SU1635081A1 - Образец дл определени адгезионной прочности - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к испытательной технике дл  оценки адгезионной прочности покрыти  с субстратом. Цель изобретени  - повышение точности определени  адгезионной прочности и технологичности изготовлени  образца Дл  этого используют поверхность подложки с заданным законом деформации ее отдельных участков, адгезионное взаимодействие которых с покрытием монотонно возрастает от краев подложки к ее середине Разрушение системы осуществл ют последовательно, по крайней мере на двух этих участках. Образец содержит подложку выполненную в виде системы по меньшей мере из трех последовательно размещенных и кинематически св занных между собой элементов, с поверхностью , на которой закреплено покрытие, параллельной направлению деформации сдвига. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

Description

ё

Изобретение относитс  к испытательной технике, в частности к образцам дл  определени  адгезионной прочности соединений .

Цель изобретени  - повышение точности определени  адгезионной прочности и повышение технологичности изготовлени  образца.

На фиг.1 изображен вариант выполнени  образца с посто нной шириной слоев в виде пластин, но переменной шириной покрыти ; на фиг 2 - образец с переменной шириной слоев в виде пластин и посто нной шириной покрыти ; на фиг.З - образец с переменной шириной слоев в виде колец равного диаметра с покрытием посто нной ширины; на фиг.4 - то же, вид сверху; на фиг.5 - образец со сло ми в виде витков однородной цилиндрической пружины раст жени , у которых толщина посто нна, а покрытие имеет толщину, убывающую по длине; на фиг.6 - то же, вид сверху; на фиг.7 - типична  диаграмма Напр жение - деформаци  испытани  вариантов образцов.

Образец дл  определени  адгезионной прочности покрыти  на сдвиг содержит подложку из плотно соединенных между собой нескольких слоев 1 в виде пластин (фиг.1 и 2) или колец одинакового диаметра (фиг.З и 4) и покрытие 2, нанесенное на рабочую поверхность подложки (фиг.1 и 3) Пластины (кольца) кинематически св заны между собой посредством упругих элементов 3 (на фиг.1 и 2 показаны условно, а на фиг.З не показаны), благодар  которым достигаетс  возможность взаимного смещени  слоев относительно общей оси, совпадающей с направлением реализуемого сдвига.

О

со

СП

о

00

В одном из вариантов образца (фиг.1) слои (пластины или кольца) имеют одинаковую ширину I (h l2..-ln), а ширина b покрыти  2 измен етс , например монотонно увеличиваетс . В другом варианте (фиг.2 и 3) ширина I слоев (пластин или колец) измен етс  (h h ...In), а ширина b покрыти  посто нна. В наиболее предпочтительном варианте (фиг.5) подложка представл ет собой однородную цилиндрическую пружину раст жени , витки которой выполн ют роль слоев, а наружна  бокова  поверхность - рабочую поверхность подложки , на которую наноситс  покрытие 2. Крайние слои могут иметь средства дл  фиксации образца в зажимах разрывной машины (не показаны).

Образец работает следующим образом.

Сначала образец с помощью захватов фиксируют в зажимах разрывной машины, подвергают нагружению при раст жении и определ ют характеристики упругих элементов 3. св зывающих слои 1 между собой (крива  2 на фиг.7). Затем образец извлекают из зажимов и на образованную поверхност ми слоев рабочую поверхность образца (фиг.1 и 2) нанос т в строго заданных услови х покрытие 2. При этом ширину b покрыти  2 по длине образца измен ют так, чтобы площадь адгезионного контакта со сло ми мен лась по длине покрыти . Далее образец фиксируют с помощью захватов в зажимах разрывной машины повторно и подвергают его одноосному раст жению. При этом поверхности слоев смещаютс  упруго одна относительно другой. Диаграмму Напр жение - деформаци  (фиг.7) в процессе нагружени  образца при раст жении записывают регистрирующим прибором, и на основании полученных данных производ т расчет адгезионной прочности. Так как один из крайних слоев подложки имеет самую малую площадь адгезионного контакта, то разрушение на нем происходит в первую очередь, что соответствует регистрации на диаграмме (фиг.7, крива  2) первого пика. Далее по мере увеличени  напр жени  сдвига идет последовательное разрушение адгезионных соединений с покрытием других слоев с соответствующим отражением процесса на диаграмме Раст жение - деформаци . Если Si - площадь адгезионного покрыти  с рабочей повехностью подложки, то

tfa (F2.|- Fl.|)/Si,

где F2,i - FI.I - разность усилий обрыва, регистрируемых до разрушени  и после разрушени  1-го сло .

Регулирование величины адгезионного взаимодействи  слоев поверхности подложки с покрытием может быть осуществлено не только изменением ширины покрыти , но и путем изменени  ширины слоев, например, по линейному закону. В случае, когда ширина покрыти  линейно измен етс , расчет адгезионной прочности на сдвиг осуществл етс  с помощью выражени 

7a 2(F2-Fi)(bi.i + b2.i), где bi и b2 ширина покрыти  на кра х 1-го сло  (пластины, кольца), li - ширина 1-го сло .

Если подложка состоит из N слоев, то

число измерений оа, полученных с помощью одного образца, составл ет - 1), что существенно повышает производительность. При этом проведение большего числа измерений на одном образце нар ду с повышением производительности позвол ет исключить погрешность, вносимую различием технологии формировани  нескольких образцов, использование которых необходимо дл  получени  такого же обьема информации . Это обуславливает повышение точности измерений, при котором на одном и том же образце можно получить несколько значений прочности в отдельных выбранных участках поверхности, что значительно повышает информативность испытани .

Пример. Провод т определение адгезионной прочности покрыти  из модифицированного пентапласта (ПНТ) на поверхности стали. Образец дл  проведени  испытани  представл ет собой однородную цилиндрическую пружину из стали, внешний диаметр которой 12,5 мм, а длина рабочей части (1)50 мм. Пружину изготовл ют из проволоки 02,5 мм, после намотки которой на стержень 010 мм провод т закалку и последующую обработку, цель которой - придание наружной поверхности пружины шероховатости заданной степени. При определении прочности покрыти  ПНТ на меди стальную пружину покрывают в вакууме методом термического испарени  слоем меди (толщина покрыти  0,5-1 мкм).

На наружную боковую поверхнос.ть цилиндрической пружины нанос т покрытие ПНТ толщиной 500 мкм и линейно убывающей шириной. С одного кра  ширина образца (bi) равна 1,2 мм, с другого конца образца (Ь) - 5,5 мм. Дл  исключени  перекоса пружины покрыти  нанос т симметрично относительно оси пружины, количество покрытий-4 (фиг.3 и 5). Сформированный образец закрепл ют в разрывной машине ZM-40. Испытание провод т при посто ной скорости

деформации. Диаграмма Напр жение-деформаци  регистрируетс  автоматически. При этом утолщени  покрыти  исключают его когезионное разрушение при испытании . Расчет адгезионной прочности покры- ти  провод т с помощью формулы

Оа 2(F2-Fi) I(bi,i + b2.l), где FI и F2 - параметры диаграммы (фиг.З);

п - число покрытий (в нашем случае п 4).

С помощью данного образца за одно испытание, проведенное за 8,5 мин, получают 20 значений аа, измен ющихс  дл  пен- топласта в пределах 23,6-29,4 Н/м2. В результате обработки данных среднее зна- чение Оа равно 25,8 Н/м4, дисперси  распределени  - 1,6 Н/м2.

Провод т сравнительный анализ полученных результатов и данных испытаний адгезионной прочности тех же материалов с помощью известного образца. Дл  получени  двадцати значений адгезионной прочности необходимо затратить 2 ч 50 мин, Их обработка позвол ет получить следующие значени : средн   адгезионна  прочность (7а) составл ет 25,1 Н/м ; дисперси  у- 4,1 Н/м.

г

Из приведенных данных следует, что предлагаемый образец дл  определени  адгезионной прочности покрытий на сдвиг в сравнении с известным позвол ет повысить точность(дисперси  распределени  значений меньше), производительность (врем  испытани  уменьшено в 20 раз) и информативность испытаний (реализуетс  возможность разрушени  соединени  в заданном участке).

Claims (2)

1.Образец дл  определени  адгезионной прочности, выполненный в виде покрыти  с подложкой, содержащей отдельные слои с различными физико-механическими свойствами и перпендикул рные плоскости соединени , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности, слои установлены с возможностью упругого смещени  относительно оси, параллельной плоскости соединени , а их количество составл ет не меньше трех.

2.Образец по п.1,отличающийс  тем, что, с целью повышени  технологичности изготовлени , слои представл ют собой витки цилиндрической пружины раст жени .

Фиг4

i

t

Редактор М.Петрова

Составитель Н.Вартанова

Техред М.МоргентапКорректор С.Шевкун

Риг.5

Деформаци 

AL

фиг 7