OBRABOTKAMETALLOV Vol. 25 No. 4 2023 211 MATERIAL SCIENCE ния влияет на подложку и слои покрытия из-за разницы КТР и объясняется изменением термического напряжения с температурой. Поскольку КТР фаз ZrN и CrN в однокомпонентных покрытиях был меньше, чем у подложки сплава ВК8 (рис. 3, а, в, д), то при нагреве слоев ZrN и CrN наблюдается увеличение растягивающих напряжений [22]. Ситуация меняется при анализе КТР присутствующих фаз в многослойном покрытии. Как показано на рис. 3, б, г, е, наибольшую величину КТР имеет подложка и фаза CrN ((60…80) ∙ 10–6 C–1), а фаза ZrN имеет наименьший КТР: 30⋅10–6 C–1 в процессе нагрева и 40⋅10–6 C–1 при охлаждении. Поэтому между фазами многослойного покрытия ZrN, CrN и фазой WC подложки при нагреве создаются условия, увеличивающие сжимающие напряжения в фазе CrN и растягивающие напряжения в фазе ZrN [23]. Выводы В настоящей работе исследовано поведение теплового расширения и параметров кристаллической решетки и проведен анализ развития внутренних напряжений в процессе термоциклирования. На основе экспериментальных данных можно сделать следующие выводы. 1. Параметр кристаллической решетки всех покрытий уменьшался в процессе термоциклирования, что является доказательством факта испарения азота и соответственно изменения химического состава покрытия при термической нагрузке. При этом многослойное покрытие имеет наименьшее изменение параметра решетки, что свидетельствует о возникновении диффузионных барьеров для азота. 2. Анализ искажений кристаллической решетки компонент покрытий исследованных образцов не показывает существенных различий между однокомпонентными и многослойным покрытиями. 3. Все исследуемые покрытия продемонстрировали тепловое расширение, сравнимое с подложкой. Немного более высокое тепловое расширение подложки в однокомпонентных покрытиях приводит к растягивающим напряжениям на интерфейсе. Между фазами многослойного покрытия ZrN, CrN и фазой WC подложки при нагреве создаются условия, увеличивающие сжимающие напряжения в фазе CrN и растягивающие напряжения в фазе ZrN, поэтому следует ожидать, что срок службы многослойных покрытий будет наиболее высоким в сравнении с однокомпонентными покрытиями. Список литературы 1. Krishnan R.S., Srinivasan R., Devanarayanan S. Theory of thermal expansion of crystals // Thermal expansion of crystals. – Pergamon Press, 1979. – Ch. 3. – P. 54–104. – (International Series in the Science of the Solid State; vol. 12). – DOI: 10.1016/B978-0-08021405-4.50008-1. 2. Roy R., Agrawal D.K., McKinstry H.A. Very low thermal expansion coeffi cient materials // Annual Review of Material Science. – 1989. – Vol. 19. – P. 59– 81. – DOI: 10.1146/annurev.ms.19.080189.000423. 3. Padture N.P., Gell M., Jordan E.H. Thermal barrier coatings for gas-turbine engine applications // Science. – 2002. – Vol. 296. – P. 280–284. – DOI: 10.1126/ science.1068609. 4. Numerical simulation and analysis of thermal stress distributions for a planar solid oxide fuel cell stack with external manifold structure / C. Wang, J. Yang, W. Huang, T. Zhang, D. Yan, J. Pu, B. Chi, J. Li // International Journal of Hydrogen Energy. – 2018. – Vol. 43. – P. 20900–20910. – DOI: 10.1016/j. ijhydene.2018.08.076. 5. Dilation behavior of thermal spray coatings / M.L. Bejarano, A. Valarezo, E. Lara-Curzio, S. Sampath // Journal of Thermal Spray Technology. – 2019. – Vol. 28. – P. 1851–1866. – DOI: 10.1007/s11666019-00927-4. 6. Atmospheric plasma sprayed thick thermal barrier coatings: Microstructure, thermal shock behaviors and failure mechanism / S. Tao, J. Yang, F. Shao, H. Zhao, X. Zhong, Y. Zhuang, J. Sheng, J. Ni, Q. Li, S. Tao // Engineering Failure Analysis. – 2022. – Vol. 131. – DOI: 10.1016/j.engfailanal.2021.105819. 7. Structural and transient internal friction due to thermal expansion mismatch between matrix and reinforcement inAl-SiCparticulate composite / S. Kustov, S. Golyandin, K. Sapozhnikov, A. Vincent, E. Maire, G. Lormand // Materials Science and Engineering: A. – 2001. – Vol. 313. – P. 218–226. – DOI: 10.1016/S09215093(01)00971-6. 8. Khor K.A., Dong Z.L., Gu Y.W. Plasma sprayed functionally graded thermal barrier coatings // Materials Letters. – 1999. – Vol. 38. – P. 437–444. – DOI: 10.1016/ S0167-577X(98)00203-1. 9. Öztürk B., Topcu A., Cora Ö.N. Infl uence of processing parameters on the porosity, thermal expansion, and oxidation behavior of consolidated Fe22Cr stainless
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1