OBRABOTKAMETALLOV Vol. 25 No. 4 2023 203 MATERIAL SCIENCE важны не только с научной точки зрения, но и для практического использования [1]. Тепловое расширение становится все более важным для оценки потенциальных применений материала при изготовлении деталей и конструкций. Материалы с низким тепловым расширением широко используются в электронных устройствах, термобарьерных покрытиях, материалах прецизионного оборудования, компонентах тепловых двигателей и др. [2]. В некоторых системах или композиционных материалах следует устранять несоответствия теплового расширения между различными материалами или даже избегать его, так как оно может привести к накоплению термического напряжения на контактных поверхностях [3]. Термическое несоответствие между покрытием и подложкой или слоями многослойного покрытия преобладает во время осаждения покрытия или термообработки. Следовательно, возникающие термические напряжения требуют детального анализа коэффициента теплового расширения (КТР) [4]. Образование оксидов, остаточных напряжений и границ раздела являются характеристиками покрытий, вызванных процессом термического напыления. Поскольку поведение при объемном расширении обычно наблюдается в покрытиях, нанесенных термическим напылением, то определение правильных значений КТР имеет важное значение для проектирования и прогнозирования характеристик покрытия при термических нагрузках [5]. Параметры процесса напыления влияют на тепловое расширение из-за фазовых изменений, вызванных окислением, образованием соединений и др. Термические напряжения возникают из-за различий в КТР между покрытием и подложкой, а также в результате появления температурного градиента во время длительного процесса напыления [6, 7]. Известно, что деформации из-за термического несоответствия сильно влияют на прочность соединения компонентов с покрытием и срок службы термической усталости [8]. КТР количественно определяет расширение и усадку из-за изменений температуры материала. КТР материалов подложки и покрытия сильно влияет на прочность адгезии покрытия. Значительное изменение КТР приводит к несоответствию деформаций, вызывая трещины и деградацию покрытия в целом [9, 10]. Отличающийся коэффициент теплового расширения на границе раздела вызывает изменение локального объема в этой области [11]. К примеру, в покрытии на суперсплаве на основе Ni несоответствия деформаций покрытия и подложки создают внутренние напряжения в покрытии, что приводит к повреждению слоев поверхности раздела покрытия [6]. In situ рентгеноструктурный анализ является надежным инструментом для оценки температурно-зависимых свойств подложки и покрытий. Это помогает понять тепловое расширение, размер кристаллитов, рост зерен и изменение напряжения и деформации в зависимости от температуры [12, 13]. На основе приведенной литературы можно утверждать, что объемное расширение и искажение решетки могут вызывать внутренние напряжения в исходном материале. В связи с этим для обнаружения процессов несоответствия материалов по теплофизическим параметрам целесообразно использовать метод in situ синхротронной рентгеновской дифракции [14]. Величина полной ширины на полувысоте (FWHM) рентгеновских рефлексов может отражать эволюцию внутреннего напряжения при термической нагрузке [15, 16]. Например, из-за теплового расширения происходят изменения межплоскостного расстояния, связанные с определенной кристаллографической ориентацией, в то время как расширение дифракционного пика происходит, если дефекты решетки присутствуют в достаточно большом количестве в пределах рассеивающего объема, а также при возникновении микронапряжений. В результате несоответствия термической деформации создаются локальные остаточные напряжения, которые варьируются от зерна к зерну. Наличие зернозависимых локальных деформаций решетки вдоль кристаллографического направления подразумевает существование распределения межплоскостных расстояний (имеющих некоторую ширину Δdhkl) вокруг заданного «среднего» межплоскостного расстояния (dhkl) [17]. Иногда предполагается, что межзеренное напряженное состояние является постоянным, и поэтому его можно игнорировать при анализе. Однако это предположение часто не выполняется [18]. Деформация каждого зерна зависит как от его ориентации, так и от ориентации соседних зерен. Если зерно относительно
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1