RU2772065C1 - Method for measuring the adhesion of ice to surfaces made of different materials and research module for implementation thereof - Google Patents
Method for measuring the adhesion of ice to surfaces made of different materials and research module for implementation thereof Download PDFInfo
- Publication number
- RU2772065C1 RU2772065C1 RU2021110320A RU2021110320A RU2772065C1 RU 2772065 C1 RU2772065 C1 RU 2772065C1 RU 2021110320 A RU2021110320 A RU 2021110320A RU 2021110320 A RU2021110320 A RU 2021110320A RU 2772065 C1 RU2772065 C1 RU 2772065C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cone
- ice
- adhesion
- mode
- aluminium alloy
- Prior art date
Links
- 238000011160 research Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims description 23
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 21
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 14
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 7
- 210000002381 Plasma Anatomy 0.000 claims abstract description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 5
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 5
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 4
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Inorganic materials [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 claims description 4
- 238000007710 freezing Methods 0.000 abstract description 9
- 239000000843 powder Substances 0.000 abstract description 5
- 239000003973 paint Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000002966 varnish Substances 0.000 abstract 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 19
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 9
- 230000001070 adhesive Effects 0.000 description 7
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 7
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000011068 load Methods 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- 241001676573 Minium Species 0.000 description 1
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 description 1
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N Sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000181 anti-adherence Effects 0.000 description 1
- 230000003373 anti-fouling Effects 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 235000013861 fat-free Nutrition 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000006011 modification reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004686 pentahydrates Chemical class 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 1
- 235000019795 sodium metasilicate Nutrition 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области исследования адгезионной прочности льда к различным покрытиям и поверхностям и может быть использовано при создании антиобледенительных материалов, в том числе в авиационной промышленности и судостроении для оценки эффективности мер, принимаемых для борьбы с обледенением поверхностей самолётов, корпусов судов, навигационного оборудования.The invention relates to the field of research on the adhesive strength of ice to various coatings and surfaces and can be used to create anti-icing materials, including in the aviation industry and shipbuilding to evaluate the effectiveness of measures taken to combat icing on aircraft surfaces, ship hulls, navigation equipment.
Прочность сцепления льда с покрытием связана с поверхностной энергией материала и соответственно с критическим поверхностным натяжением. Способы измерения адгезионной прочности контакта льда с твёрдыми поверхностями, количественно характеризующей энергию, которую нужно затратить для разделения единицы площади такого контакта, основаны на отрыве льда от поверхности. Существуют различные модификации и техническое оформление устройств для определения силы сцепления льда, такие как сдвиг намороженного льда с поверхности, кручение или вырывание изо льда цилиндрической формы с поверхностью из исследуемого материала.The adhesion strength of ice with a coating is related to the surface energy of the material and, accordingly, to the critical surface tension. Methods for measuring the adhesive strength of ice contact with solid surfaces, which quantitatively characterizes the energy that must be expended to separate a unit area of such contact, are based on the separation of ice from the surface. There are various modifications and technical design of devices for determining the force of adhesion of ice, such as the displacement of frozen ice from the surface, torsion or tearing out of ice of a cylindrical shape with a surface of the material under study.
Известен способ измерения адгезии льда на сдвиг к другим материалам [пат. RU №2522818, опубл. 20.07.2014, бюл. №20]. Способ осуществляют следующим образом. На обезжиренную поверхность исследуемого образца устанавливают фторопластовую втулку, в которую наливают воду и замораживают в климатической камере в течение определённого времени в зависимости от температуры. Для того чтобы вода не вытекала по краям, на втулку сверху ставят груз, имеющий продольное отверстие для заливки воды. Затем образец с примороженным к нему льдом внутри фторопластовой втулки закрепляют в зажимы универсальной испытательной машины. Испытание проводят в режиме сжатия со скоростью движения захватов 0,5 мм/мин. Давление на образец производят с помощью бруска, который прикрепляют к захвату с использованием специального фиксатора, с толщиной исследуемого образца. Адгезию льда к материалу вычисляют по формуле W=P/S, где P - сила, приложенная для сдвига льда от материала, S - площадь основания льда.A known method of measuring the adhesion of ice shear to other materials [US Pat. RU No. 2522818, publ. 07/20/2014, bul. No. 20]. The method is carried out as follows. A fluoroplastic sleeve is installed on the fat-free surface of the test sample, into which water is poured and frozen in a climatic chamber for a certain time, depending on the temperature. In order to prevent water from flowing out along the edges, a load is placed on top of the sleeve, which has a longitudinal hole for pouring water. Then the sample with ice frozen to it inside the fluoroplastic sleeve is fixed into the clamps of the universal testing machine. The test is carried out in compression mode with a gripper speed of 0.5 mm/min. The pressure on the sample is produced using a bar, which is attached to the grip using a special retainer, with the thickness of the sample under study. The adhesion of ice to the material is calculated by the formula W=P/S, where P is the force applied to shear the ice away from the material, S is the area of the ice base.
Недостатком предложенного способа является то, что деформирующая сила неравномерно воздействует на образец льда, что приводит к ошибкам в измерении.The disadvantage of the proposed method is that the deforming force acts unevenly on the ice sample, which leads to measurement errors.
Описан способ и устройство для испытания на прочность льда на поверхности материала [пат. CN №102269691, опубл. 19.12.2012]. Суть изобретения состоит в том, что на поверхность испытуемого образца выровненной в горизонтальном направлении дозированно наносят каплю воды, которую в дальнейшем замораживают. Скользящим вдоль поверхности образца ножом, который имеет датчик силы, удаляют обледенение. Максимальное тангенциальное усилие в процессе среза замерзшей капли используется для характеристики поверхности материала как сила адгезии льда. Преимуществом способа является простота конструкции и эксплуатации.Describes a method and device for testing the strength of ice on the surface of the material [US Pat. CN No. 102269691, publ. 12/19/2012]. The essence of the invention lies in the fact that a drop of water is dosed onto the surface of the test sample aligned in the horizontal direction, which is then frozen. Icing is removed by sliding a knife along the surface of the sample, which has a force sensor. The maximum tangential force in the process of shearing a frozen drop is used to characterize the surface of the material as an ice adhesion force. The advantage of the method is the simplicity of design and operation.
К недостаткам известного способа нужно отнести необходимость тщательного контроля объёма воды и параллельности поверхности материала для исключения ошибки в измерениях.The disadvantages of the known method include the need for careful control of the volume of water and the parallelism of the surface of the material to eliminate measurement errors.
Известен подход [Гольдштейн Р.В., Епифанов В.П. «К измерению адгезии льда к другим материалам» // Вестник ПГТУ, Механика, 2011, №2, с. 28-41] для определения адгезионной прочности ледяной корки, намороженной на поверхность кабеля воздушных токопроводящих сетей, а также устройство для его осуществления. Замораживание воды осуществляют в зазоре между верхней направляющей втулкой и кабелем, имеющим геометрию цилиндрического стержня.There is a known approach [Goldstein R.V., Epifanov V.P. "On the measurement of ice adhesion to other materials" // Bulletin of PSTU, Mechanics, 2011, No. 2, p. 28-41] to determine the adhesive strength of the ice crust frozen on the surface of the cable of overhead current-carrying networks, as well as a device for its implementation. Freezing of water is carried out in the gap between the upper guide sleeve and the cable having the geometry of a cylindrical rod.
Недостатком данного способа является то, что при замораживании лёд расширяется и стесняется между верхней направляющей втулкой и образцом. Это приводит к завышенным значениям адгезии и, как следствие, к некорректным характеристикам антиадгезионного покрытия.The disadvantage of this method is that during freezing, the ice expands and is constrained between the upper guide sleeve and the sample. This leads to overestimated values of adhesion and, as a result, to incorrect characteristics of the anti-adhesive coating.
В полезной модели, заявленной в [пат. RU №125342, опубл. 27.02.2013, бюл. №6], приведено устройство для измерения сдвиговой прочности адгезии льда. Оно характеризуется тем, что тестируемый образец, представляющий собой цилиндр из исследуемого материала, одной стороной прикреплен к датчику силы, закреплённому на подвижном рычаге, а другой стороной частично погружен в сосуд с замораживаемой водой с отверстием в крышке сосуда для наполнения, причём диаметр отверстия лишь незначительно превышает диаметр цилиндра, а площадь боковой поверхности погружённой части цилиндра существенно больше площади его торцевой части. Сосуд с водой вместе с устройством для замораживания воды в нём жёстко закреплены на неподвижной станине, при этом измерение адгезионной прочности основано на определении усилия, требуемого для выдергивания образца изо льда, при приложении усилия вдоль оси цилиндра.In the utility model claimed in [US Pat. RU No. 125342, publ. 02/27/2013, bul. No. 6], a device for measuring the shear strength of ice adhesion is shown. It is characterized by the fact that the test sample, which is a cylinder of the material under study, is attached on one side to a force sensor mounted on a movable lever, and on the other side is partially immersed in a vessel with frozen water with a hole in the lid of the vessel for filling, and the diameter of the hole is only slightly exceeds the diameter of the cylinder, and the area of the lateral surface of the immersed part of the cylinder is significantly greater than the area of its end part. A vessel with water, together with a device for freezing water in it, is rigidly fixed on a fixed frame, while the measurement of adhesive strength is based on determining the force required to pull the sample out of ice when a force is applied along the axis of the cylinder.
Недостатком метода является то, что лёд в сдавленном состоянии после заморозки между измеряемым образцом и стенками цилиндра может иметь другие физические характеристики, что найдет отражение в результатах измерения. Помимо этого, к недостатку можно отнести невозможность использования известного устройства для измерения адгезии льда на отрыв.The disadvantage of the method is that ice in a compressed state after freezing between the measured sample and the walls of the cylinder may have other physical characteristics, which will be reflected in the measurement results. In addition, the disadvantage is the impossibility of using the known device for measuring the adhesion of ice to separation.
Описан измерительный модуль для определения силы адгезии льда [з. US №20060236778, опубл. 26.10.2006], в котором в неподвижную камеру опускают подвижную пластину, заливают определённый объём воды и замораживают под действием жидкого азота. Затем измеряют силу, необходимую для вырывания подвижной пластины из тестируемого материала и преобразуют её в силу адгезии льда к поверхности пластины.Described is a measuring module for determining the adhesion force of ice [C. US No. 20060236778, publ. October 26, 2006], in which a movable plate is lowered into a fixed chamber, a certain volume of water is poured and frozen under the action of liquid nitrogen. The force required to pull the movable plate out of the test material is then measured and converted into the force of ice adhesion to the plate surface.
Недостатком изобретения также является влияние бокового сжатия измерительной пластины на значения адгезии.Another disadvantage of the invention is the influence of the lateral compression of the measuring plate on the adhesion values.
Результаты проведенных исследований в [Логанина В.И., Сергеева К.А. «К методике измерения адгезии льда к поверхностям» // Региональная архитектура и строительство, 2020, №1, с. 86-89] показывают, что методика оценки адгезии льда к поверхности в условиях бокового стеснения даёт немного завышенные результаты из-за различий в фактических условиях работы льда. Так, значения адгезии льда на оцинкованном железе, измеренные в режиме сдвига составили 0,043-0,070 МПа, в то время как методом отрыва получены значения 0,045-0,068 МПа, а при нанесении гидрофобного покрытия - 0,013-0,022 МПа и 0,011-0,020 МПа, соответственно. Помимо этого, различие в силе сцепления тестируемого покрытия с материалом измерительного модуля также может дополнительно влиять на оценку антиобледенительных свойств материалов.The results of the studies carried out in [Loganina V.I., Sergeeva K.A. “Towards a Method for Measuring Ice Adhesion to Surfaces” // Regional Architecture and Construction, 2020, No. 1, p. 86-89] show that the technique for assessing the adhesion of ice to the surface under lateral constraint gives slightly overestimated results due to differences in the actual conditions of ice operation. Thus, the values of ice adhesion on galvanized iron, measured in the shear mode, were 0.043-0.070 MPa, while the values obtained by the tear-off method were 0.045-0.068 MPa, and when applying a hydrophobic coating - 0.013-0.022 MPa and 0.011-0.020 MPa, respectively. In addition, the difference in the strength of adhesion of the tested coating to the material of the measuring module can also additionally affect the assessment of the anti-icing properties of materials.
Таким образом недостатком вышеуказанных технических решений является возможность разрушения не только по плоскости контакта льда с тестируемой поверхностью, но и с образованием трещин внутри самого льда, в результате чего становится неопределенной реальная площадь, по которой произошло разрушение контакта, а измеренное значение усилия сдвига ледяного нароста или разрыва ледяной прослойки может определяться не только прочностью адгезии льда к поверхности, но и силами сцепления внутри ледяной прослойки, наличием в ней трещин и других дефектов.Thus, the disadvantage of the above technical solutions is the possibility of destruction not only along the plane of contact of ice with the surface being tested, but also with the formation of cracks inside the ice itself, as a result of which the real area over which the contact was destroyed becomes uncertain, and the measured value of the shear force of the ice buildup or rupture of the ice layer can be determined not only by the adhesion strength of ice to the surface, but also by the adhesion forces inside the ice layer, the presence of cracks and other defects in it.
Для того чтобы минимизировать ошибки в оценке адгезионной прочности из-за неточности определения площади разрушаемого адгезионного контакта между льдом и тестируемой поверхностью предпочтения отдаются тестированию на сдвиг в отсутствии бокового стеснения, т.е. в режиме отрыва.In order to minimize errors in the assessment of adhesive strength due to the inaccuracy in determining the area of the adhesive contact to be destroyed between the ice and the test surface, preference is given to shear testing in the absence of lateral constraint, i.e. in breakaway mode.
Известна полезная модель [пат. RU №170285, опубл. 19.04.2017, бюл. 11] с возможностью проведения измерений адгезионной прочности льда к твёрдым поверхностям из различных материалов на отрыв с возможностью формирования на них различных видов льда, а также количественной оценки затрачиваемой для разделения единицы площади такого контакта энергии. Для проведения исследований подготовленную установку с застывшим слоем льда и примерзшими к ней образцами устанавливают в рабочем пространстве между станиной и нижней нагружающей пластиной так, чтобы её рабочая поверхность была ориентирована параллельно или перпендикулярно плоскости станины. Затем регулируют высоту опорных стоек с последующим непосредственным прикреплением к образцам для испытаний. Сила пружины передаётся на тяговую штангу, а затем через шарнирные механизмы и шаровые штоки к датчику динамометра.Known utility model [US Pat. RU No. 170285, publ. 04/19/2017, bul. 11] with the possibility of measuring the adhesion strength of ice to solid surfaces of various materials for separation with the possibility of forming various types of ice on them, as well as quantifying the energy spent to separate a unit area of such a contact. To conduct research, the prepared installation with a frozen layer of ice and samples frozen to it is installed in the working space between the frame and the lower loading plate so that its working surface is oriented parallel or perpendicular to the plane of the frame. The height of the support legs is then adjusted, followed by direct attachment to the test specimens. The spring force is transmitted to the drawbar, and then through the hinge mechanisms and ball rods to the dynamometer sensor.
Основным недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает постоянного объёма и равномерного распределения льда на измеряемом образце материала, что затрудняет проведение сравнительного анализа свойств в серии. Помимо этого, не описано применение данного устройства для оценки антиобледенительных свойств лакокрасочных или порошковых покрытий.The main disadvantage of the known device is that it does not provide a constant volume and uniform distribution of ice on the measured material sample, which makes it difficult to conduct a comparative analysis of properties in a series. In addition, the use of this device for evaluating the anti-icing properties of paint or powder coatings is not described.
Известно устройство для испытания сцепления льда с поверхностью материала и способ его испытания [пат. CN №104568743, опубл. 14.01.2015]. Способ включает подготовку слоёв льда с равным объёмом и равной площадью контакта с использованием конического барабана в устройстве для испытаний, а затем снятие слоёв льда с использованием устройства для подъёма конического барабана; считывание максимальной нормальной силы в процессе отслаивания и отображение силы вертикального сцепления слоёв льда на поверхности материала с использованием отношения максимальной нормальной силы к площади контакта слоёв льда и образца. Устройство для испытаний и метод, раскрытые в изобретении, могут использоваться для проверки прочности вертикального сцепления слоёв льда на поверхностях различных материалов, слоёв покрытия живыми организмами.A device for testing adhesion of ice to the surface of the material and a method for testing it [US Pat. CN No. 104568743, publ. 01/14/2015]. The method includes preparing layers of ice with equal volume and equal contact area using a conical drum in a tester, and then removing layers of ice using a device for lifting the conical drum; reading of the maximum normal force during the peeling process and displaying the force of vertical adhesion of ice layers on the surface of the material using the ratio of the maximum normal force to the contact area of the ice layers and the sample. The test device and method disclosed in the invention can be used to test the strength of the vertical adhesion of ice layers on the surfaces of various materials, coating layers by living organisms.
Недостаток известного изобретения заключается в том, что на значения адгезии влияет сила сцепления между слоями льда, так как в устройстве предусмотрена возможность многократного намораживания на образец слоёв льда до требуемой толщины. Помимо этого, к недостаткам относится отсутствие информации о способе фиксации покрытия на замораживаемой пластине, как как прочность сцепления оцениваемого покрытия с пластиной может оказывать влияние на результаты испытаний.The disadvantage of the known invention lies in the fact that the adhesion values are affected by the adhesion force between the layers of ice, since the device provides for the possibility of repeated freezing of ice layers on the sample to the required thickness. In addition, the disadvantages include the lack of information about the method of fixing the coating on the freeze plate, as well as how the adhesion strength of the evaluated coating to the plate can affect the test results.
Ещё один подход к измерению адгезии льда методом отрыва описан в изобретении [пат. CN №102628789, опубл. 19.04.2012]. Метод испытания включает следующие этапы: вертикальное расположение адгезионного зонда в определённом количестве воды на охлаждаемой поверхности образца, контактная наморозка зонда на испытательной поверхности; и вертикальное вытягивание адгезионного зонда с измерением максимальной силы и преобразование площади контакта адгезионного зонда в количественный параметр, представляющий нормализованную силу сцепления льда с испытуемым образцом. Метод и устройство имеют преимущества, заключающиеся в простоте принципа и конструкции, удобстве в эксплуатации, высокой воспроизводимости и реальном представлении нормальной прочности сцепления материалов (или покрытия) с поверхностями и льдом. Однако, существенным недостатком является маленькая площадь контакта, что требует проведения большого количества измерений для оценки реальных антиобледенительных свойств покрытия. Another approach to measuring the adhesion of ice by the pull-off method is described in the invention [US Pat. CN No. 102628789, publ. 04/19/2012]. The test method includes the following steps: vertical location of the adhesion probe in a certain amount of water on the cooled surface of the sample, contact freezing of the probe on the test surface; and vertically pulling the adhesion probe to measure the maximum force, and converting the contact area of the adhesion probe into a quantity representing the normalized adhesion force of the ice to the test specimen. The method and device have the advantages of simplicity of principle and design, ease of operation, high reproducibility, and real representation of the normal adhesion strength of materials (or coatings) to surfaces and ice. However, a significant disadvantage is the small contact area, which requires a large number of measurements to assess the actual anti-icing properties of the coating.
В качестве наиболее близкого аналога заявляемого изобретения выбрана «конус-конус» методика из [Цветников А.К. и др. «Физико-химические свойства и области применения многофункциональных покрытий на основе нанодисперсного политетрафторэтилена» // Химическая технология, 2019, Т. 20, с. 620-625]. Подход для проведения испытаний на прочность сцепления льда с исследуемой поверхностью основан на использовании стального конуса, погружённого в воду, находящуюся в конической полости стального блока. На поверхность конуса наносят покрытие, после отверждения которого конус опускают в цилиндр с деионизированной водой или с раствором NaCl различной концентрации в пределах солёности морской воды и замораживают до -15°С в термостате, установленном на разрывной машине. Замораживание проводят в течение часа, после чего осуществляют измерение усилия, необходимого для отрыва конуса от льда.As the closest analogue of the claimed invention, the "cone-cone" technique from [Tsvetnikov A.K. et al. “Physical and chemical properties and applications of multifunctional coatings based on nanodispersed polytetrafluoroethylene” // Chemical Technology, 2019, V. 20, p. 620-625]. The approach for testing the strength of adhesion of ice to the surface under study is based on the use of a steel cone immersed in water located in the conical cavity of the steel block. A coating is applied to the surface of the cone, after curing of which the cone is lowered into a cylinder with deionized water or with a NaCl solution of various concentrations within the salinity of sea water and frozen to -15 ° C in a thermostat installed on a tensile testing machine. Freezing is carried out for an hour, after which the force required to separate the cone from the ice is measured.
Недостатком прототипа, прежде всего, является то, что стальной конус не может быть использован для измерения адгезии льда к порошковым покрытиям. На точность измерения также влияет сила сцепления испытуемого покрытия со стальным конусом, что может отразиться на полученных значениях адгезии при слабом сцеплении покрытия с модулем. Помимо этого, в прототипе не раскрыты технические характеристики модуля и не приведены примеры осуществления.The disadvantage of the prototype, first of all, is that the steel cone cannot be used to measure the adhesion of ice to powder coatings. The measurement accuracy is also affected by the adhesive force of the coating under test with the steel cone, which can affect the obtained adhesion values if the adhesion of the coating to the module is weak. In addition, the prototype does not disclose the technical characteristics of the module and does not provide examples of implementation.
В связи с этим техническим результатом заявляемого изобретения является разработка способа оценки адгезии льда к лакокрасочным и порошковым покрытиям с использованием исследовательского модуля, обладающего хорошей теплопроводностью для эффективной заморозки и пористостью и обеспечивающего высокую силу сцепления с исследуемыми материалами для более точного измерения антиобледенительных свойств покрытий. Преимуществом способа измерения является небольшая погрешность измерения, что позволяет уменьшить количество опытов для статистической достоверности результатов.In this regard, the technical result of the claimed invention is the development of a method for assessing the adhesion of ice to paint and powder coatings using a research module that has good thermal conductivity for effective freezing and porosity and provides high adhesion to the materials under study for more accurate measurement of anti-icing properties of coatings. The advantage of the measurement method is a small measurement error, which makes it possible to reduce the number of experiments for the statistical reliability of the results.
Технический результат достигают проведением электрохимической обработки поверхности конуса из сплава алюминия при напряжении, обеспечивающем протекание плазменных микроразрядов на границе раздела электрод-электролит, в электролите, содержащем пятиводный метасиликат натрия Na2SiO3·5Н2О и гидроксид натрия NaOH.The technical result is achieved by carrying out electrochemical treatment of the surface of an aluminum alloy cone at a voltage that ensures the flow of plasma microdischarges at the electrode-electrolyte interface in an electrolyte containing sodium metasilicate Na 2 SiO 3 ·5H 2 O pentahydrate and sodium hydroxide NaOH.
Схематическое изображение исследовательского модуля приведено на Фиг.1, где 1 – конус, 2 – коническая ёмкость, 3 – полость для формирования льда, 4 – крепления модуля к разрывной машине.A schematic representation of the research module is shown in Fig.1, where 1 is a cone, 2 is a conical container, 3 is a cavity for ice formation, 4 is the attachment of the module to a tensile testing machine.
Способ осуществляют следующим образом. Предварительно очищенную поверхность конуса из сплава алюминия подвергают электролитическому оксидированию в электролите, содержащем, г/л: 15−25 Na2SiO3·5Н2О и 1−2 NaOH, в режиме плазменных микроразрядов в монополярном гальваностатическом режиме при плотности тока 0,3−1,0 А/см2 и коэффициенте заполнения поляризующего сигнала 50%.The method is carried out as follows. The pre-cleaned surface of the aluminum alloy cone is subjected to electrolytic oxidation in an electrolyte containing, g/l: 15−25 Na 2 SiO 3 5H 2 O and 1−2 NaOH, in the plasma microdischarge mode in the monopolar galvanostatic mode at a current density of 0.3 −1.0 A/cm 2 and a polarizing signal duty cycle of 50%.
Затем на поверхность конуса наносят лакокрасочное покрытие (например, сурик железный МА-15, самополирующееся противообрастающее покрытие с высоким процентом сухого остатка Seaforce 30) или порошковое покрытие (например, политетрафторэтилен ПТФЭ) методами намазывания, распыления, окунания, натирания и дают высохнуть в течение 2 часов при температуре 60°С. Конус как крышку располагают наверху конической ёмкости, заполненной водой или солевым раствором, при этом избыток жидкости выдавливается конусом из ёмкости. Далее исследовательский блок термостатируют при −15°С в течение 4 часов, устанавливают в зажимы разрывной машины и определяют значение усилия отрыва конуса от льда.The surface of the cone is then coated with paint (e.g. minium iron MA-15, Seaforce 30 high solids self-polishing antifouling) or powder coated (e.g. PTFE) by smearing, spraying, dipping, rubbing and allowed to dry for 2 hours at 60°C. The cone, like a lid, is placed on top of a conical container filled with water or saline, while the excess liquid is squeezed out of the container by the cone. Next, the research block is thermostated at −15°C for 4 hours, installed in the clamps of the tensile testing machine, and the value of the effort to separate the cone from the ice is determined.
Claims (2)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2772065C1 true RU2772065C1 (en) | 2022-05-16 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU216048U1 (en) * | 2022-11-11 | 2023-01-16 | Федеральное автономное учреждение "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФАУ "ЦАГИ") | Device for measuring the adhesion force of ice |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101482489B (en) * | 2009-02-06 | 2011-08-03 | 中国电力科学研究院 | Apparatus and method for testing ice cover or coating bonding strength |
| RU125342U1 (en) * | 2012-09-18 | 2013-02-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук | DEVICE FOR MEASUREMENT OF SHEAR STRENGTH OF ICE ADHESION TO SOLID SURFACES |
| RU2522818C1 (en) * | 2012-12-11 | 2014-07-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем нефти и газа Сибирского отделения Российской академии наук | Measurement of ice shear adhesion to other materials |
| CN105277485B (en) * | 2015-09-24 | 2017-08-25 | 空气动力学国家重点实验室 | It is a kind of to determine ice and the device of object plane cohesive force |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101482489B (en) * | 2009-02-06 | 2011-08-03 | 中国电力科学研究院 | Apparatus and method for testing ice cover or coating bonding strength |
| RU125342U1 (en) * | 2012-09-18 | 2013-02-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук | DEVICE FOR MEASUREMENT OF SHEAR STRENGTH OF ICE ADHESION TO SOLID SURFACES |
| RU2522818C1 (en) * | 2012-12-11 | 2014-07-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем нефти и газа Сибирского отделения Российской академии наук | Measurement of ice shear adhesion to other materials |
| CN105277485B (en) * | 2015-09-24 | 2017-08-25 | 空气动力学国家重点实验室 | It is a kind of to determine ice and the device of object plane cohesive force |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU216048U1 (en) * | 2022-11-11 | 2023-01-16 | Федеральное автономное учреждение "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФАУ "ЦАГИ") | Device for measuring the adhesion force of ice |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110044740B (en) | Method, application, device and clamp for measuring corrosion fatigue damage law of cable steel wire | |
| WO2020057270A1 (en) | Ultrasonic nondestructive detection method for expanded size of micro crack of material | |
| US11892391B2 (en) | Field monitoring electrochemical method for anticorrosion performance of organic coatings in seawater environment | |
| US5419201A (en) | Methods and devices for electrochemically determining metal fatigue status | |
| RU2582911C1 (en) | Method of testing pipe steels for stress corrosion cracking | |
| CN108398320A (en) | A kind of measurement method of wrought aluminium alloy tensile stress etching | |
| CN113281156B (en) | Material high-strain creep-fatigue coupling test method under low-temperature corrosion environment | |
| CN103954520B (en) | A kind of method detecting active sulfur content in insulating oil | |
| RU2532592C1 (en) | Method for determining integrity of polymer coating, and device for its implementation | |
| Cai et al. | Impedance sensor for the early failure diagnosis of organic coatings | |
| CN102388302A (en) | Method for evaluation test of corrosion resistance of inner surface of upper deck cargo tank in actual ship | |
| RU2772065C1 (en) | Method for measuring the adhesion of ice to surfaces made of different materials and research module for implementation thereof | |
| CN102103063A (en) | Stress corrosion test method and device for metal sheet pre-cracked sample | |
| Haghi et al. | Measuring Instruments for Characterization of Intermediate Products in Electrode Manufacturing of Lithium‐Ion Batteries | |
| Hayashibara et al. | Evaluation of epoxy coating for ballast tanks under thermal cycling by electrochemical impedance spectroscopy | |
| Rønneberg et al. | Standardizing the testing of low ice adhesion surfaces | |
| CN115541483A (en) | Method for testing interaction between marine atmospheric environment and elastic tensile stress of metal material | |
| CN113484226B (en) | Online monitoring method for aging simulation of sealing rubber material | |
| CN103698263B (en) | Immersion corrosion test method under permanent pulling force condition and equipment thereof | |
| Deflorian et al. | Defect dimension evaluation in organic coated galvanized steel by electrochemical impedance spectroscopy | |
| AU2006297854B2 (en) | Electrochemical fatigue sensor system and methods | |
| RU125342U1 (en) | DEVICE FOR MEASUREMENT OF SHEAR STRENGTH OF ICE ADHESION TO SOLID SURFACES | |
| RU2378640C1 (en) | Method of determining corrosive activity of fuels for jet propulsion motors | |
| RU2620860C1 (en) | Device for determination of coating integrity while it is deformed | |
| Mohamed | Comparative study of the corrosion behaviour of conventional carbon steel and corrosion resistant reinforcing bars |