ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 25 № 4 2023 202 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ In situ анализ кристаллической решетки нитридных однокомпонентных и многослойных покрытий ZrN/CrN в процессе термоциклирования Андрей Воронцов 1, а, *, Андрей Филиппов 1, b,*, Николай Шамарин 1, c, Евгений Москвичев 1, d, Ольга Новицкая 1, e, Евгений Княжев 1, f, Юлия Денисова 2, g, Андрей Леонов 2, h, Владимир Денисов 2, i 1 Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, пр. Академический, 2/4, г. Томск, 634055, Россия 2 Институт сильноточной электроники СО РАН, пр. Академический, 2/3, г. Томск, 634055, Россия a https://orcid.org/0000-0002-4334-7616, vav@ispms.ru; b https://orcid.org/0000-0003-0487-8382, andrey.v.fi lippov@yandex.ru; c https://orcid.org/0000-0002-4649-6465, shnn@ispms.ru; d https://orcid.org/0000-0002-9139-0846, em_tsu@mail.ru; e https://orcid.org/0000-0003-1043-4489, nos@ispms.tsc.ru; f https://orcid.org/0000-0002-1984-9720, zhenya4825@gmail.com; g https://orcid.org/0000-0002-3069-1434, yukolubaeva@mail.ru; h https://orcid.org/0000-0001-6645-3879, laa-91@yandex.ru; i https://orcid.org/0000-0002-5446-2337, volodyadenisov@yandex.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2023 Том 25 № 4 с. 202–215 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2023-25.4-202-215 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.45.038.7 История статьи: Поступила: 20 сентября 2023 Рецензирование: 26 сентября 2023 Принята к печати: 11 октября 2023 Доступно онлайн: 15 декабря 2023 Ключевые слова: Покрытие Нитриды Параметр решетки РСА КТР Термические напряжения Финансирование Работа выполнена при финансовой поддержке Российской Федерации в лице Министерства науки и высшего образования (проект № 075-15-20211348) в рамках мероприятия № 1.1.16. Благодарности Исследования частично выполнены на оборудовании ЦКП «Структура, механические и физические свойства материалов» (соглашение с Минобрнауки № 13.ЦКП.21.0034). АННОТАЦИЯ Введение. Тепловое расширение – важная теплофизическая характеристика материалов, показывающая их расширение при нагревании. Знание этого свойства важно как с научной точки зрения, так и для практического использования. Материалы с низким тепловым расширением широко применяются в электронике, термобарьерных покрытиях и других областях. Несоответствие в тепловом расширении между различными материалами может привести к термическому напряжению на контактных поверхностях. Метод in situ синхротронной рентгеновской дифракции позволяет обнаружить это несоответствие. Термическое напряжение требует анализа коэффициента теплового расширения. Поведение при объемном расширении наблюдается в покрытиях, нанесенных термическим напылением. КТР важен для проектирования и прогнозирования характеристик покрытия при термических нагрузках. Изменение КТР может вызывать трещины и деградацию покрытия. In situ рентгеноструктурный анализ помогает понять тепловое расширение, размер кристаллитов и изменение напряжения и деформации при изменении температуры. Целью работы является интерпретация и использование in situ высокотемпературной рентгенографии в качестве эффективного инструмента для изучения поведения теплового несоответствия подложки из сплава ВК8 (8 вес.% Co, WC-матрица) с покрытиями CrN, ZrN и многослойным покрытием CrZrN, а также характерные различия между однокомпонентными покрытиями и их комбинации в многослойном покрытии. Методика исследования. В работе исследованы образцы нитридных покрытий хрома и циркония, нанесенных на подложки из твердого сплава ВК8. Основополагающим методом в работе является in situ анализ с использованием синхротронного излучения. Были оценены параметр решетки в зависимости от температуры циклирования, коэффициент теплового расширения при нагреве и охлаждении, а также исследовано несоответствие теплового расширения пары «подложка – покрытие» и слоев покрытия в многослойном покрытии. Результаты и обсуждение. Исследованы параметры кристаллической решетки и тепловое расширение покрытий. Параметр решетки всех покрытий уменьшался в процессе термоциклирования, что свидетельствует об испарении азота. Многослойное покрытие имеет наименьшее изменение параметра, возможно, из-за диффузионных барьеров. Искажения кристаллической решетки в одно- и многослойных покрытиях практически одинаковы. Все покрытия проявили тепловое расширение, схожее с подложкой. В многослойном покрытии создаются условия для сжимающих напряжений в одной фазе и растягивающих – в другой, поэтому срок службы многослойных покрытий ожидается высоким. Для цитирования: In situ анализ кристаллической решетки нитридных однокомпонентных и многослойных покрытий ZrN/CrN в процессе термоциклирования / А.В. Воронцов, А.В. Филиппов, Н.Н. Шамарин, Е.Н. Москвичев, О.С. Новицкая, Е.О. Княжев, Ю.А. Денисова, А.А. Леонов, В.В. Денисов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2023. – Т. 25, № 4. – С. 202–215. – DOI: 10.17212/1994-6309-2023-25.4-202-215. ______ *Адрес для переписки Воронцов Андрей Владимирович, м.н.с. Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, пр. Академический, 2/4, 634055, г. Томск, Россия Тел.: +7 (983) 239-34-17, e-mail: vav@ispms.ru Введение Тепловое расширение является важным теплофизическим свойством материалов и указывает на степень расширения материала при нагревании. Знания о тепловом расширении
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1