патент
№ RU 2624616
МПК G01N19/04

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ СЦЕПЛЕНИЯ ПОКРЫТИЯ С МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ОСНОВОЙ

Авторы:
Бичурин Хамза Исхакович Машков Валерий Николаевич Машков Вячеслав Валерьевич
Все (9)
Номер заявки
2016138310
Дата подачи заявки
27.09.2016
Опубликовано
04.07.2017
Страна
RU
Дата приоритета
27.05.2024
Номер приоритета
Страна приоритета
Как управлять
интеллектуальной собственностью
Иллюстрации 
1
Реферат

Изобретение относится к контролю качества покрытий с металлом и может быть использовано для количественной оценки прочности сцепления покрытия с металлической основой. Сущность: образец с покрытием испытывают воздействием механических нагрузок, по результатам действия которых определяют прочность сцепления покрытия с металлической основой. В качестве механической нагрузки используют усилие давления, прикладываемое к покрытию образца алмазным наконечником индентора. Поверхность образца разделяют на зоны, каждую из которых последовательно нагружают усилием давления с последующим контролем целостности покрытия. Усилие давления на каждой последующей зоне увеличивают и проводят испытание до тех пор, пока не будет выявлена зона с нарушением целостности покрытия. Показатель прочности сцепления определяют по приложенному усилию давления на зоне образца, предшествующей зоне с нарушением сцепления покрытия с основой. Технический результат: снижение трудоемкости осуществления способа и повышение его достоверности. 1 ил.

Формула изобретения

Способ определения прочности сцепления покрытия с металлической основой, согласно которому образец с покрытием испытывают воздействием механических нагрузок, по результатам действия которых определяют прочность сцепления покрытия с металлической основой, отличающийся тем, что в качестве механической нагрузки используют усилие давления, прикладываемое к покрытию образца алмазным наконечником индентора, причем поверхность образца разделяют на зоны, каждую из которых последовательно нагружают усилием давления с последующим контролем целостности покрытия, причем усилие давления на каждой последующей зоне увеличивают и проводят испытание до тех пор, пока не будет выявлена зона с нарушением целостности покрытия, а показатель прочности сцепления определяют по приложенному усилию давления на зоне образца, предшествующей зоне с нарушением сцепления покрытия с основой.

Описание

Изобретение относится к контролю качества покрытий с металлом и может быть использовано для количественной оценки прочности сцепления покрытия с металлической основой.

Известны "Методы контроля прочности сцепления покрытий", пункт 5 ГОСТ 9.302, где:

- по пункту 5.5 - "Метод изгиба" образец с покрытием изгибают под углом 90° в одну сторону, затем в другую до излома;

- по пункту 5.12 - "Метод выдавливания" (штамповки) по ГОСТ 10510, основанный на выдавливании сферических лунок по Эриксену.

Эти методы лишь частично позволяют судить о качестве покрытия без количественной оценки прочности сцепления покрытия с основой, а следовательно, достоверность их невелика.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявленному изобретению является способ определения прочности сцепления соединения покрытия с тонколистовым металлом в процессе деформирования (см. патент РФ №2231044, кл. G01N 19/04, 2004 г.), согласно которому соединение деформируют растяжением с изгибом посредством его прокатки через два формообразующих ролика, один из которых содержит треугольные выступы, а другой - соответствующие им треугольные впадины, углы при вершинах которых изменяются в пределах от 60 до 95° с интервалом в 5°, причем прокатку исследуемого соединения проводят за один оборот роликов, начиная с угла в 60° и заканчивая углом в 95°, а прочность сцепления покрытия с подложкой определяют по соотношению площадей с нарушенным сцеплением покрытия с подложкой и участков с ненарушенным сцеплением.

Для известного способа характерны большая трудоемкость его осуществления, обусловленная необходимостью выполнения нескольких различных схем пластического деформирования листового материала, а также невысокая достоверность, связанная с определением размеров участков с нарушенным и ненарушенным покрытиями.

Техническим результатом настоящего изобретения является снижение трудоемкости осуществления способа и повышение его достоверности.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в способе определения прочности сцепления покрытия с металлической основой, согласно которому образец с покрытием испытывают воздействием механических нагрузок, по результатам действия которых определяют прочность сцепления покрытия с металлической основой, новым является то, что в качестве механической нагрузки используют усилие давления, прикладываемое к покрытию образца алмазным наконечником индентора, причем поверхность образца разделяют на зоны, каждую из которых последовательно нагружают усилием давления с последующим контролем целостности покрытия, причем усилие давления на каждой последующей зоне увеличивают и проводят испытание до тех пор, пока не будет выявлена зона с нарушением целостности покрытия, а показатель прочности сцепления определяют по приложенному усилию давления на зоне образца, предшествующей зоне с нарушением сцепления покрытия с основой.

Сущность заявленного способа поясняется графическими материалами, на которых представлена схема осуществления способа с использованием образца в виде цилиндра.

Заявленный способ осуществляют следующим образом.

Для реализации способа изготавливают образец в виде пластины или цилиндра с центровыми отверстиями по его торцам, на образующую цилиндра или поверхность пластины наносят покрытие толщиной не более 0,1 мм. Покрытие может быть нанесено любым известным способом - гальваническим, плазменным, электроискровым, электрохимическим и др. Изготовленный образец подвергают нагрузке давлением с помощью конического алмазного индентора, вершина которого представляет собой сферическую поверхность с шероховатостью Ra≤0,01 мкм радиусом 1,5 мм для покрытий микротвердостью ≥250⋅107 Па или индентором радиусом 3 мм для покрытий микротвердостью <250⋅107 Па.

В качестве алмазного индентора используют стандартный инструмент для обработки деталей поверхностным пластическим деформированием (ППД) - алмазным выглаживанием.

Ниже будет рассмотрен процесс осуществления способа на цилиндрическом образце диаметром 20 мм и центровыми отверстиями на его торцах.

Для проведения испытаний данного образца необходимо наличие трех движений (фиг. 1):

- движение вращения n образца 1;

- движение перемещения s индентора 2 вдоль оси образца;

- нагрузочное движение индентора к испытываемой поверхности покрытия (в направлении силы нагрузки индентора Ру - силы давления (выглаживания).

Рекомендуемая скорость вращательного движения образца n=200…250 мин-1 (V=15,7…19,6 м/мин), рекомендуемая величина подачи алмазного индентора вдоль оси образца 0,05 мм/об (10…12,5 мм/мин). Перемещение индентора для создания нагрузки - давления в направлении силы Ру - плавное (безударное) вручную.

При испытании плоских образцов используются аналогичные три движения: два взаимно перпендикулярных движения плоского образца или индентора (аналогичных n и s) и одно движение - нагрузочное для индентора (в направлении действия силы нагрузки индентора Ру).

Испытания на определение прочности сцепления покрытия с основой проводятся следующим образом.

Подлежащий испытаниям образец 1 с покрытием устанавливали в центрах универсального токарного станка (фиг. 1). В резцедержателе станка устанавливали устройство (алмазный индентор) 2 с индикацией силы нагрузки алмазного наконечника. Выставляли вершину алмазного наконечника по высоте центров станка. Ведущий центр обозначен позицией 3.

Включали станок, сообщая вращение образцу. Вводили наконечник индентора с образующей образца, устанавливали усилие поджатия наконечника к покрытию поверхности образца и сообщали осевую подачу индентору. Производили нагружение участка образца на заданной длине (например, 5 мм) заданным усилием, например, 5 кгс), после чего отключали осевую подачу индентора и проводили контроль прошедшей нагружение зоны, после чего проводили контроль состояния покрытия (визуально или прибором) и, при целостности покрытия, увеличивали усилие поджима алмазного наконечника к поверхности образца и таким усилием воздействовали на следующую зону образца. Испытания аналогично описанному выше проводили до тех пор, пока по результатам контроля образца не обнаруживали отслаивание покрытия с поверхности образца.

Показания прочности сцепления определяли по значению нагрузки предыдущей зоны образца, при проведении испытаний которого отслаивания покрытия не наблюдалось.

При апробировании способа процесс нагружения образца по зонам проводили с усилиями давления (Ру): 5 кгс, 8 кгс, 11 кгс, 14 кгс, 17 кгс, 20 кгс, 23 кгс, 26 кгс. При давлении более 26 кгс наблюдали разрушение покрытия из-за его переупрочнения (перенаклепа) вследствие пластической деформации.

Для более точной количественной оценки прочности сцепления покрытия может использоваться величина контактного давления алмаза на поверхность покрытия (Рк), соответствующая выглаживанию участка, предшествующего с шелушением покрытия. Для этого нужно знать площадь контакта алмаза с выглаживаемой поверхностью. Чтобы определить эту площадь, алмаз покрывают копотью (сажей) и производят испытание с давлением, значение которого предшествует шелушению покрытия. Затем с помощью инструментального или другого микроскопа определяется площадь контакта индентора с поверхностью и величина давления, равная отношению значения давления к площади контакта.

Контактное давление алмаза на поверхность покрытия (Рк) определяет напряжение, возникающее на границе между покрытием и основой, которое является причиной отслаивания покрытия.

Установлено, что наибольшая прочность сцепления покрытия с металлической основой Рк наиб связана с микротвердостью покрытия (Н) соотношением

Рк наиб=0,34 Н

По результатам апробирования способа установлено, что наибольшая прочность сцепления для гальванического кадмиевого покрытия составляет 17 кг/мм2 (Н=50 кг/мм2), химического никель-фосфорного покрытия - 181 кг/мм2 (Н=550 кг/мм2), гальванического хромового покрытия - 357 кг/мм2 (Н=1050 кг/мм2), гальванического покрытия серебром - 61 кг/мм2 (Н=180 кг/мм2).

Как компенсировать расходы
на инновационную разработку
Похожие патенты