).

OH J W, NA H, CHO Y S, CHOI H. In situ synthesis of bimetallic tungsten−copper nanoparticles via reactive radio-frequency (RF) thermal plasma. Nanoscale Research Letters. 2018. Vol. 13. Р. 220. URL: https://doi.org/10.1186/s11671-018-2623-1 (last access: 25.11.2024).

Kobayashi N., Kawakami Y., Kamada K., Li J. G., Watanabe T., Ishigaki T. Spherical submicron-size copper and copper−tungsten powders prepared in RF induction thermal plasma. Journal of the Japan Society of Powder and Powder Metallurgy. 2007. Vol. 54. Р. 39−43. URL: https://doi.org/10.2497/jjspm.54.39 (last access: 25.11.2024).

Li X. J., Hu P., Wang J. S., Chen S. Q., Zhou W. Y. In situ synthesis of core−shell W−Cu nanopowders for fabricating full-densified and fine-grained alloys with dramatically improved performance. Journal of Alloys and Compounds. 2021. Vol. 853. Р. 156958. URL: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.156958 (last access: 25.11.2024).

Pervikov A. V., Lozhkomoev A. S., Dvilis E. S. Synthesis of W−Cu composite nanoparticles by the electrical explosion of two wires and their consolidation by spark plasma sintering. Materials Research Express. 2019. 6(12). Р. 1265i9. URL: http://dx.doi.org/10.1088/2053-1591/ab715b (last access: 25.11.2024).

Bandyopadhyay A., Bose S. Additive manufacturing. 2nd ed. New York: CRC Press. 2019. 484 p. URL: https://doi.org/10.1201/9780429466236 (last access: 25.11.2024).

Froes F. H., Boyer R. Additive manufacturing for the aerospace industry. Amsterdam: Elsevier, 2019.

Milewski J. O. Additive manufacturing of metals: From fundamental technology to rocket nozzles, medical implants, and custom jewelry. Berlin: Springer, 2017.

Tan C. L., Zhou K. S., Kuang T. C. Selective laser melting of tungsten-copper functionally graded material[J]. Materials Letters. 2019. Vol. 237. Р. 328−331. URL: https://doi.org/10.1016/j.matlet.2018.11.127 (last access: 25.11.2024).

Li R. D., Shi Y. S., Liu J. H., Xie Z., Wang Z. G. Selective laser melting W−10wt.%Cu composite powders. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2010. Vol. 48. Р. 597−605. URL: https://doi.org/10.1007/s00170-009-2304-4 (last access: 25.11.2024).

Song C. H., Yang Y. Q., Liu Y., Luo Z. Y., Yu J. K. Study on manufacturing of W−Cu alloy thin wall parts by selective laser melting. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2015. Vol. 78. Р. 885−893. URL: https://doi.org/10.1007/s00170-014-6689-3 (last access: 25.11.2024).

Gu D. D., Shen Y. F., Wu X. J. Formation of a novel W-rim/Cu-core structure during direct laser sintering of W−Cu composite system. Materials Letters. 2008. Vol. 62. Р. 1765−1768. URL: https://doi.org/10.1016/j.matlet.2007.09.087 (last access: 25.11.2024).

Qian M. Metal powder for additive manufacturing. JOM. 2015. Vol. 67. Р. 536−537. URL: https://doi.org/10.1007/S11837-015-1321-Z (last access: 25.11.2024).

Saheb S. H., Durgam V. K., Chandrashekhar A. A review on metal powders in additive manufacturing. Proceedings of the Third International Conference on Inventive Material Science Applications. Coimbatore, India. 2020. 2281. 020018. URL: https://doi.org/10.1063/5.0026203 (last access: 25.11.2024).

Bykov Yu. V., Rybakov K. I., Semenov V. E. High-temperature microwave processing of materials. J. Phys. D: Appl. Phys. 2001. Vol. 34 (13). R55. URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0022-3727/34/13/201 (last access: 25.11.2024).

Cheng J. P., Agrawal D. K., Komarneni S., Mathis M., Roy R. Microwave processing of WC-Co composities and ferroic titanates. Mater. Res. Innovations. 1(1997). Р. 44-52. URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s100190050017 (last access: 25.11.2024).

Wong W. L. E., Gupta M. Improving overall mechanical performance of magnesium using nano-alumina reinforcement and energy efficient microwave assisted processing route. Adv. Eng. Mater. 2007. Vol. 9. Р. 902. URL: https://scholarbank.nus.edu.sg/handle/10635/85300 (last access: 25.11.2024).

Wielage B., Krause H., Leparoux S., Lampke T., Buryan M. Sintern von Keramik in einem gasbeheizten Ofen mit Mikrowellenunterstützung. Gaswärme International, Vol. 51 (2002) No.8, Р. 342-347.

Roy R., Agrawal D., Cheng J., Gedevanishvili S. Full sintering of powder metal bodies in a microwave field. Nature. 1999. Vol. 399. Р. 668-670. URL: https://www.scirp.org/reference/referencespapers?referenceid=134816 (last access: 25.11.2024).

Anklekar R.M., Bauer K., Agrawal D.K., Roy R. Improved mechanical properties and microstructural development of microwave sintered copper and nickel steel PM parts Powder Metall. 2005. Vol. 48. pp. 39-46. URL: https://doi.org/10.1179/003258905X37657 (last access: 25.11.2024).

Gupta M., Wong W.L.E. Enhancing overall mechanical performance of metallic materials using two-directional microwave assisted rapid sintering. Scripta Mater.2005. Vol. 52. pp. 479-483. URL: https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2004.11.006 (last access: 25.11.2024).

Takayama S., Link G., Sato M., Thumm M., AIChE Annual Meeting, Austin.2004. pp. 485.

Perelaer J., B.-J. de Gans, Schubert U.S. Ink-jet Printing and Microwave Sintering of Conductive Silver Tracks. Adv. Mater.2006. Vol. 18. pp. 2101-2104. URL: https://doi.org/10.1002/adma.200502422 (last access: 25.11.2024).

Vladoiu R., Mandesa A., Dinca V., Tichy M., Kudrna P., Ciobotaru C.C., Polosan S. Versatile techniques based on the Thermionic Vacuum Arc (TVA) and laser-induced TVA methodsfor Mg/Mg:X thin films deposition-A review. Journal of Magnesiumand Alloys. 2024. Vol. 12. pp. 3115–3134. URL: https://doi.org/10.1016/j.jma.2024.08.012 (last access: 25.11.2024).

Khondoker Safin Kaosar Saad, Tasfia Saba, Adib Bin Rashid Application of PVD coatings in medical implantology for enhanced performance, biocompatibility, and quality of life. Review article. Heliyon. 2024. Vol. 10. pp. e35541. URL: https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e35541 (last access: 25.11.2024).

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-03-28

Номер

№ 211 (2025): Збірник наукових праць Українського державного університету залізничного транспорту

Розділ

Механічна інженерія

Ліцензія

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.