Analiza stanu naprężeń w powłokach ceramicznych wielofazowych dwuwarstwowych otrzymywanych metodami PVD na podłożu metalicznym

W pracy przedstawiono wyniki badań naprężeń własnych w układzie stal AISI 316L-powłoka Ti-B/Ti-Si-C po procesie formowania z zastosowaniem dwóch metod: ablacji laserowej PLD oraz dwuwiązkowej metody IBAD, wykorzystując tarcze z węglika tytanowo-krzemowego Ti3SiC2 oraz dwuborku tytanu TiB2. Badania składu fazowego oraz jego zmian w funkcji odległości od powierzchni przeprowadzono metodą dyfrakcji rentgenowskiej (XRD) w geometrii Bragg-Brentano oraz stałego kąta padania dla kątów 0,5° i 1°. Wartości naprężeń własnych obliczano metodą g-sin2ψ, wyznaczając uprzednio precyzyjnie położenie pików dyfrakcyjnych dla kolejnych odbić fazy Fe-γ. Budowa powłok Ti-B/Ti-Si-C była wielofazowa. W zależności od zastosowanej metody formowania wystąpiły niewielkie różnice w składzie fazowym warstw w powłoce oraz rodzaju i wielkości makronaprężeń. Przeprowadzono obliczenia numeryczne rozkładu temperatury oraz naprężeń w układzie stal AISI 316L-powłoka Ti-B/Ti-Si-C, wykorzystując program Ansys. Wyniki przeprowadzonych obliczeń wskazały na większe wartości naprężeń w analizowanym układzie niż wyznaczone metodą g-sin2ψ.

---

In this paper X-ray diffraction method was used to analyze residual stresses in AISI 316L steel after Ti-B/Ti-Si-C coatings deposition. Bi-layered coatings were formed at room temperature by dual beam ion assisted deposition IBAD and pulsed laser deposition PLD techniques using compound targets of Ti3SiC2 and TiB2. XRD analysis was conducted in Bragg-Brentano and grazing incident geometry for 0,5° and 1°. Residual stresses were calculated by g-sin2ψ method, using precise location of X-ray diffraction peaks previously determined for successive reflections of Fe-γ phase. Ti-B/Ti-Si-C coatings were multiphase. There were differences in phase composition of coatings and type and size of macrostress determined in steel, depending on deposition method. Additionally, the numerical calculations of temperature distribution and stress distribution after Ti-B/Ti-Si-C coatings deposition were carried out using Ansys finite element commercial software. The results obtained from numerical calculations show some discrepancy with results obtained by g-sin2ψ method.