RU2796229C1 - Способ определения адгезионной и когезионной прочностей сцепления металлических покрытий с металлической поверхностью - Google Patents
Способ определения адгезионной и когезионной прочностей сцепления металлических покрытий с металлической поверхностью Download PDFInfo
- Publication number
- RU2796229C1 RU2796229C1 RU2022130829A RU2022130829A RU2796229C1 RU 2796229 C1 RU2796229 C1 RU 2796229C1 RU 2022130829 A RU2022130829 A RU 2022130829A RU 2022130829 A RU2022130829 A RU 2022130829A RU 2796229 C1 RU2796229 C1 RU 2796229C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- substrate
- matrix
- hole
- sample
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к области определения адгезионной и когезионной прочностей сцепления металлических покрытий с металлической поверхностью и может быть использовано в различных отраслях машиностроения, где применяются различные методы нанесения металлических покрытий на металлическую поверхность для придания поверхности повышенных физико-механических характеристик. Сущность: осуществляют изготовление цилиндрической подложки с плоскими торцами, нанесение покрытия на ее рабочую поверхность, механическую обработку торца покрытия до получения опорной площадки, установку образца в цилиндрическое отверстие матрицы так, чтобы обработанный торец покрытия был обращен в сторону отверстия в матрице, отрыв покрытия от подложки путем продавливания, определение максимальной нагрузки, необходимой для отрыва слоя покрытия, и по ее величине вычисление значения прочности. При этом покрытие наносят на поверхность одного из плоских торцов подложки, а при механической обработке торца покрытия получают на подложке опорную площадку и цилиндрический выступ с нанесенным покрытием диаметром, соответствующим диаметру отверстия в матрице, и высотой, превышающей толщину покрытия. После чего со стороны противоположного торца подложки соосно с выступом на глубину толщины подложки выполняют глухое отверстие диаметром, соответствующим диаметру штока. Полученный образец цилиндрическим выступом устанавливают в отверстие матрицы и осуществляют отрыв покрытия от подложки с помощью штока путем продавливания покрытия относительно образца. Технический результат: повышение технологичности способа и достоверности результатов испытаний. 4 ил.
Description
Изобретение относится к области определения адгезионной и когезионной прочностей сцепления металлических покрытий с металлической поверхностью и может быть использовано в различных отраслях машиностроения, где применяются различные методы нанесения металлических покрытий на металлическую поверхность для придания поверхности повышенных физико-механических характеристик.
Известен способ определения адгезионной и когезионной прочностей газотермических покрытий [патент РФ на изобретение №2309397, МПК G01N 19/04, опубликовано 27.10.2007 г.], заключающийся в выполнении образца в виде подложки и нанесенного на нее исследуемого газотермического покрытия и разрыве образца с помощью штока для определения адгезионной прочности. Подложку, выполненную с отверстием, помещают в матрицу и фиксируют крышкой с отверстием, в отверстие матрицы помещают шток с пояском так, чтобы поверхность пояска штока и подложки находились в одной плоскости, края крышки выкладывают фольгой, на поверхность подложки и пояска наносят газотермическое покрытие, высотой, равной толщине крышки, при этом выступ подложки из под крышки не должен превышать толщину покрытия, разрыв образца осуществляют в разрывной машине.
Общими признаками заявленного изобретения и аналога являются:
- образец для определения адгезионной и когезионной прочностей сцепления покрытий с подложкой;
- выполнение подложки с отверстием для испытания покрытия;
- нанесение покрытия на поверхность подложки;
- матрица с отверстием для испытания покрытия;
- разрыв образца с помощью штока;
- разрыв образца в разрывной машине;
- вычисление значения прочности по формуле.
Известное техническое решение имеет следующие недостатки:
- низкая технологичность способа, т.к. для определения адгезионной и когезионной прочностей газотермических покрытий требуется изготовление сложного специального образца, включающего опорные винты, матрицу с отверстиями под крышку, крепежные элементы, шток с пояском, фольгу и подложку с отверстием.
Такая конструкция для достоверности результатов требует:
- точное выполнение геометрических размеров (диаметров) штока и отверстия матрицы, в случаях отклонения которых приводит к усиленному трению взаимодействующих поверхностей в связи с заполнением появившегося зазора газотермическим покрытием при его нанесении, что не обеспечит в последствии достоверность результатов испытаний прочности покрытий;
- доработку (зачистку) приспособления, а именно рабочих поверхностей крышки и штока после каждого проведения операций напыления и испытания. Каждая последующая доработка приводит к износу штока и отверстия матрицы и, соответственно, к снижению точности геометрических размеров (диаметров) штока и отверстия матрицы, что снижает в последствие достоверность результатов испытаний прочности покрытий;
- однородность материалов штока и подложки для получения достоверных результатов испытаний (физико-механические свойства напыленных поверхностей такие как шероховатость, твердость и т.д значительно влияют на достоверность испытаний). Кроме того, на достоверность результатов испытаний влияет периодический износ взаимодействующих между собой рабочих поверхностей штока и матрицы с крышкой;
- высокие стоимость изготовления и трудоемкость осуществления способа, обусловленные применением, изготовлением и доработкой зачисткой по окончании испытательных работ) специального приспособления.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ оценки адгезионной прочности порошковых металлических покрытий со стальной поверхностью [патент РФ на изобретение №2571308, МПК G 01N 19/04, опубликован 20.12.2015 г.], в котором в качестве подложки используют цилиндрический образец, на образующую поверхность которого наносят покрытие в виде кольцевого пояска, производят механическую обработку торцов покрытия на образце до получения опорных площадок с последующей обработкой одного из торцов покрытия путем снятия внутренней фаски размером 0,5×45°, устанавливают образец в матрицу с цилиндрическим отверстием так, чтобы обработанный торец покрытия с фаской был обращен в сторону отверстия в матрице, а отрыв покрытия от подложки осуществляют путем продавливания цилиндрического образца сквозь цилиндрическое отверстие в матрице.
Общими признаками прототипа и изобретения являются:
- образец для определения адгезионной прочности сцепления покрытия с подложкой;
- изготовление цилиндрической подложки с плоскими торцами под напыление;
- нанесение покрытия на рабочую поверхность подложки;
-механическая обработка торца покрытия до получения опорной площадки;
- установка образца в цилиндрическое отверстие матрицы так, чтобы обработанный торец покрытия был обращен в сторону отверстия в матрице;
- отрыв покрытия от подложки путем продавливания;
- определение максимальной нагрузки, необходимой для отрыва слоя покрытия, и по ее величине вычисление значения прочности.
Известное техническое решение имеет следующие недостатки.
Низкая технологичность изготовления:
- сложность в изготовлении образца, заключающаяся в механической обработке одного из торцов покрытия путем снятия внутренней фаски размером 0,5×45°, при этом имеется большая вероятность повреждения напыленного слоя, требует специальной оснастки для исключения повреждения покрытия при механической обработке вследствие возникновения напряжений в местах перехода покрытия и поверхности подложки;
б) высокая сложность процесса напыления на образующую цилиндрическую поверхность образца. Для получения точных и качественных параметров нанесения покрытия (равномерность толщины, прочность и плотность) требуется дополнительное оснащение для вращения образца вокруг своей оси и нанесения покрытия под углом 90° к образующей образца;
- высокие требования к точности геометрических размеров (диаметров) образца и цилиндрического отверстия в матрице для исключения дополнительных сил трения взаимодействующих поверхностей подложки и матрицы, т.к отрыв покрытия от подложки осуществляют путем продавливания образца сквозь отверстие в матрице, что требуется для получения достоверных результатов испытаний.
Задачами изобретения являются:
- повышение технологичности при изготовлении и испытании образца;
- получение достоверных результатов испытаний;
- минимизация материальных и трудовых затрат на осуществление способа;
Достигаемые технические результаты изобретения:
- повышение технологичности способа за счет упрощения конструкции образца (не требуется дополнительное оснащение для вращения образца вокруг своей оси и нанесения покрытия под углом 90° к образующей образца как в прототипе, исключение выполнения фаски 0,5×45° на торце покрытия);
- снижение рисков повреждения нанесенного (испытуемого) покрытия при механической обработке за счет исключения в конструкции образца мест резкого изменения формы образца в области перехода покрытия к подложке (в прототипе подложка и покрытие образуют между собой угол 90°, что является большим концентратором напряжений);
- исключение влияния точности геометрических параметров образца и отверстия в матрице - не требуется точное соблюдение геометрических размеров (диаметров) образца и отверстия матрицы, т.к. взаимодействующие поверхности матрицы и образца являются опорными (при испытании находятся в статическом положении, т.к. давление при испытании передается штоком испытательной машины непосредственно на покрытие);
- повышение достоверности результатов испытаний за счет исключения в процессе испытаний трения взаимодействующих поверхностей образца и матрицы, т.к. давление при испытании передается штоком непосредственно на покрытие;
Технический результат достигается тем, что в способе определения адгезионной и когезионной прочностей сцепления металлических покрытий с металлической поверхностью, заключающемся в изготовлении цилиндрической подложки с плоскими торцами, нанесении покрытия на ее рабочую поверхность, механической обработке торца покрытия до получения опорной площадки, установке образца в цилиндрическое отверстие матрицы так, чтобы обработанный торец покрытия был обращен в сторону отверстия в матрице, отрыве покрытия от подложки путем продавливания, определении максимальной нагрузки, необходимой для отрыва слоя покрытия, и по ее величине вычисления значения адгезионной прочности, согласно изобретению покрытие наносят на один из плоских торцов подложки, а при механической обработке торца покрытия опорную площадку получают на подложке и образуют в центральной ее части цилиндрический выступ с нанесенным покрытием диаметром, соответствующим диаметру отверстия в матрице, и высотой, превышающей толщину покрытия, после чего со стороны противоположного торца подложки соосно с выступом на глубину толщины подложки выполняют глухое отверстие диаметром, соответствующим диаметру штока, полученный образец цилиндрическим выступом устанавливают в отверстие матрицы и осуществляют отрыв покрытия от подложки с помощью штока путем продавливания покрытия относительно образца.
Заявляемое техническое решение соответствует критериям новизна и изобретательский уровень т.к. имеет отличительные от прототипа признаки, характеризуется новой совокупностью существенных признаков, что позволяет при использование изобретения решить поставленные задачи и получить новые по сравнению с выявленными аналогами и прототипом выше указанные технические результаты.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется рисунками, где на фиг. 1 представлена цилиндрическая подложка, на фиг. 2 - подложка с нанесенным покрытием на одном из плоских торцов, на фиг. 3 - образец с механически обработанным покрытием и глухим отверстием, на фиг. 4 - схема испытания образца.
Пример конкретного выполнения:
Изготовили подложку 1 цилиндрической формы с плоскими торцами из сплава АМг6 диаметром 30 мм, толщиной 7 мм. (фиг. 1). На один из плоских торцов подложки 1 нанесли покрытие 2 в виде алюминиевого порошка марки А-10-01 газодинамическим способом напыления толщиной 6 мм, диаметром 13 мм. (фиг. 2). Выполнили механическую обработку торца образца со стороны покрытия 2 - образовали опорную поверхность 3 на подложке 1 толщиной 5 мм. и в центральной ее части цилиндрический выступ 4 с покрытием 2 диаметром 11 мм, соответствующим диаметру цилиндрического отверстия 5 матрицы 6, и высотой 6 мм, превышающей толщину покрытия 2, что позволило исключить зоны резкого перехода от подложки 1 к покрытию 2 (фиг. 2; фиг. 3). Со стороны противоположного торца подложки 1 соосно с выступом 4 на глубину толщины подложки 1 открывают глухое отверстие 7 диаметром 5 мм, соответствующим диаметру штока 8 испытательной машины (фиг. 3). Изготовленный образец установили цилиндрическим выступом 4 в цилиндрическое отверстие 5 матрицы 6 таким образом, чтобы механически обработанная опорная поверхность 3 подложки 1 упиралась в опорную поверхность 9 матрицы 6 (фиг. 4).
После этого с помощью штока 8 осуществили отрыв покрытия 2 от подложки 1 путем продавливания покрытия 2 относительно образца - к штоку 8 приложили усилие Р, создаваемое испытательной машиной, при этом шток 8 передал давление через глухое отверстие 7 образца на напыленное покрытие 2 цилиндрического выступа 4 через цилиндрическое отверстие 5 матрицы 6 до его отрыва (разрушения). При этом достигается результат снижения рисков повреждения нанесенного (испытуемого) покрытия при механической обработке за счет исключения в конструкции образца мест резкого изменения формы образца в области перехода покрытия к подложке; достигаются достоверные результаты испытаний за счет:
- исключения в процессе испытаний трения взаимодействующих поверхностей образца и матрицы вследствие того, что испытуемый образец в предложенном техническом решении находится при испытании в статическом состоянии, а отрыв покрытия от подложки осуществляют штоком испытательной машины путем продавливания покрытия;
- исключения влияния точности геометрических параметров образца и отверстия в матрице - не требуется точное соблюдение геометрических размеров (диаметров) образца и отверстия матрицы, т.к. взаимодействующие поверхности матрицы и образца являются опорными (при испытании находятся в статическом положении, т.к. давление при испытании передается штоком испытательной машины непосредственно на покрытие)
По окончании испытания образца сняли показания усилия Р=424500 Н с испытательной машины и определили величину адгезионной прочности сцепления покрытия 2 с подложкой 1 по формуле:
σ=P/S
где:
σ - величина адгезионной прочности покрытия к подложке, МПа;
Р - усилие, создаваемое испытательной машиной, Н;
S - площадь контакта, м2;
При этом:
S=π(d2-dш 2)/4,
где:
d - диаметр напыленного слоя, м;
dш - диаметр штока, м;
Расчет:
Р=424500 Н
S=3,14159•(0,112-0,052)/4=0,0075 м2
σ=424500/0,0075=56,6 МПа
При испытании
Также проводились испытания на образцах с цинковым покрытием (Zn 99,995%), выполненных газотермическим способом (электродуговая металлизация).
Предложенный способ по сравнению с прототипом проще в осуществлении, т.к. упрощена конструкция образца, повышена достоверность результатов испытаний (показаний адгезионной и когезионной прочностей сцепления покрытия с подложкой.), минимизированы сторонние факторы, влияющие на показания прочности сцепления покрытия с подложкой, снижены материальные и трудовые затраты на проведения испытаний.
Claims (1)
- Способ определения адгезионной и когезионной прочностей сцепления металлических покрытий с металлической поверхностью, заключающийся в изготовлении цилиндрической подложки с плоскими торцами, нанесении покрытия на рабочую поверхность подложки, механической обработке торца покрытия до получения опорной площадки, установке образца в цилиндрическое отверстие матрицы так, чтобы обработанный торец покрытия был обращен в сторону отверстия в матрице, отрыве покрытия от подложки путем продавливания, определении максимальной нагрузки, необходимой для отрыва слоя покрытия, и по ее величине вычислении значения прочности, отличающийся тем, что покрытие наносят на один из плоских торцов подложки, а при механической обработке торца покрытия опорную площадку получают на подложке и образуют в центральной ее части цилиндрический выступ с нанесенным покрытием диаметром, соответствующим диаметру отверстия в матрице, и высотой, превышающей толщину покрытия, после чего со стороны противоположного торца подложки соосно с выступом на глубину толщины подложки выполняют глухое отверстие диаметром, соответствующим диаметру штока, полученный образец цилиндрическим выступом устанавливают в отверстие матрицы и осуществляют отрыв покрытия от подложки с помощью штока путем продавливания покрытия относительно образца.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2796229C1 true RU2796229C1 (ru) | 2023-05-18 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU85519A1 (ru) * | 1949-06-06 | 1949-11-30 | Г.Ф. Домбровский | Способ определени механических свойств пленочных покрытий |
RU2571308C1 (ru) * | 2014-09-03 | 2015-12-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) | Способ оценки адгезионной прочности порошковых металлических покрытий со стальной поверхностью |
CN106990043B (zh) * | 2017-06-12 | 2019-11-12 | 中国矿业大学 | 一种金属覆层界面结合强度测量装置及方法 |
CN111474112A (zh) * | 2020-04-17 | 2020-07-31 | 唐山钢铁集团有限责任公司 | 用于检测镀层板材镀层粘附强度的试验模具及试验方法 |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU85519A1 (ru) * | 1949-06-06 | 1949-11-30 | Г.Ф. Домбровский | Способ определени механических свойств пленочных покрытий |
RU2571308C1 (ru) * | 2014-09-03 | 2015-12-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) | Способ оценки адгезионной прочности порошковых металлических покрытий со стальной поверхностью |
CN106990043B (zh) * | 2017-06-12 | 2019-11-12 | 中国矿业大学 | 一种金属覆层界面结合强度测量装置及方法 |
CN111474112A (zh) * | 2020-04-17 | 2020-07-31 | 唐山钢铁集团有限责任公司 | 用于检测镀层板材镀层粘附强度的试验模具及试验方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Staia et al. | Effect of substrate roughness induced by grit blasting upon adhesion of WC-17% Co thermal sprayed coatings | |
Rech et al. | Different cold spray deposition strategies: single-and multi-layers to repair aluminium alloy components | |
McGrann et al. | The effect of coating residual stress on the fatigue life of thermal spray-coated steel and aluminum | |
RU2796229C1 (ru) | Способ определения адгезионной и когезионной прочностей сцепления металлических покрытий с металлической поверхностью | |
Davies et al. | Methods of testing the adhesion of metal coatings to metals | |
US11204311B2 (en) | Engraving device and method for creating and measuring stress corrosion cracking on a flat coated test specimen | |
Liu et al. | An ac impedance study on PVD CrN-coated mild steel with different surface roughnesses | |
US10106878B2 (en) | Surface texture providing improved thermal spray adhesion | |
CN110441176B (zh) | 金属表面大厚度、高韧性硬质薄膜断裂韧性的测量方法 | |
RU2624616C1 (ru) | Способ определения прочности сцепления покрытия с металлической основой | |
Krachenfels et al. | Experimental investigation of tool-sided surface modifications for dry deep drawing processes at the tool radii area | |
Coyle et al. | Structure and Adhesion of Ni and Ni-WC Plasma Spray Coatings | |
Sagalovych et al. | Development of Avinit duplex technology to increase the wear resistance of the gearbox separator | |
Drobný et al. | Acoustic emission analysis of hard coatings cracking during indentation test | |
Ritter et al. | Use of the indentation technique for studying delamination of polymeric coatings | |
Kato et al. | Effects of coating thickness and interfacial roughness on cracking and delamination strength of WC-Co coating measured by ring compression test | |
Sawa et al. | Stress analysis and strength evaluation of bonded shrink fitted joints subjected to torsional loads | |
US20040074293A1 (en) | Method of determining the adhesion properties of materials | |
Al-Quraan et al. | Influence of Continuity of Electric Spark Coatings on Wear Resistance of Aluminum Alloy | |
RU2649085C1 (ru) | Образец для оценки когезионной прочности порошковых металлических покрытий | |
Voyer et al. | Determination of cracking resistance of thermal spray coatings during four-point bend testing using an acoustic emission technique | |
JPH11142319A (ja) | 表面皮膜の剥離・密着性測定方法 | |
Bouzakis et al. | Characterization of fatigue and adhesion properties of aC: H/CrN coatings on bearing rings by impact tests | |
SU1227995A1 (ru) | Способ определени прочности сцеплени покрыти с основой | |
Al-Quraana et al. | Tribology in Industry |