RU2545082C1 - Device for forming and testing of samples of thin coatings - Google Patents
Device for forming and testing of samples of thin coatings Download PDFInfo
- Publication number
- RU2545082C1 RU2545082C1 RU2013139213/28A RU2013139213A RU2545082C1 RU 2545082 C1 RU2545082 C1 RU 2545082C1 RU 2013139213/28 A RU2013139213/28 A RU 2013139213/28A RU 2013139213 A RU2013139213 A RU 2013139213A RU 2545082 C1 RU2545082 C1 RU 2545082C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cylindrical
- parts
- thin
- adhesion
- coatings
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к лабораторной испытательной технике, а именно к устройству для формирования и испытания образца тонких покрытий в нагрузочных устройствах, например, для испытания тонких керамических теплозащитных покрытий на механическую прочность растяжением.The invention relates to laboratory testing equipment, and in particular, to a device for forming and testing a sample of thin coatings in load devices, for example, for testing thin ceramic heat-protective coatings for mechanical tensile strength.
Известно определение прочностных свойств плазменных керамических теплозащитных покрытий (статья Sung R. Choi «Mechanical Properties of Plasma-Sprayed ZrO2-8 wt% Y2O3 Thermal Barrier Coatings», 2009), включающее в себя нанесение толстого слоя (6 мм) покрытия из керамики на графитовую подложку, последующее отделение слоя керамики от графита при температуре 680°C в течение 24 часов, изготовление из покрытия образцов различной конфигурации и их испытание на механическую прочность при нормальной температуре. Определение предела прочности осуществляют растяжением/сжатием цилиндрических образцов, вырезанных с различной ориентировкой. Определение модуля упругости осуществляют методом 4-точечного изгиба плоской пластины покрытия.It is known to determine the strength properties of plasma ceramic thermal protective coatings (article Sung R. Choi "Mechanical Properties of Plasma-Sprayed ZrO 2 -8 wt% Y 2 O 3 Thermal Barrier Coatings", 2009), including the application of a thick layer (6 mm) of the coating from ceramics to a graphite substrate, subsequent separation of the ceramic layer from graphite at a temperature of 680 ° C for 24 hours, fabrication of samples of various configurations from the coating and their testing for mechanical strength at normal temperature. Determination of the tensile strength is carried out by stretching / compressing cylindrical samples cut with different orientations. The determination of the elastic modulus is carried out by the method of 4-point bending of a flat coating plate.
Известное техническое решение не позволяет формировать и испытывать образцы тонких покрытий (~0,12 мм), которые характерны для реальных покрытий деталей машин.The known technical solution does not allow the formation and testing of samples of thin coatings (~ 0.12 mm), which are characteristic of real coatings of machine parts.
Получение указанных толстых покрытий длительно, а в процессе длительного нанесения, из-за низкой (в разы меньшей, чем у основного материала) теплопроводности самой керамики, в зоне нанесения параметры технологического процесса изменяются (ухудшается теплоотвод), в результате чего возможно получение покрытия другой структуры и соответственно свойств, не характерных реальным покрытиям.The preparation of these thick coatings is long-term, and in the process of long-term deposition, due to the low (several times lower than that of the main material) thermal conductivity of the ceramic itself, the process parameters change in the deposition zone (heat dissipation worsens), as a result of which it is possible to obtain a coating of a different structure and, accordingly, properties not characteristic of real coatings.
Использование значений механических характеристик толстых покрытий применительно к реальным тонким (~0,12 мм) покрытиям не дает удовлетворительного результата, так как из теории и практики сопротивления материалов известно, что в материале большего масштаба содержится большее количество различных неоднородностей, сказывающихся в том числе на механических характеристиках.The use of the values of the mechanical characteristics of thick coatings as applied to real thin (~ 0.12 mm) coatings does not give a satisfactory result, since it is known from the theory and practice of resistance of materials that a larger scale material contains a greater number of different inhomogeneities, which affect mechanical characteristics.
Известно устройство для определения прочностных свойств теплозащитных покрытий (патент РФ №2430351 от 27.09.11), имеющих преимущественно столбчатую структуру, ориентированную перпендикулярно поверхности образца, на которую покрытие нанесено. Теплозащитное покрытие нанесено на металлический образец, имеющий поясное сужение для создания зоны максимальной нагрузки от действия центробежных сил. Такое устройство не позволяет формировать и испытывать образцы тонких покрытий на когезионную прочность (прочность покрытия на разрыв при продольном растяжении образца), которые характерны для ряда покрытий деталей машин, например керамических теплозащитных покрытий.A device is known for determining the strength properties of heat-protective coatings (RF patent No. 2430351 dated 09/27/11) having a predominantly columnar structure oriented perpendicular to the surface of the sample on which the coating is applied. A heat-shielding coating is applied to a metal sample having a belt narrowing to create a zone of maximum load from the action of centrifugal forces. Such a device does not allow the formation and testing of samples of thin coatings for cohesive strength (tensile strength of the coating during longitudinal stretching of the sample), which are characteristic of a number of coatings of machine parts, for example, ceramic heat-protective coatings.
Прочность на разрыв определят не характеристики покрытия, а характеристики металлического образца в поясном сужении.The tensile strength is determined not by the characteristics of the coating, but by the characteristics of the metal sample in the belt narrowing.
Деформации материала детали при эксплуатации направлены вдоль слоев, поэтому для получения истинных (достоверных) значений механических характеристик покрытия необходимо проводить испытания с приложением нагрузки в направлении, идентичном эксплуатационному.Deformation of the material of the part during operation is directed along the layers, therefore, to obtain true (reliable) values of the mechanical characteristics of the coating, it is necessary to conduct tests with the load applied in the direction identical to the operational one.
В основу изобретения положена задача повышения достоверности исследования прочностных свойств тонких покрытий.The basis of the invention is the task of increasing the reliability of the study of the strength properties of thin coatings.
Техническим результатом является повышение достоверности исследования прочностных свойств тонких покрытий путем формирования безадгезионного продольного поверхностного образца на разъемном узле, пригодном для нагружения продольным и температурным нагружениями.The technical result is to increase the reliability of the study of the strength properties of thin coatings by forming a non-adhesive longitudinal surface sample on a detachable assembly suitable for loading with longitudinal and thermal loads.
Поставленная задача решается тем, что устройство для формирования и испытания образца тонких покрытий, например керамических, теплозащитных покрытий, на механическую прочность при тепловых нагрузках представляет собой предназначенный для размещения в нагрузочном устройстве разъемный узел, содержащий две цилиндрические и кольцевую детали, внешняя поверхность которых предназначена для нанесения, по меньшей мере, одного слоя тонкого покрытия и формирования образца, одна из цилиндрических деталей имеет по оси цилиндрическую полость, а другая ответный цилиндрический выступ, размещаемый через отверстие кольца в полости и соединяющий детали, при этом внешняя поверхность цилиндрических деталей имеет адгезию, а поверхность кольца - без адгезии с наносимыми на них покрытиями, и служат, соответственно, для формирования образа в виде соединительного слоя и/или безадгезионного тонкого покрытия.The problem is solved in that the device for forming and testing a sample of thin coatings, for example, ceramic, heat-proof coatings, for mechanical strength under thermal loads is a detachable assembly designed for placement in a loading device, containing two cylindrical and annular parts, the outer surface of which is designed to applying at least one layer of a thin coating and forming a sample, one of the cylindrical parts has a cylindrical cavity along the axis, and another mating cylindrical protrusion placed through the hole of the ring in the cavity and connecting the parts, while the outer surface of the cylindrical parts has adhesion, and the surface of the ring without adhesion with the coatings applied to them, and serve, respectively, to form an image in the form of a connecting layer and / or non-adhesive thin coating.
Внешняя поверхность цилиндрических деталей покрыта, по меньшей мере, одним, имеющим адгезию к покрытию, соединительным металлическим подслоем, а внешняя поверхность соединенных деталей покрыта тонким керамическим теплозащитным покрытием.The outer surface of the cylindrical parts is coated with at least one adhesion to the coating, a connecting metal sublayer, and the outer surface of the connected parts is coated with a thin ceramic heat-resistant coating.
Внутренние поверхности деталей для исключения влияния трения на прикладываемую нагрузку обработаны по посадке скольжения.The inner surfaces of the parts to eliminate the effect of friction on the applied load are processed by sliding fit.
Цилиндрические детали имеют в концах сквозные отверстия для крепления узла в нагрузочном устройстве.Cylindrical parts have through holes at the ends for mounting the assembly in the loading device.
Все детали имеют сквозные осевые отверстия под единый болт, предназначенный для временной дополнительной фиксации деталей при нанесении покрытий.All parts have through axial holes for a single bolt, designed for temporary additional fixation of parts during coating.
В дальнейшем изобретение поясняется описанием и рисунками, где на рис.1а представлена деталировка устройства для формирования и испытания образца тонких покрытий, согласно изобретению,The invention is further illustrated by the description and figures, where Fig. 1a shows a detail of a device for forming and testing a sample of thin coatings, according to the invention,
на рис.1б представлено устройство в сборке,Fig.1b shows the device in the assembly,
на рис.1в - вид устройства в разрезе по А.Fig. 1c is a sectional view of the device according to A.
Устройство, согласно изобретению, для формирования и испытания образца тонких покрытий, например керамических, теплозащитных покрытий, на механическую прочность при тепловых нагрузках, представляет собой разъемный узел, предназначенный для размещения в нагрузочном устройстве с приложением нагрузки в направлении, идентичном эксплуатационному.The device according to the invention, for forming and testing a sample of thin coatings, for example ceramic, heat-protective coatings, for mechanical strength under thermal loads, is a detachable assembly designed to be placed in the loading device with the load applied in the direction identical to the operational one.
Разъемный узел (рис.1) содержит цилиндрическую деталь 1, цилиндрическую деталь 2 и кольцевую деталь 3.The detachable assembly (Fig. 1) contains a cylindrical part 1, a cylindrical part 2 and an annular part 3.
Одна из цилиндрических деталей (деталь 1) имеет по оси цилиндрическую полость 4, а другая (цилиндрическая деталь 2) - ответный цилиндрический выступ 5.One of the cylindrical parts (part 1) has a cylindrical cavity 4 along the axis, and the other (cylindrical part 2) has a mating cylindrical protrusion 5.
В сборке выступ 5 размещен через отверстие кольца 3 в полости 4 и соединяет разъемно детали узла.In the assembly, the protrusion 5 is placed through the hole of the ring 3 in the cavity 4 and connects detachably the parts of the assembly.
Внутренние поверхности деталей (1, 2 и 3) для исключения влияния трения на прикладываемую нагрузку обработаны по посадке скольжения.The inner surfaces of the parts (1, 2, and 3), to eliminate the effect of friction on the applied load, are machined by sliding fit.
Детали (1 и 2) имеют в концах сквозные отверстия 6 для крепления узла в нагрузочном устройстве.Parts (1 and 2) have through holes 6 at the ends for fastening the assembly in the loading device.
Кроме того, детали (1, 2 и 3) имеют сквозные осевые отверстия 7 под единый болт 8, предназначенный для временной дополнительной фиксации деталей при нанесении покрытий и скрепляемый гайкой 9.In addition, the parts (1, 2 and 3) have through axial holes 7 for a single bolt 8, designed for temporary additional fixation of parts during coating and fastened with a nut 9.
Внешняя поверхность цилиндрических деталей 1 и 2 имеет адгезию к наносимому покрытию. Адгезия может быть достигнута или подбором соответствующего материала самой цилиндрической детали 1 и 2, или наносимым соединительным материалом.The outer surface of the cylindrical parts 1 and 2 has adhesion to the applied coating. Adhesion can be achieved either by selecting the appropriate material of the cylindrical part 1 and 2 itself, or by applying a connecting material.
Внешняя поверхность кольца 3 выполнена без адгезии к наносимому на него покрытию, и служит для формирования безадгезионного образца тонкого покрытия.The outer surface of the ring 3 is made without adhesion to the coating applied to it, and serves to form a non-adhesive sample of a thin coating.
Устройство используют следующим образом (пример использования).The device is used as follows (example use).
На внешние поверхности деталей 1 и 2 наносят соединительный металлический подслой 10. Химический состав, технология и режимы нанесения соединительного слоя должны быть такими, чтобы адгезионная прочность этого слоя с материалом деталей и наносимым затем тонким керамическим теплозащитным покрытием 11 была выше когезионной прочности образца покрытия.A connecting metal sublayer 10 is applied to the outer surfaces of parts 1 and 2. The chemical composition, technology, and application modes of the connecting layer must be such that the adhesive strength of this layer with the material of the parts and then applied thin ceramic heat-protective coating 11 is higher than the cohesive strength of the coating sample.
Внешнюю поверхность кольца 3 оставляют без подслоя, или может быть нанесен защитный слой, не имеющий адгезии к керамике покрытия 11.The outer surface of the ring 3 is left without a sublayer, or a protective layer may be applied that does not adhere to the ceramic coating 11.
Целесообразно, чтобы ширина кольца 3 была выбрана с учетом требуемой базы керамического покрытия на разрыв, а радиус кольца 3 выступал на толщину наносимого подслоя 10.It is advisable that the width of the ring 3 was chosen taking into account the required base of the ceramic coating for tearing, and the radius of the ring 3 protruded by the thickness of the applied sublayer 10.
Затем производят сборку устройства, размещая ответный цилиндрический выступ 5, через отверстие кольца 3 в полости 4. Закрепляют болтом 8 и гайкой 9.Then, the device is assembled by placing a reciprocal cylindrical protrusion 5 through the hole of the ring 3 in the cavity 4. Fasten with a bolt 8 and a nut 9.
На рабочую поверхность собранного образца наносится исследуемый керамический слой покрытия 11 и снимают болт 8 и гайку 9.The studied ceramic coating layer 11 is applied to the working surface of the assembled sample and the bolt 8 and nut 9 are removed.
На полученный цилиндрический образец с покрытием приваривают термопару 12 в нерабочей зоне, с помощью отверстий 6 под захваты устройство центрируют и закрепляют на разрывной машине, производят разогрев до необходимой температуры, например, в радиационной печи, прикладывают растягивающую нагрузку вдоль покрытия, регистрируют предельную разрушающую силу и записывают диаграмму деформирования покрытия, по которой стандартными методами определяют механические характеристики керамического слоя покрытия.A thermocouple 12 is welded onto the obtained cylindrical coated sample in a non-working zone, using the holes 6 under the grips, the device is centered and fixed on a tensile testing machine, heated to the required temperature, for example, in a radiation furnace, a tensile load is applied along the coating, ultimate tensile strength is recorded and record the deformation diagram of the coating, according to which standard methods determine the mechanical characteristics of the ceramic coating layer.
Предлагаемое изобретение позволяет получить истинные значения механических характеристик промежуточного и внешнего керамического слоев, а также многослойного теплозащитного покрытия в целом при эксплуатационных температурах для достоверного прогнозирования ресурса ТЗП на деталях машин.The present invention allows to obtain the true values of the mechanical characteristics of the intermediate and external ceramic layers, as well as a multilayer heat-protective coating as a whole at operating temperatures for reliable prediction of the resource TZP on machine parts.
Устройство может быть использовано для определения механических характеристик тонких покрытий, например керамических, теплозащитных покрытий, многослойных теплозащитных покрытий, применяемых в термонапряженных деталях машин, преимущественно в авиакосмической технике.The device can be used to determine the mechanical characteristics of thin coatings, for example ceramic, heat-shielding coatings, multilayer heat-shielding coatings used in thermally stressed machine parts, mainly in aerospace engineering.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013139213/28A RU2545082C1 (en) | 2013-08-23 | 2013-08-23 | Device for forming and testing of samples of thin coatings |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013139213/28A RU2545082C1 (en) | 2013-08-23 | 2013-08-23 | Device for forming and testing of samples of thin coatings |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013139213A RU2013139213A (en) | 2015-02-27 |
| RU2545082C1 true RU2545082C1 (en) | 2015-03-27 |
Family
ID=53279411
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013139213/28A RU2545082C1 (en) | 2013-08-23 | 2013-08-23 | Device for forming and testing of samples of thin coatings |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2545082C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2676953C1 (en) * | 2018-03-07 | 2019-01-11 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Device thin coatings samples formation |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1497483A1 (en) * | 1987-12-08 | 1989-07-30 | Харьковское Высшее Военное Авиационное Инженерное Училище | Specimen for determining joint destruction viscosity |
| US6681639B2 (en) * | 2001-04-14 | 2004-01-27 | Alstom (Switzerland) Ltd. | Method of estimating the lifetime of thermal barrier coatings |
| RU2430351C1 (en) * | 2010-04-29 | 2011-09-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Procedure for evaluation of strength properties of heat shielding coating and device for its implementation |
-
2013
- 2013-08-23 RU RU2013139213/28A patent/RU2545082C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1497483A1 (en) * | 1987-12-08 | 1989-07-30 | Харьковское Высшее Военное Авиационное Инженерное Училище | Specimen for determining joint destruction viscosity |
| US6681639B2 (en) * | 2001-04-14 | 2004-01-27 | Alstom (Switzerland) Ltd. | Method of estimating the lifetime of thermal barrier coatings |
| RU2430351C1 (en) * | 2010-04-29 | 2011-09-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Procedure for evaluation of strength properties of heat shielding coating and device for its implementation |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2676953C1 (en) * | 2018-03-07 | 2019-01-11 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Device thin coatings samples formation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013139213A (en) | 2015-02-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Morscher et al. | Acoustic emission and electrical resistance in SiC-based laminate ceramic composites tested under tensile loading | |
| Smith et al. | Monitoring damage accumulation in ceramic matrix composites using electrical resistivity | |
| Appleby et al. | Mechanical properties and real-time damage evaluations of environmental barrier coated SiC/SiC CMCs subjected to tensile loading under thermal gradients | |
| Smith et al. | Electrical resistance as a nondestructive evaluation technique for SiC/SiC ceramic matrix composites under creep‐rupture loading | |
| Fleck et al. | Thermal shock resistance of air plasma sprayed thermal barrier coatings | |
| Ramdane et al. | Microstructure and mechanical behaviour of a Nextel™ 610/alumina weak matrix composite subjected to tensile and compressive loadings | |
| Slifka et al. | Thermal conductivity of a zirconia thermal barrier coating | |
| WO2017143542A1 (en) | Coating residual stress testing method and instrument | |
| Wan et al. | Fracture characteristics of freestanding 8 wt% Y2O3–ZrO2 coatings by single edge notched beam and Vickers indentation tests | |
| Jiang et al. | Thermal‐cycle dependent residual stress within the crack‐susceptible zone in thermal barrier coating system | |
| Dassios et al. | Crack growth monitoring in ceramic matrix composites by combined infrared thermography and acoustic emission | |
| Ferraris et al. | Torsion tests on AV119 epoxy–joined SiC | |
| RU2545082C1 (en) | Device for forming and testing of samples of thin coatings | |
| Majumdar et al. | Evaluation of the Tensile Interface Strength in Brittle‐Matrix Composite Systems | |
| Sujidkul et al. | Correlating electrical resistance change with mechanical damage in woven SiC/SiC composites: experiment and modeling | |
| Goulmy et al. | Monitoring damage evolution of ceramic matrix composites during tensile tests using electrical resistivity: Crack density-based electromechanical model | |
| RU2643682C1 (en) | Device for determining adhesion strength of multi-layer ceramic thermal-barrier coating | |
| Meneghetti et al. | A synthesis of the fatigue behavior of stainless steel bars under fully reversed axial or torsion loading by using the specific heat loss | |
| Shafiq et al. | A novel technique for the determination of surface biaxial stress under external confinement using Raman spectroscopy | |
| Panakarajupally et al. | Monitoring Damage in Nonoxide Composites at High Temperatures Using Carbon-Containing CVD SiC Monofilament Fibers as Embedded Electrical Resistance Sensors | |
| Ferraris et al. | Shear Strength Measurement of AV 119 Epoxy‐Joined SiC by Different Torsion Tests | |
| JP2005274423A (en) | Method and device for evaluating adhesion strength of coating film | |
| US10571415B2 (en) | Methods and apparatuses for evaluating ceramic matrix composite components | |
| RU2548378C1 (en) | Procedure for evaluation of adhesion shear strength of heat shielding coating and device for its implementation | |
| Appleby et al. | Damage Characterization of EBC-SiCSiC Ceramic Matrix Composites Under Imposed Thermal Gradient Testing |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200824 |