способ определения адгезионной и когезионной прочностей газотермических покрытий

Формула изобретения

1. Способ определения адгезионной прочности газотермических покрытий, заключающийся в выполнении образца в виде подложки и нанесенного на нее исследуемого газотермического покрытия и разрыве образца с помощью штока для определения адгезионной прочности, отличающийся тем, что подложку, выполненную с отверстием, помещают в матрицу и фиксируют крышкой с отверстием, в отверстие матрицы помещают шток с пояском так, чтобы поверхность пояска штока и подложки находились в одной плоскости, края крышки выкладывают фольгой, на поверхность подложки и пояска наносят газотермическое покрытие, высотой, равной толщине крышки, при этом выступ подложки из под крышки не должен превышать толщину покрытия, разрыв образца осуществляют в разрывной машине.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для определения величины прочности на срез после нанесения покрытия устанавливают на подложку крышку матрицы, выполненную с возможностью приложения к штоку усилия среза.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к облаете определения физико-механических свойств покрытий и предназначено для определения адгезионной и когезионной прочности газотермических покрытий.

Известен способ определения адгезионной прочности (патент РФ №2146044 С1, МПК 7 G01N 19/04, 2000 г.), заключающийся в равномерном отрыве от подложки покрытия, приклеенного к контробразцу, при котором перед нанесением покрытия подложку разрезают на три части, между разрезанными частями помещают фольгу так, чтобы она не выходила на поверхность подложки, предназначенную для нанесения покрытия, выравнивают части подложки по упомянутой поверхности и скрепляют струбциной, а после приклеивания образца к контробразцу снимают струбцину и удаляют фольгу.

Недостатком данного способа является то, что при определении адгезионной прочности газотермического покрытия расчеты производятся с учетом адгезионной прочности клеевой композиции, при определении которой существует серьезная погрешность, так как отрыв может происходить по клею (при этом площадь отрыва в прототипе не рассчитывается), а также не рассчитывается величина ее когезионной прочности газотермического покрытия и прочности покрытия на срез.

Технический результат направлен на повышение точности адгезионной прочности покрытия штифтовым методом с покрытием любой толщины, а также определение и расчет когезионной прочности покрытия и прочности покрытия на срез.

Технический результат достигается тем, что способ определения адгезионной прочности газотермических покрытий, заключающийся в выполнении образца в виде подложки и нанесенного на нее исследуемого газотермического покрытия и разрыве образца с помощью штока для определения адгезионной прочности, при этом подножку, выполненную с отверстием, помещают в матрицу и фиксируют крышкой с отверстием, в отверстие матрицы помещают шток с пояском так, чтобы поверхности пояска штока и подложки находились в одной плоскости, края крышки выкладывают фольгой, на поверхность подложки и пояска наносят газотермическое покрытие, высотой, равной толщине крышки, при этом выступ подложки из-под крышки не должен превышать толщины покрытия, разрыв образца осуществляют в разрывной машине, для определения величины прочности на срез после нанесения покрытия устанавливают на подложку крышку матрицы, выполненную с возможностью приложения к штоку усилия среза.

Отличительными признаками от прототипа является то, что в предлагаемом способе при определении адгезнонной прочности используется штифтовой метод, при этом подножку, выполненную с отверстием, помещают в матрицу и фиксируют крышкой с отверстием, в отверстие матрицы помещают шток с пояском так, чтобы поверхности пояска штока и подложки находились в одной плоскости, края крышки выкладывают фольгой, на поверхность подложки и пояска наносят газотермическое покрытие, высотой, равной толщине крышки, при этом выступ подложки из-под крышки не должен превышать толщины покрытия, разрыв образца осуществляют в разрывной машине, а для определения величины прочности на срез после нанесения покрытия устанавливают на подложку крышку матрицы, выполненную с возможностью приложения к штоку усилия среза.

Заявленный способ соответствует категории «новизна» и позволяет сделать вывод о соответствии критерию «существенное отличие».

На фиг.1 изображена предлагаемая установка для определения адгезионной прочности. На фиг.2 - установка при испытании на когезионную прочность. На фиг.3 - предлагаемая установка для определения прочности на срез.

Способ осуществляется следующим образом:

При определении адгезионной прочности (фиг.1) подложку 1, выполненную с отверстием диаметром D, помещают в матрицу 2 и фиксируют крышкой с отверстием, в отверстие 3 матрицы 2 помещают шток 6 диаметром d с пояском, равным диаметру отверстия поджики так, чтобы поверхности пояска штока 6 и подложки 1 находились в одной плоскости, края крышки выкладывают фольгой 9, на поверхность подложки и пояска наносят газотермическое покрытие 10, толщиной h, равной толщине крышки 3, при этом выступ а подложки 1 из-под крышки 3 не должен превышать толщины покрытия h, разрыв образца осуществляют в разрывной машине, при нанесении покрытия больше толщины h, его обрабатывают до номинальной величины точением; после этого верхний конец штока 6 закрепляют в разрывной машине и производят разрыв образца, при этом площадь отрыва S рассчитывается по формуле [1]:

где D - диаметр отверстия подложки, м,

D - диаметр штока, м.

Для определения когезионной прочности (фиг.2) подложку 1 перед напылением разделяют на две ровные части по оси симметрии отверстия 2 в матрице 3, матрица сверху выкладывается фольгой 4, после чего на ней фиксируют разрезанную подложку 1 болтами 5, наносят покрытие 6 на местах разреза подложки 1, покрытие 6 обрабатывается точением, толщина его в месте раздела замеряется, подложку 1 помещают в разрывную машину, производят отрыв с приложением силы F_к, перпендикулярной линии разреза, к подложке 1, величину когезионной прочности _к определяют по формуле [1]:

где F_к - сила отрыва, H,

h - толщина покрытия м,

l - длина разреза м.

Для определения величины прочности на срез (фиг.3) после нанесения покрытия 1, устанавливают на подложку 2 крышку патрицы 3, выполненную с возможностью приложения к штоку усилия среза, закрепляют болтами 5, после этого матрицу помещают в разрывную машину и производят срез с приложением силы к штоку 6, прочность покрытия на срез определяют по формуле [2]:

где F_cp - усилие среза, Н,

- площадь среза, м².

где =3,14,

d - диаметр штока, м,

h - толщина напыленного покрытия, м.

Пример реализации способа:

Этим способом производились испытания на адгезионную и когезионную прочность газотермических покрытий, выполненные на образцах из различных материалов и диаметром 10 мм, диаметром штифта 2 мм. Адгезионная прочность сцепления _а для образцов с толщиной h>0,3 мм определялась из соотношения: _а=F/S, где F - сила отрыва, S= (D²-d²)/4 - площадь отрыва.

Характерные значения адгезионной и когезионной прочности сцепления приведены в таблице.

Таблица
Материал		Метод напыления	Метод испытания	Прочность сцеп, МПа
покрытия	подложки			Адг.	Ког.
Al	Cu	ХГДН	Штифт.	62	46
Al	ЛС-59	-	Штифт.	64	58
Zn	Cu	-	Штифт.	62	48
Al	Ст.35	-	Штифт.	20	24
Al	40Х	-	Штифт.	38	35
Al	Д16Т	-	Штифт.	50	52
Cu	Cu	-	Штифт.	40	34
Zn	СЧ21	-	Штифт.	12	23
Al	Cu	-	Штифт.	10	12
Ni	Al	-	Штифт.	45	38
Zn	Al	-	Штифт.	45	40
Al	Al	-	Штифт.	50	57
Al	СЧ21	-	Штифт.	22	25

Вывод: из результатов опытов следует, что при испытаниях предложенным штифтовым методом удалось определить точную величину адгезионной и когезионной прочности газотермического покрытия на различных подложках, при этом более высокие значения получены для подложек из менее твердых материалов (латунь ЛС-59, дюраль Д16Т, медь, алюминий).

Таким образом, с помощью этого способа можно более точно определить величину адгезионной прочности независимо от толщины нанесенного покрытия, а также рассчитать количественно величину когезионной прочности покрытия и прочность покрытия на срез.

Источники информации

1. Патент РФ №2146044 С1, МПК 7 G01N 19/04, 2000 г. - Способ определения адгезионной прочности газотермических покрытий.

2. Тушинский Л.И., Плохов А.В. Исследование структуры и физико-механических свойств покрытий. - Новосибирск, Наука, 1986, с.55-67.