WO2020186315A1 - Method for determining the strength properties of thin polymer coatings - Google Patents
Method for determining the strength properties of thin polymer coatings Download PDFInfo
- Publication number
- WO2020186315A1 WO2020186315A1 PCT/AZ2019/000005 AZ2019000005W WO2020186315A1 WO 2020186315 A1 WO2020186315 A1 WO 2020186315A1 AZ 2019000005 W AZ2019000005 W AZ 2019000005W WO 2020186315 A1 WO2020186315 A1 WO 2020186315A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- fatigue
- coating
- polymer coatings
- testing
- strength
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/56—Investigating resistance to wear or abrasion
Definitions
- the invention relates to a laboratory test procedure and can be used to determine the strength properties of polymer coatings.
- the invention relates to a method for testing materials for fatigue, and in particular to methods of tribo-fatigue testing of polymer coatings.
- the objective of the present invention is to determine the strength parameters of thin polymer coatings (tensile strength and limited endurance limit) with low labor intensity and cost of testing,
- N ⁇ t * v is the number of loading cycles until the coating is completely worn out
- t is the parameter of the coating material.
- the tests are carried out on a metal plate with a layer of polymer coating with a thickness of 50 ,, .100 ⁇ m. At least 10 areas are selected on the sample for testing.
- the method of processing experimental data is to transform empirical values and N to a power function using the traditional numerical geometric regression method,
- the method makes it possible to carry out the minimum required number of tests (at least 10 ⁇ on one fully painted sample with an area of 5x5 cm and to obtain as a result the value of two parameters of mechanical properties at once - the limit of limited endurance and the ultimate strength s in the form of the dependence '-cr * A, where m is the parameter of the coating material.
- the method is carried out as follows.
- the substrate is preliminarily made - a steel plate measuring 10 x 10x0.2 cm (there may be other sizes).
- the polymer (paint and varnish, etc.) coating is applied to the plate according to the developer's instructions.
- the thickness of the coating layer should be /rodITA$0...100 microns.
- Tests are carried out before the onset of the limiting state (complete wear of the coating) on equipment that meets the requirements [7, GOST 30755-2001 Tribo-fatigue, Machines for fatigue tests. General technical requirements]. Within the intended series of tests, the frequency of loading cycles should be constant, the number of tests should be at least 10.
- TPP layer ball and polymer
- the initial value of the normal load is set by gradually increasing its value in each new test at a constant frequency of movement of the sample n.
- a is the radius of the contact area: [53] R - radius of the counterbody
- the claimed technical solution meets the criterion of industrial applicability in assessing the fatigue strength of a polymer coating, since it uses publicly available technical means, which provides the possibility of wide research use.
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
The invention relates to methods for testing materials for fatigue, and more particularly to methods for the tribological fatigue testing of polymer coatings. To evaluate the durability of thin polymer coatings operating under cyclic conditions, the ultimate tensile strength value σB and the fatigue limit value σ
-1N
over a certain number of cycles N are required. The invention addresses the problem of determining the strength parameters of thin polymer coatings (ultimate tensile strength and fatigue limit) using non-labour intensive and low-outlay testing. This problem is solved in a tribological fatigue testing method using a "ball and half-plane" format, involving a counterbody in the form of a steel ball moving reciprocatingly along a planar specimen at a given frequency ν, an initial normal load F
N , and the recording of the time t, wherein the initial normal load F
N
is gradually increased in each new test, the stresses at the point of contact are calculated, a characteristic curve is plotted in the coordinates σ
-1N
and N, and the empirical data is then processed using the standard numerical method of geometric regression and transformed to a power function of the type σ
-1N
=σ
B
*N
m , where σ
-1N is the fatigue limit, σ
B is the ultimate tensile strength, N=t*ν is the number of load cycles until complete failure of the coating, and m is a parameter of the coating material.
Description
Способ определения прочностных свойств тонких полимерных покрытий Method for determining the strength properties of thin polymer coatings
|1] Изобретение относится к лабораторной испытательной методике и может быть использовано для определения прочностных свойств полимерных покрытий. | 1] The invention relates to a laboratory test procedure and can be used to determine the strength properties of polymer coatings.
Техническая область Technical area
[2] Изобретение относится к методике испытаний материалов на усталость, а именно к способам трибофатических испытаний полимерных покрытий. [2] The invention relates to a method for testing materials for fatigue, and in particular to methods of tribo-fatigue testing of polymer coatings.
Предшествующий уровень техники Prior art
[3] Для оценки долговечности тонких полимерных покрытий (ТПП), работающих в условиях циклических воздействий, необходимы значения предела прочности ав и предела выносливости s.i. Но поскольку практически любая нагрузка при достаточно большом количестве циклов нагружения приводит к усталостному разрушению полимеров, то оценка их долговечности сводится к определению предела ограниченной выносливости о.м при некоторо числе циклов N [1 A. Janahmadov, М. Javadov, Fractal Approach to Tribology of Elastomers, Materials Forming, Machining and Tribology. Springer International Publishing AG, 2019 ], [3] In order to assess the durability of thin polymer coatings (CCI), working in conditions of cyclic impacts required values of tensile strength and and limit si endurance But since virtually any load at a sufficiently large number of load cycles leading to fatigue failure of polymers, the assessment of their durability is reduced to determining the limit of the limited endurance of the OM for a certain number of cycles N [1 A. Janahmadov, M. Javadov, Fractal Approach to Tribology of Elastomers, Materials Forming, Machining and Tribology. Springer International Publishing AG, 2019],
[4] Особенности физико-механических свойств системы «подложка - покрытие» не позволяют механически перенести на полимерное покрытие известные закономерности усталостного разрушения массивных образцов того ж материала [2. Бартенев Г. М., Каримов С. Я., Нарауллаев Б. Н., Цой Б , Шерматов Д. Спектр времён долговечности полимерных плёнок. Высокомолекулярные соединения, 1982, сер. А, т, 24, Na 9, с. 1981 "1985.], Усталостные испытания только свободной тонкой полимерной плёнки чреваты получением заниженных результатов - она характеризуется более низкой разрывной деформацией, чем нанесённое на подложку покрытие и связанное с ней силами адгезии [3. ГОСТ 14238-81. Плёнки полимерные. Метод испытания на растяжение]. [4] The peculiarities of the physical and mechanical properties of the "substrate - coating" system do not allow mechanically transferring to the polymer coating the known regularities of fatigue fracture of massive samples of the same material [2. Bartenev G.M., Karimov S. Ya., Naraullaev B.N., Tsoi B, Shermatov D. Spectrum of durability times of polymer films. High-molecular compounds, 1982, ser. A, t, 24, Na 9, p. 1981 " 1985.], Fatigue tests of only a free thin polymer film are fraught with obtaining underestimated results - it is characterized by a lower breaking deformation than the coating applied to the substrate and the adhesion forces associated with it [3. GOST 14238-81. Polymeric films. Test method for stretching].
[5] Проведение испытаний ТПП на долговечность по стандартным методикам [4. [5] Conducting tests of TPP for durability according to standard methods [4.
ГОСТ 25.502-79. Расчеты и испытания на прочность в машиностроении
Методы механических испытаний металлов, Методы испытаний на усталость], принятым для металлических образцов и их сравнение с аналогичными контрольными образцами без покрытия весьма затруднительно из-за значительного разброса результатов между контрольными и исследуемыми образцами. GOST 25.502-79. Calculations and tests for strength in mechanical engineering Mechanical Test Methods for Metals, Fatigue Test Methods] adopted for metal specimens and their comparison with similar uncoated control specimens is very difficult due to the significant scatter of results between the control and test specimens.
[6] Известен способ определения предела выносливости полимерных покрытий испытаниями на циклический изгиб [5. Воронин И, В., Кондрашов З.К, Влияние циклического изгиба на свойства полимерных покрытий. Механика композиционных материалов. 1980. Ns2. С. 353-356,], включающий изготовление образца путём нанесения на металлическую подложку полимерного покрытия толщиной 40-50 мод симметричный циклический изгиб образца частотой </=50-80 Гц с заданным числом циклов N и расчёт долговечности покрытия и по выражению о=ис{ 1-ехр(-а/ ^- ], где а0 - прочность покрытия при N~Q, Е-1 ~ степень деформации покрытия, а - константа, характеризующая материал покрытия, N0 - константа, характеризующая скорость падения прочности. [6] A known method for determining the endurance limit of polymer coatings by cyclic bending tests [5. Voronin I, V., Kondrashov Z.K., Influence of cyclic bending on the properties of polymer coatings. Mechanics of Composite Materials. 1980. Ns2. Pp. 353-356,], including the manufacture of a sample by applying a polymer coating with a thickness of 40-50 modes on a metal substrate, symmetric cyclic bending of the sample with a frequency </ = 50-80 Hz with a given number of cycles N and calculating the durability of the coating and using the expression o = and c {1-exp (-a / ^ -], where a 0 is the strength of the coating at N ~ Q, E-1 is the degree of deformation of the coating, a is a constant characterizing the coating material, N 0 is a constant characterizing the rate of strength decline.
[7] Из выражения очевидно, что величина QQ - прочность покрытия при А~0 - по своему физическому смыслу соответствует пределу прочности crs> [7] From the expression it is obvious that the value QQ - the strength of the coating at A ~ 0 - in its physical meaning corresponds to the ultimate strength cr s>
|8| Основным недостатком данного способа является перегруженность расчётного выражения неизвестными параметрами, требующими отдельного экспериментального определения (Go - прочность покрытия при A 0, £.1 ~ степень деформации покрытия, а - константа, характеризующая материал покрытия, No - константа, характеризующая скорость падения прочности), из-за чего сама величина напряжения (предела выносливости) трудно поддаётся расчёту. Сама методика определения (расчётная или экспериментальная) указанных параметров не приводится. | 8 | The main disadvantage of this method is the congestion of the calculated expression with unknown parameters that require a separate experimental determination (Go is the strength of the coating at A 0, £ .1 ~ the degree of deformation of the coating, a is a constant characterizing the coating material, No is a constant characterizing the rate of strength fall), because of what the magnitude of the stress (endurance limit) itself is difficult to calculate. The very method of determining (calculated or experimental) of these parameters is not given.
(9] Другим недостатком испытаний при изгибе является то, что факт возникновения и развития разрушения покрытия можно выявить лишь исследованием поверхности образца с помощью микроскопа, что при отсутствии соответствующего встроенного оборудования требует периодических пауз, и вследствие чего увеличивается длительность процесса.
[10] Наиболее близким к заявляемому способу является способ трибофатических испытаний по схеме «шар - полуплоскость» [8 CETR- UMT&CETR-APEX. Multi-Specimen Test System. Tribology and mechanical testing. User manual. Broker Nano, Inc Tribology & Mechanical Testing Division (pp. 37-39), 2014], включающий контртело в виде стального шарика, возвратно-поступательно перемещающегося по плоскому образцу при заданных частоте и, начальную нормальную нагрузку FN с регистрацией времени ί, глубины износа Z и построение графической зависимости глубины износа от времени. (9] Another disadvantage of bending tests is that the occurrence and development of coating failure can be detected only by examining the sample surface with a microscope, which, in the absence of appropriate built-in equipment, requires periodic pauses, and as a result, the duration of the process increases. [10] The closest to the claimed method is the method of tribo-fatigue tests according to the "ball-half-plane" scheme [8 CETR-UMT & CETR-APEX. Multi-Specimen Test System. Tribology and mechanical testing. User manual. Broker Nano, Inc Tribology & Mechanical Testing Division (pp. 37-39), 2014], including a counterbody in the form of a steel ball, reciprocatingly moving along a flat sample at a given frequency and, the initial normal load F N with recording time ί, depth wear Z and plotting the graphical dependence of the wear depth on time.
[11] Шарик, возвратно-поступательно перемещаясь по поверхности покрытия с частотой и, вызывает перед собой волны деформации («троп пи») и симметрично-циклические напряжения на площадке контакта. Важным преимуществом трибофатической испытательной схемы «шар - полуплоскость» взамен громоздкой схемы изгиба на десятках образцов является возможность многократного повторения испытаний на разных участках одного и того же плоского образца с покрытием при относительно малых амплитудах перемещения нтртела (шарика). [11] The ball, reciprocatingly moving along the surface of the coating with frequency and, causes deformation waves ("path pi") and symmetrical-cyclic stresses on the contact area. An important advantage of the "ball - half-plane" tribo-fatigue test scheme, instead of the cumbersome bending scheme on dozens of samples, is the possibility of multiple repetitions of tests in different parts of the same flat sample with a coating at relatively small amplitudes of motion of the solid (ball).
[12] Недостатком данного способа также является отсутствие в качестве конечного результата значений собственно прочностных свойств, в т. ч. предела выносливости. [12] The disadvantage of this method is also the absence as the final result of the values of the actual strength properties, including the endurance limit.
Сущность изобретения The essence of the invention
[13] На практике требуется малозатратный способ определения механических (усталостных) свойств полимерных покрытий с использованием типового (существующего) оборудования и традиционных методик обработки экспериментальных данных. [13] In practice, a low-cost method is required for determining the mechanical (fatigue) properties of polymer coatings using standard (existing) equipment and traditional methods for processing experimental data.
[14] Обобщение многочисленных эмпирических трибофатических кривых усталости ТПП показывает, что на качественном уровне они представляют собой степенную функцию F (я, а, т}~ахт, в которой зависимость предела ограниченной выносливости s.^ от числа циклов нагружения N в общем случае может быть выражена в виде геометрической регрессии: [14] The generalization of numerous empirical tribo-fatigue curves of fatigue of TPP shows that on a qualitative level they represent a power function F (n, a, m} ~ ax m , in which the dependence of the limit of limited endurance s. ^ On the number of loading cycles N in the general case can be expressed as geometric regression:
{15] о.? дров*ЛГ {15] about. ? firewood * LH
[16] где од - предел прочности материала ТПП
[17] m ~~ параметр материала ТПП [16] where od is the ultimate strength of the TPP material [17] m ~~ parameter of CCI material
Техническая проблема Technical problem
[18] Очевидно, что отсутствие наглядного способа оценки прочностных характеристик по конкретному материалу не позволяет определить его эксплуатационные возможности и ограничения, пригодность для работы по условиям прочности, что может повлечь за собой преждевременное разрушение покрытия вследствие низкой прочности и выносливости или же применение излишне прочного материала, что представляется избыточным и нерациональным. [18] Obviously, the lack of a visual method for assessing the strength characteristics of a specific material does not allow determining its operational capabilities and limitations, suitability for work under strength conditions, which may lead to premature destruction of the coating due to low strength and endurance, or the use of an excessively strong material , which seems redundant and irrational.
Решение задачи The solution of the problem
[191 Задачей настоящего изобретения является определение параметров прочности тонких полимерных покрытий (предела прочности и предела ограниченной выносливости) при малой трудоёмкости и затратности испытаний, [191 The objective of the present invention is to determine the strength parameters of thin polymer coatings (tensile strength and limited endurance limit) with low labor intensity and cost of testing,
[20] Поставленная задача решается тем, что в способе трибофатических испытаний по схеме «шар - полуплоскость», включающем контртело в виде стального шарика, возвратно-поступательно перемещающегося по плоскому образцу при заданных частоте и, начальную нормальную нагрузк w с регистрацией времени i, глубины износа Z и построение графической зависимости глубины износа от времени с о гл а с н о и з о б р е т е н и ю испытания проводят с постепенным повышением начальной нормальной нагрузки FN В каждом новом испытании при постоянной частоте перемещения образца и, расчётом напряжений в точке контакта, построением графической зависимости в координатах
и N с последующей обработкой эмпирических данных стандартным численным методом геометрической регрессии с преобразованием в степенную функцию вида o-w-ogW73, где
- ограниченный предел выносливости, с[20] The problem is solved by the fact that in the method of tribo-fatigue tests according to the "ball - half-plane" scheme, which includes a counterbody in the form of a steel ball, reciprocatingly moving along a flat sample at a given frequency and, the initial normal load w with recording time i, depth of wear Z and plotting the graphical dependence of the depth of wear on time with a clear picture of the test is carried out with a gradual increase in the initial normal load FN In each new test at a constant frequency of movement of the sample and, by calculating the stresses at the point of contact, building a graphical dependence in coordinates and N with subsequent processing of empirical data by the standard numerical geometric regression method with transformation into a power function of the form ow-ogW 73 , where - limited endurance limit, s
- предел прочности, N~t*v - число циклов нагружения до полного износа покрытия, т - параметр материала покрытия. is the ultimate strength, N ~ t * v is the number of loading cycles until the coating is completely worn out, t is the parameter of the coating material.
[21] Испытания проводят на металлической пластине со слоем полимерного покрытия толщиной 50,,.100 мкм, На образце выбирают не менее 10 участков для проведения испытаний.
[22] Метод обработки экспериментальных данных заключается в преобразовании эмпирических значений
и N в степенную функцию с использованием традиционного численного метода геометрической регрессии, [21] The tests are carried out on a metal plate with a layer of polymer coating with a thickness of 50 ,, .100 µm. At least 10 areas are selected on the sample for testing. [22] The method of processing experimental data is to transform empirical values and N to a power function using the traditional numerical geometric regression method,
[231 Новизна предложенного решения заключается, в том, что в результате li [231 The novelty of the proposed solution lies in the fact that as a result of li
обработки экспериментальных данных трибофатических испытаний т processing of experimental data of tribo-fatigue tests
образцов с полимерным покрытием как степенной функции с использованием численных методов определяются ограниченный предел выносливости а.ш, предел текучести
и параметр материала т. of samples with a polymer coating as a power function using numerical methods, the limited fatigue limit a.sh, the yield strength and material parameter t.
Преимущества изобретения Advantages of the invention
[24] При соответствующей частоте перемещения контртела мето позволяет провести минимально требуемое количество испытаний (не менее 10} на одно полностью окрашенном образце площадью 5x5 см и получить в результате значение сразу двух параметров механических свойств - предела ограниченной выносливости
и предела прочности з в виде зависимости '-сгй*Л , где m - параметр материала покрытия. [24] With an appropriate frequency of movement of the counterbody, the method makes it possible to carry out the minimum required number of tests (at least 10} on one fully painted sample with an area of 5x5 cm and to obtain as a result the value of two parameters of mechanical properties at once - the limit of limited endurance and the ultimate strength s in the form of the dependence '-cr * A, where m is the parameter of the coating material.
Осуществление изобретения Implementation of the invention
[25] Способ осуществляют следующим образом. Предварительно изготавливают подложку - стальную пластину размером 10х 10x0,2 см {могут быть и другие размеры). Полимерное {лакокрасочное и т. п.) покрытие наносят на пластину согласно инструкции разработчика. Толщина слоя покрытия должн составлять /нр$0...100 мкм. [25] The method is carried out as follows. The substrate is preliminarily made - a steel plate measuring 10 x 10x0.2 cm (there may be other sizes). The polymer (paint and varnish, etc.) coating is applied to the plate according to the developer's instructions. The thickness of the coating layer should be /нр$0...100 microns.
[26] Испытания проводятся до наступления предельного состояния (полного износа покрытия) на оборудовании, отвечающем требованиям [7, ГОСТ 30755-2001 Трибофатика, Машины для измосоусталостных испытаний. Общие технические требования]. В пределах намеченной серии испытаний частота циклов нагружения должна быть постоянной, число испытаний должно быть не менее 10. [26] Tests are carried out before the onset of the limiting state (complete wear of the coating) on equipment that meets the requirements [7, GOST 30755-2001 Tribo-fatigue, Machines for fatigue tests. General technical requirements]. Within the intended series of tests, the frequency of loading cycles should be constant, the number of tests should be at least 10.
[27] Максимальные касательные напряжения в зоне контакта [8. Contact [27] Maximum shear stresses in the contact zone [8. Contact
Stresses and Deformations, ME EM 7980-Predsion Machine Design Topic 7]: Stresses and Deformations, ME EM 7980-Predsion Machine Design Topic 7]:
[28] Ттах^&г/З [28] Tmax ^ & g / Z
[29] an - нормальные напряжения в зоне контакта:
[30] 3 FN [29] a n - normal stresses in the contact zone: [30] 3 F N
2 па 2 2 pa 2
[313 FN ~~ вертикальная нагрузка [313 FN ~~ vertical load
[32] a - радиус области шнтакта:
[32] a is the radius of the shntact area:
[34] Е* ~ приведённый модуль упругости:
[34] E * ~ reduced modulus of elasticity:
[36] £·/ и £? - модули Юнга, д? и д? - коэффициенты Пуассона стального [36] £ · / and £ ? - Young's moduli, d ? and d ? - Poisson's ratios of steel
шарика и полимера (слоя ТПП) соответственно. ball and polymer (TPP layer), respectively.
[371 Эквивалентное напряжение при контактном нагружении согласно теории Треска - Сен-Венана Леви [9. П. М. Огар, А. А. Дейнеко, Д. Д. Щур, Контакт жёсткой сферической неровности с упругопластическим полупространством, Системы. Методы. Технологии, НИ, 2009 г., с. 17-19]: [371 Equivalent stress under contact loading according to the theory of Tresca - Saint-Venant Levy [9. P. M. Ogar, A. A. Deineko, D. D. Shchur, Contact of a rigid spherical irregularity with an elastoplastic half-space, Systems. Methods. Technologies, NI, 2009, p. 17-19]:
[38] У~2 Ттах 2 О ί/3 [38] У ~ 2 Тт а х 2 О ί / 3
[39] Во время испытаний задают начальное значение нормальной нагрузки постепенно повышая её значение в каждом ново испытании при постоянной частоте перемещения образца n. [39] During the tests, the initial value of the normal load is set by gradually increasing its value in each new test at a constant frequency of movement of the sample n.
[40] 8 процессе испытания фиксируют время {!, с), износ (ил мм), начальную нагрузку в зоне контакта (FN, Н). За критерий разрушения принимают время ( до полного истирания слоя покрытия вплоть до подложки в зоне контакта (w~h0). [40] 8 during the test, the time {!, S), wear (silt mm), the initial load in the contact zone (FN, N) are recorded. The time is taken as the criterion for destruction (until the complete abrasion of the coating layer up to the substrate in the contact zone (w ~ h 0 ).
[41] Число циклов рассчитывают по формуле: [41] The number of cycles is calculated using the formula:
[42] N^tv [42] N ^ tv
[43] После истирания покрытия на испытуемом участке шарик перемещают на следующий участок для повторных испытаний. В результате строят графическую зависимость в координатах а.ш - N и расчётным методом обработки степенной функции (геометрической регрессии) вида o,ίN~s *NhΊ определяют механические характеристики оа и щ, используемые при выборе покрытия. Обработка экспериментальных данных и их
преобразование в вед степенной функции {геометрической регрессии) а, т~ов*Мп может быть автоматизирована с помощью ПО «Excel» и т. п., коэффициент корреляции аналитически полученных значений функции с имеющимися эмпирическими данными должен составлять не менее b^O,qd. [43] After abrasion of the coating on the test area, the ball is moved to the next area for retesting. As a result, a graphical dependence is plotted in coordinates a. w - N and by the calculation method of processing a power function (geometric regression) of the form o, ίN ~ s * N hΊ determine the mechanical characteristics of oa and w, used when choosing a coating. Processing of experimental data and their the transformation into the ved power function {geometric regression) a, t ~ ov * M n can be automated using the Excel software, etc., the correlation coefficient of analytically obtained values of the function with the available empirical data should be at least b ^ O, qd.
Примерь? Try it on?
[44] Испытания покрытия (полизфируретанового лака, ПЭУЛ) на на трибомашине UMT-2 Trifo©Lab (BRUKER, США) в условиях возвратно- поступательного движения. Контртело - стальной шарик диаметром 9,5 м (Я~4,75 мм), модуль упругости стали £<-220000 МПа, коэффициент Пуассона д?=0,27. Модуль упругости материала покрытия Ег~30 МПа, коэффициент Пуассона рг-0,35. Лак приготовляли по инструкции изготовителя и наносили на стальную пластину размером 40*100x2 мм, толщина отверждённого покрытия составляла Д * 50 мкм. [44] Tests of the coating (polysfirurethane varnish, PEL) on a UMT-2 Trifo © Lab (BRUKER, USA) tribomachine in reciprocating motion. The counterbody is a steel ball with a diameter of 9.5 m (R ~ 4.75 mm), the modulus of elasticity of steel £ < -220,000 MPa, Poisson's ratio d ? = 0.27. The modulus of elasticity of the coating material is E g ~ 30 MPa, Poisson's ratio is rg-0.35. The varnish was prepared according to the manufacturer's instructions and applied to a steel plate 40 * 100x2 mm in size, the thickness of the cured coating was D * 50 μm.
[45] Рассчитаем приведенный модуль упругости: [45] Let's calculate the reduced modulus of elasticity:
1 ,1 -p 1 ~i 2. 1 .1-0,27 1 ~~0,35 1, 1 -p 1 ~ i 2 . 1 .1-0.27 1 ~~ 0.35
[46] JL а [46] JL a
w 0,0147 ->Е‘ -68 МПw 0.0147 -> E ' -68 MP
2 E Ea ' 2 220000 30 2 EE a '2 220000 30
[47] В качестве нормальной (вертикальной) нагрузки примем следующие значения для каждого испытания: f* 2; 3;.,.1G; 20 и 100 Н (т. е. всего 11 испытаний). Частота возвратно-поступательных перемещений контртела v»4 Гц. Выбранная частота обеспечивает достаточно быстрые (форсированные) испытания при приемлемой амплитуде возвратно-поступательного перемещения шарика (в пределах нескольких миллиметров, что позволяет более полно использовать поверхность образца). На образце выбирались не менее 10 участков 5*5 мм для проведения испытаний. [47] As the normal (vertical) load, we take the following values for each test: f * 2; 3;.,. 1G; 20 and 100 N (i.e. 11 tests in total). The frequency of reciprocating movements of the counterbody is v »4 Hz. The selected frequency provides sufficiently fast (forced) tests with an acceptable amplitude of the ball's reciprocating movement (within a few millimeters, which allows more complete use of the sample surface). On the sample, at least 10 areas 5 * 5 mm were selected for testing.
[48] Определим о„ - нормальные напряжения в зоне контакта для каждого значения нормальной нагрузки F у;
[48] Determine o „- normal stresses in the contact zone for each value of the normal load F y;
[50] нормальная нагрузка [50] normal duty
[51 ] а - радиус области контакта:
[53] R - радиус контртела [51] a is the radius of the contact area: [53] R - radius of the counterbody
[54] Эквивалентное напряжение:
[54] Equivalent voltage:
[58] Для каждого значения FN расчётным способом определили значения а, h и о, Экспериментально было определено время t до предельного износа покрытия, далее вычисляли значения циклов по формуле N~tv. [58] For each value of F N, the values of a, h and o were calculated by calculation. The time t until the limiting wear of the coating was determined experimentally, then the values of the cycles were calculated using the formula N ~ tv.
[57] Таблица 1. Результаты трибофатических испытаний ПЗУЛ [57] Table 1. Results of tribo-fatigue tests of PZUL
[58] Зависимость a.w~f{ N) была приведена к виду степенной функции по методу геометрической регрессии с помощью ПО «Excel» а. м-аа *ДР г ~ 7, 9GN' 0, т при коэффициенте корреляции Z?2- 0,9945. [58] The dependence aw ~ f {N) was brought to the form of a power function by the method of geometric regression using the software "Excel" a. m-aa * DR g ~ 7.9GN ' 0, t with a correlation coefficient Z? 2 - 0.9945.
[59] Следовательно, зависимость предела ограниченной выносливости полизфируретанового покрытия от числа циклов N составляе сг,да-7,96АГ е, , предел прочности sb=7,96 МПа, параметр материала m~-0,133. [59] Therefore, the dependence of the limited endurance polizfiruretanovogo coating of the number of cycles N c component, da 7,96AG e, tensile strength s b = 7,96 MPa parameter m ~ -0,133 material.
Промышленная применимость Industrial applicability
[60] Заявленное техническое решение соответствует критерию промышленная применимость при оценке усталостной прочности полимерного покрытия, так как использует общедоступные технические средства, чем обеспечивается возможность широкого исследовательского применения. [60] The claimed technical solution meets the criterion of industrial applicability in assessing the fatigue strength of a polymer coating, since it uses publicly available technical means, which provides the possibility of wide research use.
Перечень ссылочных обозначений List of reference symbols
[61] 1. A. Janahmadov, М. Javadov. Fractal Approach to Tribology of Elastomers,[61] 1. A. Janahmadov, M. Javadov. Fractal Approach to Tribology of Elastomers,
Materials Forming, Machining and Tribology. Springer International Publishing AG, 2019.
[62] 2. Бартенев Г М>, Каримов С. Я., Hapsymaea В. R, Цой Б„ Шер атов Д, Спектр времён долговечности полимерных плёнок. Высокомолекулярные соединения, 1982, сер. А, т 24, Ш §, с, 1981-1985 Materials Forming, Machining and Tribology. Springer International Publishing AG, 2019. [62] 2. Bartenev GM > , Karimov S. Ya., Hapsymaea V. R, Tsoi B “Sher atov D , Spectrum of durability times of polymer films. High-molecular compounds, 1982, ser. A, t 24, W §, s, 1981-1985
[631 3. ГОСТ 14236-81 , Плёнки полимерные. Метод испытания на растяжение [631 3. GOST 14236-81, Polymer films. Tensile test method
[64} 4. ГОСТ 25.602-78, Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. [64} 4. GOST 25.602-78, Calculations and tests for strength in mechanical engineering.
Методы механических испытаний металлов. Методы испытаний на усталость Methods for mechanical testing of metals. Fatigue Test Methods
[65} 5. Воронин И.В., Кондрашов З.К. Влияние циклического изгиба на свойства полимерных покрытий. Механика композиционных материалов. 1980. Ns 2. С. 353-355 [65} 5. Voronin IV, Kondrashov Z.K. Influence of cyclic bending on the properties of polymer coatings. Mechanics of Composite Materials. 1980. Ns 2. S. 353-355
[66] 6. CETR-UMT&CETR-APEX . Ми -Spe rnen Test System. Tribology and mechanical testing. User manual. Briiker Nano, Inc Tribology .& Mechanical Testing Division (pp 37-33), 2014 [66] 6. CETR-UMT & CETR-APEX. Mi -Spe rnen Test System. Tribology and mechanical testing. User manual. Briiker Nano, Inc Tribology. & Mechanical Testing Division (pp 37-33), 2014
[87] 7. ГОСТ 30755-2001 Трибофатика. Машины для износоуеталостных испытаний. Общие технические т ебовани [87] 7. GOST 30755-2001 Tribo-fatigue. Wear testing machines. General technical specifications
[68} 8. Contact Stresses and Deformations, ME EEN 7960-Precision Machine Design Topic 7 [68} 8. Contact Stresses and Deformations, ME EEN 7960-Precision Machine Design Topic 7
[69] 9 П. M. Grap, А. А. Дайнеко, Д Д Щур. Контакт жёсткой сферической неровности с упругопластическим полупространством. Системы, Методы. Технологии, Мз4. 2009 r.s с. 17-1 §6.
[69] 9 P. M. Grap, A. A. Daineko, and D D Shchur. Contact of a rigid spherical roughness with an elastoplastic half-space. Systems, Methods. Technologies, Mz4. 2009 r. s p. 17-1 §6.
Claims
1. Способ трибофатических испытаний по схеме «шар - полуплоскостью, включающем контртело в виде стального шарика, возвратно- поступательно перемещающегося по плоскому образцу при заданных частоте v, начальную нормальную нагрузку FN С регистрацией времени ί глубины износа 2 ш построение графической зависимости глубины износа от времени о тл и ч а ю щ и й с я т е , ч т о испытаний проводит с постепенным повышением начальной нормальной нагрузки F& в каждом ново испытании при постоянной частоте перемещений образца n, расчётом напряжений в точке контакта, построением графической зависимости 8 координатах g.#w и N о последующей обработкой эмпирических данных стандартным численным методом геометрической регрессии с преобразованием в степенную функцию вида
где спш - ограниченный предел выносливости, оа предел прочности, N-t*v ~ число циклов нагружения до полного износа покрытия, т - параметр материала покрытия.
1. The method of tribo-fatigue tests according to the "ball - half-plane" scheme, which includes a counterbody in the form of a steel ball, reciprocatingly moving along a flat sample at a given frequency v, the initial normal load FN With the registration of time ί the depth of wear 2 w plotting the graphical dependence of the depth of wear on time a glowing net, which tests is carried out with a gradual increase in the initial normal load F & in each new test at a constant frequency of displacement of the sample n, calculation of stresses at the contact point, plotting a graphical dependence of 8 coordinates g. # w and N about the subsequent processing of empirical data by the standard numerical method of geometric regression with transformation into a power function of the form where csh is the limited endurance limit, oa is the ultimate strength, Nt * v is the number of loading cycles until the coating is completely worn out, and t is the parameter of the coating material.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/AZ2019/000005 WO2020186315A1 (en) | 2019-03-18 | 2019-03-18 | Method for determining the strength properties of thin polymer coatings |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/AZ2019/000005 WO2020186315A1 (en) | 2019-03-18 | 2019-03-18 | Method for determining the strength properties of thin polymer coatings |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2020186315A1 true WO2020186315A1 (en) | 2020-09-24 |
Family
ID=72519418
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/AZ2019/000005 WO2020186315A1 (en) | 2019-03-18 | 2019-03-18 | Method for determining the strength properties of thin polymer coatings |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2020186315A1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112129929A (en) * | 2020-09-30 | 2020-12-25 | 重庆百信实业有限公司 | Method for detecting comprehensive performance of track coating |
| CN113408113A (en) * | 2021-06-04 | 2021-09-17 | 西北工业大学 | Small sample evaluation method for material low cycle fatigue life curve |
| CN114235678A (en) * | 2021-11-04 | 2022-03-25 | 洛阳双瑞特种装备有限公司 | Method for evaluating adhesion strength of chemical plating layer on inner wall of steel seamless pressure container |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2335756C1 (en) * | 2007-02-01 | 2008-10-10 | Гурий Иштванович Микита | Wave method of material properties control |
| JP2013024663A (en) * | 2011-07-19 | 2013-02-04 | Asahi Kasei Homes Co | Method for calculating patience time of exterior sealant |
| RU2476855C2 (en) * | 2011-04-20 | 2013-02-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Курская государственная сельскохозяйственная академия имени профессора И.И. Иванова Министерства сельского хозяйства Российской Федерации | Method for determining endurance limit of low-carbon low-alloyed steels |
-
2019
- 2019-03-18 WO PCT/AZ2019/000005 patent/WO2020186315A1/en active Application Filing
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2335756C1 (en) * | 2007-02-01 | 2008-10-10 | Гурий Иштванович Микита | Wave method of material properties control |
| RU2476855C2 (en) * | 2011-04-20 | 2013-02-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Курская государственная сельскохозяйственная академия имени профессора И.И. Иванова Министерства сельского хозяйства Российской Федерации | Method for determining endurance limit of low-carbon low-alloyed steels |
| JP2013024663A (en) * | 2011-07-19 | 2013-02-04 | Asahi Kasei Homes Co | Method for calculating patience time of exterior sealant |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| A.A. ALIEV: "TRIBOFATICHESKIE ISPYTANIYA LAKOKRASOCHNOGO POKRYTIYA", VESTNIK MGTU IM. N.E. BAUMANA. MASHINOSTROENIE, 2018, pages 92 - 99, XP055742190 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112129929A (en) * | 2020-09-30 | 2020-12-25 | 重庆百信实业有限公司 | Method for detecting comprehensive performance of track coating |
| CN113408113A (en) * | 2021-06-04 | 2021-09-17 | 西北工业大学 | Small sample evaluation method for material low cycle fatigue life curve |
| CN114235678A (en) * | 2021-11-04 | 2022-03-25 | 洛阳双瑞特种装备有限公司 | Method for evaluating adhesion strength of chemical plating layer on inner wall of steel seamless pressure container |
| CN114235678B (en) * | 2021-11-04 | 2024-02-23 | 中船双瑞(洛阳)特种装备股份有限公司 | Method for evaluating adhesion strength of chemical plating layer on inner wall of steel seamless pressure vessel |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2020186315A1 (en) | Method for determining the strength properties of thin polymer coatings | |
| Liu et al. | Dynamic changes of mechanical properties induced by friction in the Archard wear model | |
| Danielsen et al. | Multiscale characterization of White Etching Cracks (WEC) in a 100Cr6 bearing from a thrust bearing test rig | |
| Fedrizzi et al. | Wear–corrosion mechanism of hard chromium coatings | |
| EP2935497A1 (en) | Object with selectable adhesion | |
| CN112665931B (en) | High-flux statistical characterization method for metal micromechanics performance | |
| RU2682109C1 (en) | Method for determining adhesive strength of adhesion of polymer coating with metal basis | |
| García et al. | Cavitation resistance of epoxy-based multilayer coatings: Surface damage and crack growth kinetics during the incubation stage | |
| Kaščák et al. | Wear study of mechanical clinching dies during joining of advanced high-strength steel sheets | |
| Juoksukangas et al. | Characterization of cracks formed in large flat-on-flat fretting contact | |
| Chen et al. | An investigation into the dynamic indentation response of metallic materials | |
| CN1621802A (en) | Coating mechanical testing equipment | |
| Momber et al. | Taber abrasive wear resistance of organic offshore wind power coatings at varying normal forces | |
| JP4677804B2 (en) | Method for evaluating squeezing property of press mold and test apparatus therefor | |
| KR101597153B1 (en) | Method for restoring fatigue life using nanoskin | |
| RU2624616C1 (en) | Method for determining strength of coating adhesion to metal base | |
| RU2344407C1 (en) | Method of testing biaxial stretching of sheet material | |
| JP6309826B2 (en) | Fracture stress estimation method and fracture stress estimation device for oxide film fracture | |
| Ceron et al. | Lubricant film breakdown and material pick-up in sheet forming of advanced high strength steels and stainless steels when using environmental friendly lubricants | |
| Drobný et al. | Acoustic emission analysis of hard coatings cracking during indentation test | |
| RU2647551C1 (en) | Method for determining characteristics of crackbility of materials | |
| Ding et al. | The effect of crack propagation on the quality of fineblanking surface of cold-rolled steel sheet detected by PVDF film stress sensors | |
| RU2796229C1 (en) | Method for determining the adhesive and cohesive strengths of adhesion of metal coatings to a metal surface | |
| JP2019174282A (en) | Evaluation method for delayed fracture of metallic material | |
| Mróz et al. | Failure modes of coatings on steel substrate |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 19920420 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 19920420 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |