CS202306B1 - Zařízení pro měření a registraci délkových změn podlouhlého vzorku při elektrochemických dějích - Google Patents

Description

Vynález se týká zařízení pro měření a registraci délkových změn podlouhlého vzorku při elektrochemických dějích, např. při galvanickém pokovování, popřípadě vodíkování kovů.

Zařízení je založeno na dilatometrické metodě, jejíž princip spočívá v tom, že se na páskový nebo drátový vzorek vylučuje povlak, nebo se vzorek podrobuje procesu navodíkovéní, a v průběhu těchto operací se měří nebo automaticky registruje jeho zkracování nebo prodlužování. Z těchto délkových změn se pak výpočtem určuje charakter a velikost vnitřního pnutí vylučovaného povlaky resp. intenzita pronikání vodíku do zkušebního vzorku. Poněvadž jak vnitřní pnutí povlaků, tak i navodíkování často silně zhoršuje původní mechanické vlastnosti základního materiálu, je měření těchto veličin významné nejen pro zvyšování kvality vlastních povlakových systémů, ale i pro zvyšování trvanlivosti pokovených součástí a dílů, resp. dílů, při jejich výrobě anebo provozní funkci dochází k navodíkování.

Známé zařízení pro měření a registraci délkových změn podlouhlého vzorku při elektrochemických dějích sestává z upínacího rámu pro upnutí nehybného konce měřeného vzorku, z napínacího ústrojí působícího na pohyblivý konec měřeného vzorku konstantním předpětím a z hlavice s vestavěným elektrickým indikátorem délkových změn vzorku. Pohyblivá část elektrického indikátoru je pevně spojena s pohyblivým koncem měřeného vzorku, pevná část indikátoru je připojena k matici mikrometriekého šroubu a mezi pevnou čásťí elektrického indikátoru a maticí mikrometriekého šroubu je axiální valivé ložisko. Tento známý přístroj

202 306 s elektrickým indikátorem deformací má eice vysokou citlivost, avšak při měření velmi jemných deformací vzorku Jsou výsledky měření zatíženy těžko definovatelnými chybami· Předavším proto, že je citlivý i na malé změny teploty, které vyvolávají rušivé teplotní dilatace přístrojových částí. Kromě toho je řešen tak, že ani při velmi přesné výrobě není možno dosáhnout nezbytné přísné souoeosti pohyblivé a pevné části elektrického indikátoru· Dalěím zdrojem chyb je , že při měření je vertikální poloha pevná části indikátoru fixována tlakem průžiny na přírubu indikátorového pouzdra, které ee opírá o axiální kuličkové ložisko mikrometrické matice. Jemné nepřesnosti závitového spojení kuličkového ložiska a pružinových čel vedou i při mírném otřesu přístroje k nežádoucím jemným posuvům pevné části indikátoru. A konečně další těžko definovatelné chyby jsou vyvolány tím, Ze zkoušený vzorek není celý ponořen do zkoušené lázně. To má za následek, že části vzorku v nadhladinové atmosféře podléhá parazitním teplotním dilatacím vyvolaným mírnými změnami teploty této etmosféry. Proto je u dosavadního přístroje omezena možnost využití vysoké citlivosti elektrického indikátoru deformací a přístroj vyžaduje pracné a časově náročné temperováni.

Tyto nedostatky odstraňuje zařízení pro měření a registraci délkových změn podlouhlého vzorku při elektrochemických dějích, sestávající z upínacího rámu pro upnutí nehybného konce měřeného vzorku, z napínacího ústrojí působícího na pohyblivý konec měřeného vzorku konstantním předpětím a z hlavice s vestavěným elektrickým indikátorem délkových směn vzorku, u něhož pohyblivá část elektrického indikátoru je připojena k matici mikrometrického šroubu a mezi pevnou částí elektrického indikátoru a maticí mikrometrického šroubu je axiální valivé ložisko, jehož podstata spočívá v tom, že k nosné části zařízení je v místě středu dvojcívky elektrického indikátoru umístěno upevňovací zařízení této dvojcívlqr a že mezi pevným pouzdrem elektrického indikátoru a axiálním ložiskem mikrometrické matice je vložena nadlehčovací pružina, přičemž nosné části i pohyblivé části zařízení předvádějící délkové změny vzorku na elektrický indikátor jsou zhotoveny z téhož materiálu s koefi· cientem tepelné roztažnosti od 1.10“? a₀ 5,10”^ °C~\ Je výhodné, jestliže stopka, na níž je upevněna pohyblivá část elektrického indikátoru, js zhotovena z taveného křemene, nebol tak nedochází k nežádoucím axiálním posunům jádra vyvolaným teplotními dilataeemi stopky· Pro ochranu proti náhlým změnám teploty a koroznímu působení obklopující atmosféry je výhodné, když je nosný stojan a cylindrický nosič zařízení opatřen ochranným krytem.

Zařízení podle vynálezu je déle blíže vysvětleno na popise příkladu jeho provedení pomocí výkresu, kde na obr. 1 js pohled ns celé dilatometrické zařízení, kde je jako elektrického indikátoru použito indukčního snímače, na obr. 2 průřez snímačovou hlavici zařízení a na obr. 3 příčný řez touto hlavicí.

Zařízení podle vynálezu je složeno z upínacího rámu _2, J, nosných částí i, 5,» (> i vnitřní pohyblivé části 2, která je zčásti zakreslena čárkovaně. Přesnou souosost zajišluje cylindrické provedení nosných a pohyblivých částí, a rušivý vliv kolísání teploty je potlačen tím, že všechny jsou zhotoveny ze stejného materiálu s nízkým koeficientem teplot· ní roztažnosti, např. ze slitiny Invar. Kolísání teploty v průběhu měření vyvolává tudíž jen mslé délkové změny nosných £, 2, 6 i pohyblivých částí 2» a poněvadž js jejich funkční délka přibližně stejná, tyto dilatace se ještě navzájem kompenzují.

202 301

Na obr. 2 je ve skutečné velikosti znázorněno řešení snímačové hlavice přístroje. Dvojcívka 8 snímače je upevněna v pouzdru 2» které musí být z nemagnetického materiálu, např. z mosazi. Pouzdro 2 se tudíž vyznačuje značnou teplotní roztažností. K potlačení jejího rušivého vlivu je u přístroje podle vynálezu vyřešeno fixování výchozí vertikální polohy dvojcívky 8 oproti noané části £, to je stojanu, a to pomocí aretace. Řešení spočívá v tom, že horní Část noané části £ je upravena jako kleština 10. která umožňuje sevření pouzdra 2, pomocí pružné svěrky 11 a aretačního šroubu 12. Přitom je svěrka 11 situo vána ve středu dvojcívky 8 snímače. Sevřením svěrky 11 vznikne pevné spojení pouzdra 2 s nosnou částí £ jen v místě dvojcívky 8, zatímco dolní i horní část pouzdra 9 mohou volně dilatovat. Pro uvolnění mikrometrioké matice 13 se totiž vyřadí z funkce celý mechanic ký převod od noané části 6 přes jeho závitové spojení s mikrometrickou maticí £2, axiální kuličkové ložisko 14 na snímačové pouzdro 2 nadlehčované pružinou 15. ^a tím se eliminují nežádoucí jemné posuvy dvojcívky 8, vyvolávané dosud nedokonalostí závitů a kuličkového ložiska, jakož i těžko definovatelnými teplotními dilatacemi celého systému i mosazného pouzdra. Mikrometrioké matice zde tedy slouží pouze k cejchování přístroje, resp. ke stanovení lineárního rozmezí použitého snímače, a kromě toho k přesnému ustavení výchozí nulové polohy dvojcívky 8 snímače oproti jeho feritovému jádru 16.

Na horním konci pohyblivé části J přístroje je soustředně upevněna stopka 17 nesoucí feritové jádro 16 snímače. Z principiálních důvodů musí být stopka 17 zhotovena rovněž z nemagnetického materiálu, podobně jako pouzdro snímače 9. Kovové nemagnetické materiály se vesměs vyznačují značnou te plotní roztažností a použití kovové stopky 17 feritového jádra 16 má za následek nežádoucí axiální posuvy jádra £6, vyvolané teplotními dilatacemi stopky 17. Proto je podle vynálezu použito jako stopSy 17 broušeného válečku z taveného křemene, který má ještě nižší koeficient teplotní roztažností než Invar.

Dosavadní chyby při měření, vyvolané neúplným ponořením upnutého vzorku ve zkoušené lázni, jsou podle vynálezu potlačeny dokonalou izolací horního upínače £8. Spočívá v toa, že kovová část upínače je upevněna v soustředném izolačním pouzdru a prostor mezi oběma částmi je vyplněn izolační hmotou, např. dentacrylem. Po upnutí vzorku pomocí svorky z nerezavějící oceli se tato nakonec odizoluje nasazením teflonového krytu. Tento způsob umožňuje úplné ponoření vzorku i do silně agresivních lázní.

Vývody dvojcívky 8 snímače jsou spojeny pomocí ohebných izolovaných vodičů 19 s kontakty konektoru 20, upevněného na cylindrickém nosiči χ. Aby byly eliminovány chyby vyvolané náhlými změnami teploty laboratorní nebo provozní atmosféry, je horní část přístroje podle vynálezu chráněna krytem 22. zhotoveným z průhledného materiálu, např. z plexiskla. Kryt 22 ae na přístroj nasazuje bezprostředně před vlastním měřením a slouží jako tepelná izolace přístrojových částí i jako jejich ochrana proti působení obklopující atmosféry, která je ve většině případů agresivní.

Upínací rám, sestávající z dolního upínače 2 a závěsných tyčí χ, je řešen snadno vyměnitelný, přičemž materiál závěsných tyčí χ, izolovaných teflonovými trubkami se volí podle účelu měření. Při běžném měřením zejména provozně-kontrolním, jsou závěsné tyče χ

202 306 zhotoveny ze stejného materiálu jako zkoušený vzorek ♦, a v tomto případě lze zanedbat kolísání teploty zkoušené lázně, poněvadž rušivé teplotní dilatace vzorku a závěsných tyčí J se vzájemně kompenzují. Při přesných měřeních jsou upínací tyče 2 ^z materiálu o nízkém koeficientu teplotní roztažnosti; v tomto případě se v průběhu vlastního měření sleduje teplota zkoušené lázně a při hodnocení výsledků ae provede korekce se zřetelem na rozdílnou teplotní roztažnost vzorku J_ a závěsných tyčí J.

Poslední podmínkou pro eliminování dosavadních chyb při měření je přísně sou středné připevnění jádra <16 na jeho stopku 17 z taveného křemene. U přístroje podle vynálezu je k tomu účelu použito jednoduchého montážního přípravku, který není na výkrese zakreslen, jenž umožňuje přesně soustředné přilepení daného feritového jádra 16 na stopku 17 z taveného křemene, a to přímo v daném přístroji. Lepení se provádí před sestavením horní části přístroje a před upevněním dvojcivky 8 snímače ve vnitřním otvoru pouzdra Montážní přípravek je v podstatě pístek, jehož vnější průměr se shoduje s vrtáním pouzdra j). V dolním čele pístku je vysoustružen slepý otvor, jehož průměr je shodný s průměrem feritového jádra 16. Hloubka otvoru je taková, aby po zasunutí jádra 16 do otvoru vyčnívalo jádro 16 asi o 1 mm nad čelo pístku. Do horního čela pístku je vešroubován šroub, který volně prochází horním otvorem pouzdra 9, Postupuje se tak, že se na horní čelo stopky 17 a na přečnívající čelní plošku jádra 16 zasunutého do pístku nanese tenký film lepidla, pístek s jádrem 16 se vtáhne do pouzdra 2 ^a pouzdro s pístkem se opatrně zasune do vrtání kleštiny 10. až soustředně situované jádro 16 dosedne na stopku 17. Po důkladném zatvrdnutí lepidla se pouzdro 9 i s pístkem opatrně vyjme.

Zařízení pro vyvození počátečního pomocného předpětí páskového nebo drátového vzorhi je podobné jako u dosud známého přístroje. Pro přehlednost je na obr. 1 zakreslena pouze předpínací matice 23 a čárkovaně pohyblivá Část 7 tvořená vodícím pístem s pístní tyčí. Také zde se nejprve nestaví velikost předpětí pomocí předpínací matice 23. která stlačuje cejchovanou tlačnou pružinu umístěnou pod vodicím pístem. Potom se soustředně upne páskový nebo drátový V2orek mezi horní upínač 18 a dolní upínač 2 a po uvolnění matice 23 je přístroj připraven k měření.

Zařízení podle vynálezu pracuje takto :

Před vlastním měřením se provede temperování přístroje na teplotu zkoušeného prostředí, např. galvanické lázně. Podle druhu lázně se použije bu3 temperování mimo lázeň, nebo přímo v lázni, přičemž je v lázni ponořen celý upnutý vzore j_. Výstup 21 ae připojí na zeailoveč pracující s nosnou frekvencí 5 až 8 kHz, na jehož výstup ae připojí měřicí nebo registrační zařízení, např. čs. souřadnicový zapisovač BAK-4T. Otáčením mikrometrické matiee 13 se ustaví nulová poloha dvojcivky 8 snímače oproti jeho mikroampérmetru. Dokonalého vytemperováni přístroje je dosaženo, když se tato poloha ustálí i při přepnutí zesilovače ne nejvyšší citlivost. Potom se vyváží impedanční můstek zesilovače, aretačním šroubem 12 se zafixuje poloha dvojcivky 8 snímače, uvolní se mikrometrické matice 13 a nasadí ae izolační kryt 22. Tím je celé zařízení připraveno k automatické registraci časového průběhu deformací vzorku.

202 306

Vysoká citlivost a stabilita měření přístrojem podle vynálezu rozšiřuje možnosti jeho využití. Přístroje lze použít k měření vnitřního pnutí všech drunů galvanických povlaků v průběhu jejich vylučování na různé základní materiály, a to nejen povlaků běžných a velkých tlouštěk, ale i velmi tenkých povlaků pod 1 /um. Využitelnost stroje se rozšiřuje i na měření vnitřního pnutí kysličníkových povlaků, vytvářených např. při elektrolytické oxidaci hliníku a jeho slitin. Prakticky významná možnost průběžného měření vnitřního pnutí, resp. objemových změn galvanických, kysličníkových i organických povlaků, jakož i objemových změn různých materiálů, které probíhají během jejich stárnutí. Oblast využiti přístroje podle vynálezu se dále rozšiřuje o průběžné měření intenzity navodíkování kovů, probíhajícím především při úpravarenských procesech, např. při moření, katódie· kém odmašťování, dekapování, i při vlastním vytváření povlaků, jakož i o měření desorpce vodíku z navodíkoveného kovu během odvodíkovaeích procesů, resp. v průběhu stárnutí.

V technické praxi je tedy přístroj přímo využitelný pro provozní kontrolu měřicích, odmašlovecích, dekapovacích a galvanických lázní, a to bezprostředně po jejich přípravě i v průběhu jejich provozního stárnutí; je také významný pro zjišlování příčin vytváření defektních povlaků a pro stanovení nejvýše přípustného vnitřního pnutí povlaků v jednotil· vých konkrétních případech.

V oblasti výzkumu je nezbytný pro formulaci nových typů lázní, zejména se zřetelem na ověřování vlivu funkčních přísad a nečistot, i vlivu pracovních podmínek. Kromě toho významně rozšiřuje dosavadní výzkumnou metodiku, zaměřenou na prohlubování poznatků o mechanismu vzniku vnitřního mechanického napětí povlaků a povrchových oblastí pokovených dílů, o dějích probíhajících v počátečním stadiu vytváření povlaků, o chování vodíku v kovech, o mechanismu vodíkového křehnutí kovů, o působení různých inhibitorů a promotorů vodíkování, o vlivu galvanického pokovování na mechanické vlastnosti pokovených dílů atd. Poněvadž je přístroj podle vynálezu v současné době špičkovým přístrojem tohoto druhu, projeví se jeho další aplikační možnosti po jeho rozšíření na různá výrobní a výzkumná pracoviště.

Claims (3)

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

1. Zařízení pro měření a registraci délkových změn podlouhlého vzorku při elektrochemických dějích, sestávající z upínacího rámu pro upnutí nehybného konce měřeného vzorku, z napínacího ústrojí působícího na pohyblivý konec měřeného vzorku konstantním předpětím a z hlavice s vestavěným elektrickým indikátorem délkových změn vzorku, u něhož pohyblivá část elektrického indikátoru je připojena k matici mikrometric· kého šroubu a mezi pevnou částí elektrického indikátoru a maticí mikrometrického šroubu je axiální valivá ložisko, vyznačující se tím, že k nosné části /4/ zařízení je v místě středu dvojcívky /8/ elektrického indikátoru umístěno upevňovací zařízení /10, 11, 12/ této dvojcívky /8/, a že mezi pevným pouzdrem /9/ elektrického indikátoru a axiálním ložiskem /14/ mikrometrické matice /13/ je vložena nadlehčovací pru6

202 300 žina /15/, přičemž nosné části /4, 5, 6/ i pohyblivé části /7/ zařízení pro pře vádě ní délkové změny vzorku /1 / na elektrický indikátor jeou zhotoveny z téhož materiálu s koeficientem tepelné roztažností od 1.10“? do 5.10^-® °C“\

2. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že elektrický indikátor má pohyblivou čáat /16/ upevněnou na atopce /17/ z taveného křemene.

3. Zařízení podle bodů 1 a 2, vyznačujíoí ae tím, že nosný stojan /4/ a cylindrický nosič /5/ jsou opatřeny ochranným krytem.