OBRABOTKAMETALLOV Vol. 25 No. 2 2023 69 MATERIAL SCIENCE Введение С развитием технологии производства материалов при изготовлении режущих инструментов, пресс-форм, деталей двигателей и других механических компонентов в основном применяются твердые покрытия [1, 2]. В качестве материалов покрытий в первую очередь используются нитриды металлов, таких как хром, ниобий, цирконий, тантал, титан, или их комбинации [3–5]. Такие покрытия способны выдерживать высокую нагрузку и температуру, в условиях которых работает режущий инструмент. Стоит отметить, что покрытия используются не только для обеспечения режущего инструмента необходимыми характеристиками. Как показывают исследования, некоторые материалы, например CrN, применимы в качестве покрытия циркониевого сплава для использования в материалах, устойчивых к авариям топлива [6, 7], а ZrC/TaC, Ru–Al/Ru–Si–Zr находят применение в авиационной промышленности – в частности, при изготовлении лопаток газотурбин [8, 9]. При этом основными способами нанесения покрытий можно назвать реактивное магнетронное распыление [3, 10], вакуумную пайку [11], термическое напыление [12], высокоскоростное физическое осаждение из паровой фазы [13, 14] и импульсное электроосаждение [15]. В настоящей работе применялся метод вакуумно-дугового плазменного осаждения [16]. Несмотря на широкое использование нитридных покрытий при изготовлении режущего инструмента, исследуются и границы применения этих покрытий, а также свойства, приобретенные после определенного воздействия на материал покрытий. В большинстве случаев исследуются коррозионная стойкость [17] и процессы оксидирования [10, 18] при температурах более 1000 °С. Авторы работы [17] выяснили, что многослойные покрытия Cr/CrN на подложке циркониевого сплава Zr-4 демонстрируют хорошую стойкость к окислению паром с уменьшением толщины слоев многослойного покрытия. Однако первостепенные задачи охарактеризования процесса нанесения многослойных покрытий в литературе не описаны. Проблема заключается в сложности нанесения толстых слоев многослойных многокомпонентных покрытий с различными физическими характеристиками. В первую очередь это касается коэффициента линейного теплового расширения (КЛТР) компонент многослойного покрытия. Поскольку процесс нанесения и эксплуатации покрытий заключается в термическом воздействии, то компоненты покрытия с разным КЛТР со временем будут подвержены растрескиванию и дальнейшему разрушению, что приводит к выходу изделий из строя. Во взаимосвязи перечисленные работы дают понять, что важно знать не только характеристики и свойства нитридных покрытий, но и кинетику структурного поведения многослойных покрытий, получаемых в результате термического воздействия на воздухе. Поэтому целью настоящей работы является in-situ исследование закономерностей структурных изменений многослойных покрытий CrN/ZrN, нанесенных на подложку ВК8 (8 % вес. Сo, WC – остальное) методом вакуумно-дугового плазменного осаждения после термических испытаний на воздухе с температурой воздействия от 30 до 750 °С. Проведенные исследования будут полезны для формирования знаний о поведении материалов с различными физическими свойствами в составе многослойных покрытий при повышенных температурах эксплуатации покрытий в инженерных приложениях, например, режущего инструмента. В основу работы поставлена задача исследования структурно-фазового состава многослойных покрытий CrN/ZrN в процессе нагрева подложки сплава ВК8 с нанесенным многослойным покрытием чередующимися нитридными слоями CrN и ZrN. Целью данной работы является in-situ исследование многослойных покрытий ZrN/CrN посредством рентгеноструктурного анализа с использованием синхротронного излучения, а также изучение качественного поведения микронапряжений многослойных покрытий, полученных плазменно-ассистированным вакуумно-дуговым методом на подложку из сплава ВК8 при термическом воздействии до 750 °С. Результатом является обеспечение возможности определения в процессе нагрева изменений характеристик многослойных покрытий, таких как изменение параметра кристаллической решетки каждой из компонент покрытия по отдельности, возможности определения коэффициента теплового расширения компонент покрытия и качественного определения микронапряжений, а также
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1