способ определения прочности сцепления покрытия с основой
Классы МПК: | G01N19/04 определение адгезионной способности, например изоляционных лент, покрытий |
Автор(ы): | Ненашев Максим Владимирович (RU), Калашников Владимир Васильевич (RU), Деморецкий Дмитрий Анатольевич (RU), Ибатуллин Ильдар Дугласович (RU), Журавлев Андрей Николаевич (RU), Ганигин Сергей Юрьевич (RU), Нечаев Илья Владимирович (RU), Карлова Мария Дмитриевна (RU), Задунайский Александр Степанович (RU), Марков Александр Сергеевич (RU) |
Патентообладатель(и): | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2013-03-29 публикация патента:
20.09.2014 |
Изобретение относится к исследованиям механических свойств покрытий, а именно к способам определения прочности сцепления покрытия с основой. Технический результат достигается тем, что на основу наносят покрытие в виде «сидячей» капли, прикладывают к нему усилие и по величине разрушающей нагрузки определяют адгезионную прочность сцепления как отношение разрушающей нагрузки к площади отрыва покрытия, при этом на локальном участке покрытия формируют «сидячую» каплю из припоя с впаянной в нее гибкой тягой, а усилие на отрыв или на срез прикладывают к гибкой тяге, после отрыва «сидячей» капли с покрытием от основы оценивают площадь отрыва покрытия. Технический результат изобретения заключается в повышении достоверности оценки адгезионной прочности сцепления покрытия с основой, а также в расширении возможности способа.
Формула изобретения
Способ определения прочности сцепления покрытия с основой, заключающийся в том, что на основу наносят покрытие в виде «сидячей» капли, прикладывают к нему усилие и по величине разрушающей нагрузки определяют адгезионную прочность сцепления как отношение разрушающей нагрузки к площади отрыва покрытия, отличающийся тем, что на локальном участке покрытия формируют «сидячую» каплю из припоя с впаянной в нее гибкой тягой, а усилие на отрыв или на срез прикладывают к гибкой тяге, после отрыва «сидячей» капли с покрытием от основы оценивают площадь отрыва покрытия.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к исследованиям механических свойств покрытий, а именно к способам определения прочности сцепления покрытия с основой.
Известен аналогичный способ [1], в котором прочность сцепления покрытия с подложкой определяют отрывом от покрытия штифта, который вставлен в коническое отверстие матрицы заподлицо с рабочей поверхностью матрицы. При этом реализуется схема испытаний на «чистый отрыв» без заметного наличия изгибающих и срезающих составляющих в фиксируемом усилии отрыва.
Недостатком данного аналога является низкая достоверность получаемых результатов из-за высокой вероятности разрушения покрытия по периметру штифта, а также вследствие наличия трения покоя между штифтом и матрицей. Кроме того, данный способ ограничен оценкой прочности сцепления покрытия с основой только на «отрыв» и только на специальных образцах.
В качестве прототипа выбран способ [2], в котором на подложке формируют покрытие, прикладывают к нему сдвигающее усилие и по величине разрушающей нагрузки определяют адгезионную прочность соединения, причем с целью повышения достоверности определения адгезионной прочности соединений спаянных, склеенных или обожженных материалов, формирование покрытия осуществляют методом "сидячей" капли, сдвигающее усилие создают с помощью пластины с отверстием, в котором располагают каплю, диаметр которого выбирают в 5-10 раз больше исходного диаметра капли, а величину Т сдвигающего усилия выбирают из условия T/F 150 МПа, где F - площадь контакта капли с подложкой.
Недостатком данного аналога является низкая достоверность получаемых результатов из-за наличия неоднородности поля сдвигающих напряжений в стыке покрытия с подложкой вследствие точечного приложения сдвигающих усилий. Кроме того, данный способ ограничен оценкой прочности сцепления покрытия с основой только на «срез» и только на специальных образцах.
Технический результат изобретения заключается в повышении достоверности оценки адгезионной прочности сцепления покрытия с основой, а также в расширении возможности способа.
Технический результат достигается тем, что на основу наносят покрытие в виде «сидячей» капли, прикладывают к нему усилие и по величине разрушающей нагрузки определяют адгезионную прочность сцепления как отношение разрушающей нагрузки к площади отрыва покрытия, при этом на локальном участке покрытия формируют «сидячую» каплю из припоя с впаянной в нее гибкой тягой, а усилие на отрыв или на срез прикладывают к гибкой тяге, после отрыва «сидячей» капли с покрытием от основы оценивают площадь отрыва покрытия.
Способ реализуется по следующим этапам.
- На выбранном участке поверхности детали (или образца) ножом наносят риски в виде «решетки» с размером ячейки 1 3 мм. Данные надрезы используются в качестве концентраторов для формирования отрываемого участка покрытия. Это позволяет упростить оценку площади отрыва покрытия путем подсчета оторванных ячеек.
- Облуживают поверхность полученной решетки припоем. Облуживание выполняют путем размещения на поверхности покрытия, смазанной жидким флюсом, кусочка припоя и его разогрева в пламени газовой горелки, что исключает механическое воздействие на покрытие. Если поверхность покрытия не облуживается, то на покрытие наносят тонкий слой материала, имеющего способность к облуживанию (медь, олово, серебро и др.). Чем больше ожидаемая прочность сцепления покрытия с основой, тем тверже выбирают марку припоя.
- Берут гибкую тягу и облуживают один конец припоем той же марки, что и в предыдущем пункте. В качестве гибкой тяги может быть использован стальной трос диаметром 1 2 мм или металлическая цепь с размером звена 1 2 мм.
- Подводят облуженный конец гибкой тяги к облуженному участку покрытия и, разогревая место контакта газовой горелкой, припаивают гибкую тягу к покрытию. При этом в зоне спая формируется «сидячая» капля, в которую впаяна гибкая тяга. Если требуется оценка прочности сцепления покрытия с основой на отрыв, то гибкую тягу припаивают нормально к поверхности покрытия. Если требуется оценка прочности сцепления покрытия с основой на срез, то гибкую тягу располагают касательно к поверхности покрытия.
- Прикладывают монотонно возрастающую нагрузку к свободному концу гибкой тяги вдоль его оси, т.е. нормально к поверхности покрытия при оценке прочности сцепления покрытия на «отрыв» и касательно к поверхности покрытия при оценке прочности сцепления покрытия на «срез». Нагружение выполняют до отрыва покрытия и фиксируют нагрузку отрыва.
- Определяют площадь отрыва методом планиметрирования или путем подсчета оторванных от основы ячеек, сформированных надрезами, сформированными в первом пункте.
- Рассчитывают прочность сцепления покрытия с основой, как отношение разрушающей нагрузки к площади отрыва покрытия.
Пример. Определяли прочность сцепления серебряного покрытия с медной основой на отрыв. Нанесли на плоском участке поверхности с покрытием надрезы в виде «решетки» с размером ячейки 1 мм, сформированной тремя продольными и тремя поперечными надрезами.
Нанесли на поверхность решетки флюс ЛТИ-120 и облудили ее припоем ПОС-61. Один из концов стального троса диаметром 1 мм облудили тем же припоем. Подвели облуженный конец троса нормально к поверхности и припаяли его к покрытию в пламени газовой горелки. Начали нагружать свободный конец троса, создавая отрывающее усилие в месте пайки. При достижении нагрузкой величины 70 Н произошел отрыв троса с покрытием от основы. При этом произошел отрыв 1 ячейки площадью 1 мм2. Расчетное значение прочности сцепления серебряного покрытия с основой составило 70 МПа.
Используемая литература
1. А.с. № 1809370. Образец для определения прочности сцепления покрытия с подложкой / Тимашев С.А., Фоминых В.В., Фоминых Е.В., Филимонов Б.В.. Опубл. 15.04.1993 г.
2. Патент РФ № 2019817. Способ определения адгезионной прочности / Борисенко А.А. Опубл. 15.09.1994 г.
Класс G01N19/04 определение адгезионной способности, например изоляционных лент, покрытий