PL210355B1 - Sposób pomiaru odporności cienkich warstw na materiałach metalowych na zużycie przez tarcie - Google Patents

Abstract

Sposób pomiaru odporności cienkich warstw na materiałach metalowych na zużycie przez tarcie, polegający na tym, że do próbki tego materiału przykłada się prostopadle kulkę i wprowadzając ją w ruch obrotowy wykonuje się w próbce materiału szlif, zachowując stały nacisk kulki na próbkę materiału, po czym oblicza się stosunek objętości materiału usuniętego przez szlif do drogi tarcia, znamienny tym, że próbkę (P) materiału i jednocześnie kulkę (K) mocuje się wahliwie, a podczas pomiaru zmienia się kąt nachylenia kulki (K) i jednocześnie próbki (p) materiału odpowiednio do zmian powierzchni przyporu kulki (K) do próbki (P) materiału.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób pomiaru odporności cienkich warstw na materiałach metalowych na zużycie przez tarcie, na przykład cienkich metalowych warstw dyfuzyjnych wytwarzanych w celu poprawy parametrów wytrzymał oś ciowych.

Miarą intensywności zużycia materiału przez tarcie jest stosunek objętości usuniętego przez szlif materiału do drogi tarcia przy stałym powierzchniowym nacisku, na przykład kulki na próbkę materiału z nałożoną cienką warstwą. Znany sposób pomiaru odporności na zużycie przez tarcie polega na tym, że do zamocowanej nieruchomo i w płaszczyźnie poziomej próbki materiału przykłada się prostopadle i obrotowo kulkę i przez wprowadzenie jej w ruch obrotowy wykonuje się w próbce szlif, następnie dla znanej średnicy kulki, średnicy zewnętrznej szlifu i średnicy wewnętrznej szlifu oblicza się objętość czaszy utworzonej przez szlif. Istotnym utrudnieniem pomiaru było zapewnienie stałego nacisku kulki na próbkę, ponieważ wnikanie kulki w próbkę zwiększa jej powierzchnię przyporu, zmniejszając tym samym powierzchniowy nacisk kulki na próbkę. W związku z tym w miarę zwiększania powierzchni przyporu stopniowo zwiększano siłę nacisku kulki na próbkę przez wstrzymywanie pomiaru i wymianę kulki na odpowiednio cięższą. Taki pomiar był uciążliwy, niedokładny i długotrwały.

Celem wynalazku było opracowanie takiego sposobu pomiaru odporności cienkich warstw na materiałach metalowych na zużycie przez tarcie, który nie wymagałby wymiany kulek, zapewniał dostateczną dokładność pomiaru i zmniejszał jego uciążliwość.

Istota sposobu według wynalazku, w którym do próbki materiału przykłada się prostopadle kulkę i wprowadzając ją w ruch obrotowy wykonuje się w próbce materiału szlif, zachowując stały nacisk kulki na próbkę materiału, po czym oblicza się stosunek objętości materiału usuniętego przez szlif do drogi tarcia, polega na tym, że próbkę materiału i jednocześnie kulkę mocuje się wahliwie a podczas pomiaru zmienia się kąt nachylenia kulki i jednocześnie próbki materiału odpowiednio do zmian powierzchni przyporu kulki do próbki materiału, przy czym zlicza się korzystnie laserowym licznikiem liczbę obrotów kulki w czasie pomiaru.

Wahliwe zamocowanie całego układu „kulka-próbka umożliwia zmianę kąta nachylenia tego układu powodującą zmianę składowej siły nacisku działającej na próbkę, co umożliwia zachowanie stałości jednostkowego nacisku na próbkę pomimo zmienności powierzchni przyporu kulki na próbkę. Zmianę kąta nachylenia układu „kulka-próbka odpowiednio do zmiany powierzchni przyporu kulki na próbkę, tak aby zachować możliwie stały nacisk kulki na próbkę realizuje się w uprzednio określonych odstępach czasu, dla każdego z których jest określona zmiana kąta nachylenia układu „kulka-próbka. Pomiar jest tym dokładniejszy im częściej następuje korekta wymienionego kąta nachylenia. Zaletą sposobu jest możliwość zautomatyzowania pomiaru przy użyciu odpowiedniego algorytmu, tak aby zmiana kąta wymienionego nachylenia następowała prawie ciągle. Miarą objętości materiału usuniętego przez szlif jest objętość wykonanego szlifu a miarą drogi tarcia jest liczba obrotów kulki w czasie pomiaru.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono bliżej w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat urządzenia pomiarowego do realizacji wynalazku o ruchomej części usytuowanej pod mniejszym kątem do pionu a fig. 2 - przedstawia schemat urządzenia pomiarowego do realizacji wynalazku o ruchomej części usytuowanej pod większym kątem do pionu.

Próbkę P z jej uchwytem U oraz rolkę R napędzającą kulkę K o średnicy D i ciężarze F zamocowano sztywno do wahacza W osadzonego obrotowo w podstawie B. Rolkę R napędzano silnikiem O. Między próbkę P i rolkę R swobodnie wprowadzono kulkę K i wprowadzono ją w ruch obrotowy. Po wykonaniu dostatecznie głębokiego szlifu zmierzono za pomocą mikroskopu wewnętrzną średnicę C_w szlifu i zewnętrzną średnicę Cz szlifu, po czym ze znanego wzoru obliczono objętość części kulistej czaszy wytartej przez szlif. Jednocześnie podczas całego pomiaru zliczano liczbę obrotów kulki K. Następnie obliczono stosunek objętości usuniętego przez szlif materiału do drogi tarcia jako miarę odporności cienkiej warstwy na zużycie przez tarcie. Zmiany kąta nachylenia układu „kulka-próbka realizowano następująco: za pomocą śruby S nastawiono pierwsze wstępne nachylenie wahacza W, określono początkową wartość jednostkowego nacisku kulki K na próbkę P i wprowadzono kulkę K w ruch obrotowy na pierwszy odcinek czasu. Po upływie tego czasu zmierzono za pomocą mikroskopu głębokość szlifu, na podstawie którego określono z uprzednio przygotowanego nomogramu powierzchnię przyporu kulki K do próbki P w uzyskanym szlifie. Odpowiednio do tej zwiększonej powierzchni przyporu zwiększono nachylenie osi wahacza W od pionu tak, aby przez wzrost składowej prostopadłej N1 siły F zachować ten sam początkowy nacisk jednostkowy kulki K na próbkę P. Następnie znowu wprowadzono kulkę K w ruch obrotowy na drugi odcinek czasu, po upływie którego ponownie skorygowano nacisk jednostkowy kulki K na próbkę P. Im częściej dokonywano korekty jednostkowego nacisku kulki K na próbkę P tym dokładniejszy uzyskiwano wynik.

Claims (1)

1. Sposób pomiaru odporności cienkich warstw na materiałach metalowych na zużycie przez tarcie, w którym do próbki tego materiału przykłada się prostopadle kulkę i wprowadzając ją w ruch obrotowy wykonuje się w próbce materiału szlif, zachowując stały nacisk kulki na próbkę materiału, po czym oblicza się stosunek objętości materiału usuniętego przez szlif do drogi tarcia, znamienny tym, że próbkę P materiału i jednocześnie kulkę K mocuje się wahliwie a podczas pomiaru zmienia się kąt nachylenia kulki K i jednocześnie próbki P materiału odpowiednio do zmian powierzchni przyporu kulki do próbki P materiału, przy czym zlicza się korzystnie laserowym licznikiem liczbę obrotów kulki K