RU2536119C1 - Method of wear analysis - Google Patents

Method of wear analysis Download PDF

Info

Publication number
RU2536119C1
RU2536119C1 RU2013127849/28A RU2013127849A RU2536119C1 RU 2536119 C1 RU2536119 C1 RU 2536119C1 RU 2013127849/28 A RU2013127849/28 A RU 2013127849/28A RU 2013127849 A RU2013127849 A RU 2013127849A RU 2536119 C1 RU2536119 C1 RU 2536119C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
wear
coating
layers
sprayed
nature
Prior art date
Application number
RU2013127849/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Викторович Васильев
Виталий Степанович Гончаров
Максим Витальевич Гончаров
Original Assignee
Евгений Викторович Васильев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Евгений Викторович Васильев filed Critical Евгений Викторович Васильев
Priority to RU2013127849/28A priority Critical patent/RU2536119C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2536119C1 publication Critical patent/RU2536119C1/en

Links

Landscapes

  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

FIELD: measurement equipment.
SUBSTANCE: material of a tested coating is applied onto a working surface and worn by means of attrition. Prior to wear by means of attrition, ionic polishing of the surface of the metal sample is carried out, then layers of wear-resistant coating of different colour are sputtered by ion-plasma method. The total thickness of the applied coating is selected in the range from 100 nm to 20 mcm, and after wear of the coating by attrition they visually and using measurement equipment determine the nature and extent of wear.
EFFECT: increased accuracy of determination of nature and extent of wear of parts with complex geometry, increased efficiency of analysis, possibility to study thin-film coatings.
6 cl

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для определения характера и степени износа в парах трения.The invention relates to measuring technique and can be used to determine the nature and degree of wear in friction pairs.

Известен способ определения износостойкости, при котором износостойкость определяется на основании временной зависимости линейного износа и номинального нормального давления, на основании которых вычисляют эмпирическую зависимость интенсивности изнашивания как функции номинального нормального давления (Патент РФ N 2433384, МПК G01N 3/56, приор. от 21.04.2009, опубл. 10.11.2011).A known method for determining wear resistance, in which wear resistance is determined on the basis of the time dependence of linear wear and nominal normal pressure, on the basis of which the empirical dependence of the wear rate is calculated as a function of nominal normal pressure (RF Patent N 2433384, IPC G01N 3/56, prior. From 21.04. 2009, published November 10, 2011).

Однако известный способ не позволяет определить степень и характер износа деталей сложной геометрии.However, the known method does not allow to determine the degree and nature of wear of parts of complex geometry.

Известен также способ определения износостойкости покрытий, в котором формируют образец из эталонного материала, наносят на его рабочую поверхность материал испытуемого покрытия, изнашивают его путем истирания. Материал покрытия наносят толщиной не более 10 мкм гальваническим способом на образец, имеющий другой цвет. Об износостойкости судят по времени полного износа покрытия, причем момент окончания износа определяют визуально по изменению цвета покрытия на цвет образца (Патент РФ N 2303773, МПК G01N 3/56, приор. от 07.12.2005, опубл. 27.07.2007), который принят за прототип.There is also a method for determining the wear resistance of coatings, in which a sample is formed from a reference material, the material of the test coating is applied to its working surface, and it is worn out by abrasion. The coating material is applied with a thickness of not more than 10 μm in a galvanic manner on a sample having a different color. Wear resistance is judged by the time of complete wear of the coating, and the time of the end of wear is determined visually by changing the color of the coating by the color of the sample (RF Patent N 2303773, IPC G01N 3/56, prior dated 07.12.2005, published on 07.27.2007), which was adopted for the prototype.

Однако известный способ, принятый за прототип, не позволяет определить степень и характер износа деталей сложной геометрии при различной степени износа локальных областей и обладает сравнительно низкой точностью определения по наличию или отсутствию износа без возможности определения степени износа до окончания срока службы покрытия.However, the known method adopted for the prototype does not allow to determine the degree and nature of wear of parts of complex geometry with varying degrees of wear of local areas and has a relatively low accuracy of determination by the presence or absence of wear without the possibility of determining the degree of wear before the end of the service life of the coating.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение точности, информативности и производительности определения характера и степени износа деталей сложной геометрии, в т.ч. до окончания срока службы покрытия и для покрытий малой толщины.The technical problem to be solved by the claimed invention is directed is to increase the accuracy, information content and productivity of determining the nature and degree of wear of parts of complex geometry, including until the end of the service life of the coating and for coatings of small thickness.

Поставленная техническая задача решается тем, что в способе определения износостойкости покрытий, в котором на рабочую поверхность наносят материал испытуемого покрытия и изнашивают его путем истирания, согласно предложенному изобретению, перед изнашиванием путем истирания производят ионную полировку поверхности металлического образца, затем ионно-плазменным методом напыляют слои износостойких покрытий различного цвета, при этом общую толщину наносимого покрытия выбирают в интервале от 100 нм до 20 мкм, а после изнашивания покрытия истиранием визуально и с помощью измерительной аппаратуры определяют характер и степень износа.The stated technical problem is solved by the fact that in the method for determining the wear resistance of coatings, in which the material of the test coating is applied and wear it by abrasion, according to the invention, before abrasion by wear, the surface of the metal sample is ionically polished, then the layers are sprayed by the ion-plasma method wear-resistant coatings of various colors, while the total thickness of the applied coating is chosen in the range from 100 nm to 20 μm, and after wear of the coating and Tyrany visually and using a measuring apparatus determining the nature and degree of wear.

Кроме того, в качестве износостойких покрытий используют нитрид титана (TiN), нитрид циркония (ZrN), нитрид алюминия и титана (TiAlN), нитрид хрома (CrN), оксид циркония (ZrO2), оксид алюминия (Al2O3), борид хрома (CrB2).In addition, titanium nitride (TiN), zirconium nitride (ZrN), aluminum and titanium nitride (TiAlN), chromium nitride (CrN), zirconium oxide (ZrO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ) are used as wear-resistant coatings. chromium boride (CrB 2 ).

Кроме того, напыляют от десяти до ста слоев в зависимости от необходимой точности определения износа.In addition, from ten to one hundred layers are sprayed, depending on the required accuracy in determining wear.

Кроме того, напыляют чередующиеся слои с контрастирующими цветами.In addition, alternating layers with contrasting colors are sprayed.

Кроме того, между износостойкими слоями напыляют слой хрома (Cr) толщиной 10 нм.In addition, between the wear-resistant layers, a 10 nm thick layer of chromium (Cr) is sprayed.

Кроме того, износостойкие слои напыляют в порядке увеличения твердости.In addition, wear-resistant layers are sprayed in order of increasing hardness.

Технический результат заключается в повышении точности определения характера и степени износа деталей сложной геометрии, в т.ч. до окончания срока службы покрытия, повышение производительности анализа, возможность исследования тонкопленочных покрытий.The technical result consists in increasing the accuracy of determining the nature and degree of wear of parts of complex geometry, including until the end of the service life of the coating, increasing the productivity of the analysis, the possibility of studying thin-film coatings

Предложенная совокупность существенных признаков заявляемого способа позволяет достичь высокой точности измерений (до 10 нм) за счет наноразмерности наносимых слоев и возможности анализа износа деталей сложной геометрии.The proposed set of essential features of the proposed method allows to achieve high measurement accuracy (up to 10 nm) due to the nanoscale of the applied layers and the possibility of analyzing the wear of parts of complex geometry.

Заявляемый способ определения характера и степени износа заключается в том, что сначала производят ионную полировку поверхности металлического образца. Затем ионно-плазменным методом напыляют чередующиеся износостойкие слои различных цветов. В качестве таких слоев выбирают, например, нитрид титана (TiN) ярко-золотого цвета, нитрид циркония (ZrN) соломенного цвета, нитрид алюминия и титана (TiAlN) фиолетово-черного цвета, нитрид хрома (CrN) белого цвета, оксид циркония (ZrO2) белого цвета, оксид алюминия (Al2O3) белого цвета, борид хрома (CrB2) серого цвета. При этом толщину и количество слоев выбирают исходя из необходимой точности измерений. Изнашивают покрытие истиранием. Степень и характер износа определяют визуально по изменению цвета покрытия и с помощью измерительной аппаратуры.The inventive method for determining the nature and degree of wear is that they first produce ion polishing of the surface of the metal sample. Then, alternating wear-resistant layers of various colors are sprayed using the ion-plasma method. As such layers, for example, bright gold titanium nitride (TiN), straw-colored zirconium nitride (ZrN), violet-black aluminum and titanium nitride (TiAlN), white chromium nitride, white zirconium oxide (ZrO) are selected 2 ) white, alumina (Al 2 O 3 ) white, chromium boride (CrB 2 ) gray. In this case, the thickness and number of layers are selected based on the required measurement accuracy. Wear abrasion coating. The degree and nature of wear is determined visually by changing the color of the coating and using measuring equipment.

Примером реализации предлагаемого способа может служить процесс нанесения износостойкого покрытия на серию раскатных роликов и последующего определения износа покрытия.An example of the implementation of the proposed method can be the process of applying a wear-resistant coating to a series of rolled rollers and then determining the wear of the coating.

Сначала производят изделия, помещают в вакуумную ионно-плазменную установку и создают вакуум 2·10-5 мм рт.ст. Производят ионную очистку, которая включает по крайней мере две стадии:First, products are manufactured, placed in a vacuum ion-plasma installation, and a vacuum of 2 · 10 -5 mm Hg is created. An ionic purification is carried out, which includes at least two stages:

- предварительная очистка путем обработки тлеющим зарядом, ток дуги 0 А, ускоряющее напряжение 1,5-2 кВ, среда - аргон, азот, вакуум 5·10-2 мм рт.ст., время обработки составляет 10 мин;- preliminary cleaning by treatment with a smoldering charge, arc current 0 A, accelerating voltage of 1.5-2 kV, medium — argon, nitrogen, vacuum 5 · 10 -2 mm Hg, processing time is 10 min;

- финишная очистка и нагрев до температуры 500°С, используется циркониевый катод, среда - аргон, вакуум 2,5·10-3 мм рт.ст., ток дуги 50-70 А, ускоряющее напряжение 700 В.- final cleaning and heating to a temperature of 500 ° C, a zirconium cathode is used, medium is argon, vacuum 2.5 · 10 -3 mm Hg, arc current 50-70 A, accelerating voltage 700 V.

Затем напыляют сепарированными потоками (ток дуги 50-70 А, ускоряющее напряжение 200 В, вакуум 2,5·10-5 мм рт.ст.) износостойкие слои в следующем порядке:Then sprayed with separated streams (arc current 50-70 A, accelerating voltage 200 V, vacuum 2.5 · 10 -5 mm Hg) wear-resistant layers in the following order:

1. Чередующиеся слои нитрида титана (TiN) золотистого цвета толщиной 10 нм и нитрида хрома (CrN) белого цвета толщиной 10 нм. Напыляют 25 слоев нитрида титана (TiN) и 25 слоев нитрида хрома (CrN).1. Alternating layers of titanium nitride (TiN) golden 10 nm thick and white chromium nitride (CrN) 10 nm thick. 25 layers of titanium nitride (TiN) and 25 layers of chromium nitride (CrN) are sprayed.

2. Чередующиеся слои нитрида циркония (ZrN) соломенного цвета толщиной 10 нм и нитрида хрома (CrN) белого цвета толщиной 10 нм. Напыляют 25 слоев нитрида циркония (ZrN) и 25 слоев нитрида хрома (CrN).2. Alternating layers of straw zirconium nitride (ZrN) 10 nm thick and white chromium nitride (CrN) 10 nm thick. 25 layers of zirconium nitride (ZrN) and 25 layers of chromium nitride (CrN) are sprayed.

3. Чередующиеся слои нитрида алюминия-титана (TiAlN) фиолетового цвета толщиной 10 нм и нитрида хрома (CrN) белого цвета толщиной 10 нм. Напыляют 25 слоев алюминия-титана (TiAlN) и 25 слоев нитрида хрома (CrN).3. Alternating layers of violet aluminum aluminum titanium nitride (TiAlN) 10 nm thick and white chromium nitride (CrN) 10 nm thick. 25 layers of aluminum-titanium (TiAlN) and 25 layers of chromium nitride (CrN) are sprayed.

4. Чередующиеся слои борида хрома (CrB2) серого цвета толщиной 10 нм и нитрида хрома (CrN) белого цвета толщиной 10 нм. Напыляют 25 слоев борида хрома (CrB2) и 25 слоев нитрида хрома (CrN).4. Alternating layers of chromium boride (CrB 2 ) gray 10 nm thick and white chromium nitride (CrN) 10 nm thick. 25 layers of chromium boride (CrB 2 ) and 25 layers of chromium nitride (CrN) are sprayed.

Общая толщина покрытия составляет 2 мкм.The total coating thickness is 2 μm.

Испытания на износ покрытия проводят до полного износа покрытия и производят анализ каждые пять тысяч циклов работы, для чего с помощью микрокатора определяют приближенную степень износа, а визуально по цвету покрытия уточняют характер и степень износа. После испытаний делают заключение об эффективности предлагаемого износостойкого покрытия. В примере реализации предлагаемого способа защитное покрытие позволило повысить срок службы раскатных роликов с двух тысячи циклов до семидесяти двух тысяч циклов работы.Tests on the wear of the coating are carried out until the wear of the coating is complete and an analysis is carried out every five thousand cycles of operation, for which an approximate degree of wear is determined with the help of a microcooter, and the nature and degree of wear is visually clarified by the color of the coating. After testing, make a conclusion about the effectiveness of the proposed wear-resistant coating. In an example implementation of the proposed method, the protective coating allowed to increase the service life of the rolled rollers from two thousand cycles to seventy-two thousand cycles of operation.

Способ определения характера износа может быть осуществлен с помощью известных в технике средств. Следовательно, он соответствует критерию «промышленная применимость».The method for determining the nature of wear can be carried out using means known in the art. Therefore, it meets the criterion of “industrial applicability”.

Использование заявляемого способа обеспечивает значительное повышение точности определения характера и степени износа деталей, в т.ч. сложной геометрии, возможность исследования тонкопленочных покрытий.Using the proposed method provides a significant increase in the accuracy of determining the nature and degree of wear of parts, including complex geometry, the possibility of studying thin-film coatings.

Claims (6)

1. Способ анализа износа, в котором на рабочую поверхность наносят материал испытуемого покрытия и изнашивают его путем истирания, отличающийся тем, что перед изнашиванием путем истирания производят ионную полировку поверхности металлического образца, затем ионно-плазменным методом напыляют слои износостойких покрытий различного цвета, при этом общую толщину наносимого покрытия выбирают в интервале от 100 нм до 20 мкм, а после изнашивания покрытия истиранием визуально и с помощью измерительной аппаратуры определяют характер и степень износа.1. The method of analysis of wear, in which the material of the test coating is applied to the working surface and wear it by abrasion, characterized in that prior to wear by abrasion, the surface of the metal sample is ionically polished, then layers of wear-resistant coatings of various colors are sprayed by the ion-plasma method, while the total thickness of the applied coating is selected in the range from 100 nm to 20 μm, and after wear of the coating by abrasion visually and using measuring equipment determine the nature and degree of nose. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве износостойких покрытий используют нитрид титана (TiN), нитрид циркония (ZrN), нитрид алюминия и титана (TiAlN), нитрид хрома (CrN), оксид циркония (ZrO2), оксид алюминия (Al2O3), борид хрома (CrB2).2. The method according to claim 1, characterized in that titanium nitride (TiN), zirconium nitride (ZrN), aluminum and titanium nitride (TiAlN), chromium nitride (CrN), zirconium oxide (ZrO 2 ) are used as wear-resistant coatings, alumina (Al 2 O 3 ), chromium boride (CrB 2 ). 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что напыляют от десяти до ста износостойких слоев.3. The method according to claim 1, characterized in that they spray from ten to one hundred wear-resistant layers. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что напыляют чередующиеся слои с контрастирующими цветами.4. The method according to claim 1, characterized in that the sprayed alternating layers with contrasting colors. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что между износостойкими слоями напыляют слой хрома (Cr) толщиной 10 нм.5. The method according to claim 1, characterized in that between the wear-resistant layers a layer of chromium (Cr) is deposited with a thickness of 10 nm. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что износостойкие слои напыляют в порядке увеличения твердости. 6. The method according to claim 1, characterized in that the wear-resistant layers are sprayed in order of increasing hardness.
RU2013127849/28A 2013-06-18 2013-06-18 Method of wear analysis RU2536119C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013127849/28A RU2536119C1 (en) 2013-06-18 2013-06-18 Method of wear analysis

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013127849/28A RU2536119C1 (en) 2013-06-18 2013-06-18 Method of wear analysis

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2536119C1 true RU2536119C1 (en) 2014-12-20

Family

ID=53286256

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013127849/28A RU2536119C1 (en) 2013-06-18 2013-06-18 Method of wear analysis

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2536119C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110044755A (en) * 2019-04-19 2019-07-23 武汉大学 A kind of sand erosion visualized experiment method of hydraulic flow passage components

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002174576A (en) * 2000-12-06 2002-06-21 Sumitomo Wiring Syst Ltd Life time predicting method for transmission body with covering
RU2235989C1 (en) * 2003-07-01 2004-09-10 Государственное образовательное учереждение Воронежская государственная технологическая академия Method of determination of resistance characteristics of hardened surfaces of parts and tools
RU2303773C1 (en) * 2005-12-07 2007-07-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Красноярский государственный технический университет (КГТУ) Method of determining durability of coatings
RU2315284C1 (en) * 2006-09-18 2008-01-20 Институт прикладной механики УрО РАН Mode of evaluation of relative durability of material

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002174576A (en) * 2000-12-06 2002-06-21 Sumitomo Wiring Syst Ltd Life time predicting method for transmission body with covering
RU2235989C1 (en) * 2003-07-01 2004-09-10 Государственное образовательное учереждение Воронежская государственная технологическая академия Method of determination of resistance characteristics of hardened surfaces of parts and tools
RU2303773C1 (en) * 2005-12-07 2007-07-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Красноярский государственный технический университет (КГТУ) Method of determining durability of coatings
RU2315284C1 (en) * 2006-09-18 2008-01-20 Институт прикладной механики УрО РАН Mode of evaluation of relative durability of material

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110044755A (en) * 2019-04-19 2019-07-23 武汉大学 A kind of sand erosion visualized experiment method of hydraulic flow passage components

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bónová et al. Atmospheric pressure plasma treatment of flat aluminum surface
CN105765274B (en) Piston ring and its manufacture method
Bueno et al. Tribocorrosion evaluation of hydrogenated and silicon DLC coatings on carbon steel for use in valves, pistons and pumps in oil and gas industry
Pujante et al. High temperature scratch testing of hard PVD coatings deposited on surface treated tool steel.
RU2536119C1 (en) Method of wear analysis
RU2019106622A (en) COMPOSITION FOR PRE-TREATMENT
NO20075010L (en) Improved analysis of polymeric antifouling agents
Hoche et al. PVD coating and substrate pretreatment concepts for magnesium alloys by multinary coatings based on Ti (X) N
BR112013015691A2 (en) corrosion resistance tester
Weeks et al. Defining optimal morphology of the bond coat–thermal barrier coating interface of air-plasma sprayed thermal barrier coating systems
Ayata et al. Ion beam sputter coating in combination with sol-gel dip coating of Al alloy tube inner walls for corrosion and biological protection
Zhang et al. A novel diamond-like carbon film
JP2023053787A (en) Corrosion resistance testing method for coated metal material, corrosion resistance testing device, corrosion resistance testing program and recording medium
BR112013015685A2 (en) corrosion resistance tester
Chung et al. Photocatalytic TiO2 on copper alloy for antimicrobial purposes
KR102240344B1 (en) Dlc coating with an abradable layer
Quan et al. Corrosion-wear monitoring of TiN coated AISI 316 stainless steel by electrochemical noise measurements
Shetulov et al. Fatigue-induced damage of high-strength steels
Kadlec et al. Duplex surface treatment of stainless steel X12CrNi 18 8
Cristóbal et al. Electrochemical stripping of hard ceramic chromium nitride coatings
RU2540239C1 (en) Method to detect thickness of coating in process of plasma-electrolytic oxidation
Party et al. Report on Findings
US9673381B2 (en) Lead titanate coating and preparing method thereof
Ayata et al. Reprint of" Ion beam sputter coating in combination with sol-gel dip coating of Al alloy tube inner walls for corrosion and biological protection"
Bošanský et al. Evaluation of properties of selected coatings on steel C60E in terms of their use in gearing

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150619