Образец для определения прочности сцепления покрытия с подложкой

 

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к образцам для определения адгезионной прочности сцепления покрытия с подложкой. Цель: повышение точности определения прочности сцепления покрытия с подложкой для покрытий, когезионная прочность на срез которых не превышает их адгезионную прочность к материалу штифта на отрыв, путем исключения сил Ван-дер-Ваальса. Образец представляет собой подложку с отверстием, размещенный в отверстии заподлицо с рабочей поверхностью подложки штифт и покрытие , нанесенное на рабочую поверхность подложки и торец штифта одним из известных способов газотермического напыления. Отверстие в подложке и штифт выполнен в виде усеченного конуса с меньшим основанием одного и того же диаметра , расположенным со стороны покрытия . Конусность штифта не превышает конусности отверстия, а диаметр меньшего основания конуса выбран от 1 до 2 толщины покрытия. 1 ил., 1 табл. ел

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 8 01 N 19/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) „. ) г ff $1 rPp g g

"- »Ю==.«

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ зом.

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4877170/28 (22) 24,10,90 (46) 15.04.93. Бюл. М 14 (71) Научно-инженерный центр "НИР БСМ"

Уральского отделения АН СССР и Научнотехнический кооператив "Наука-производству" Института машиностроения

Уральского отделения АН СССР (72) С, А. Тимашев, В. В. Фоминых, Е. В.

Фоминых и Б. В. Филимонов (56) Хасуй А. Техника напыления. М.: Маши-. ностроение, 1975, с. 152.

Там же, с. 151. (54) ОБРАЗЕЦ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ СЦЕПЛЕНИЯ ПОКРЫТИЯ С ПОДЛОЖКОЙ (57) Изобретение относится к испытательной технике, а именно к образцам для определения адгезионной прочности сцепления покрытия с подложкой. Цель; повышение

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к образцам для определения адгезионной прочности сцепления покрытий с подложкой.

Целью изобретения является повышеwe точности определения прочности сцепления покрытий с подложкой для покрытий, когезионная прочность на срез которых не превышает их адгезионную прочность к материалу штифта от отрыв, путем исключения сил Ван-дер-Ваальса.

На чертеже изображен образец для испытаний на адгезионную прочность сцепления покрытий с подложкой.... БЦ„, 1809370 А1 точности определения прочности сцепления RoKpblTH$I с подложкой для noKpbfTHA, когезионная прочность на срез которых не превышает их адгезионную прочность к материалу штифта на отрыв, путем исключения сил Ван-дер-Ваальса. Образец представляет собой подложку с отверстием, размещенный в отверстии заподлицо с рабочей поверхностью подложки штифт и покрытие, нанесенное на рабочую поверхность подложки и торец штифта од. ним иэ известных способов газотермического напыления, Отверстие в подложке и штифт выполнен в виде усеченного конуса с меньшим основанием одного и того же диаметра, расположенным со стороны покрытия. Конусность штифта не превышает конусности отверстия, а диаметр меньшего основания конуса выбран от 1 до 2 толщины покрытия. 1 ил., 1 табл.

Образец представляет собой подложку

1, штифт 2, который размещен в отверстии эаподлицо с рабочей поверхностью подложки 1, покрытие 3, нанесенное на рабочую поверхность подложки 1 и торец 4 штифта

2. Отверстие.в подложке 1 и штифт 2 выполнены в виде усеченного конуса с меньшим основанием одного и того же диаметра, расположенным со стороны покрытия 3. Конусность штифта 2 не превышает конусности отверстия, а диаметр меньшего основания

:. конуса выбран от 1 до 2 толщины покрытия 3, Испытания проводят следующим обра1809370

В отверстии подложки 1 размещают штифт 2 заподлицо с рабочей поверхностью подложки 1 и наносят испытуемое покрытие

3 одним из известных способов газотерми: ческого напыления, Определение прочности сцепления покрытий с подложкой 1 производят прикладыванием к штифту 2 отрывающей нагрузки, до разрушения покрытия 3.

При соблюдении условия, что конусность штифта 2 не превышает конусности отверстия, а диаметр мейьшего основания конуса должен быть 1 — 2.толщины покрытия

3, обеспечивается испытание образца на чистый отрыв, По величине измеренной отрывающей нагрузки судят об адгезионной прочности сцепления покрытия 3 с подложкой 1.

Известно, что при испытания образцов наблюдается разрушение образцов с покрытием по периметру, либо разрушение по границе "покрытие-штифт", Тип .разрушения обусловлен сложным напряженным состоянием при испытании, когда помимо нормальных напряжений возникают напряжения среза и изгиба. Для испытаний на адгеэионную прочность применяют образцы с диаметром штифтов от 2,0 до 15,0 мм.

При больших-диаметрах штифтов и малой толщине напиленного покрытия наблю- . дается разрушение покрытия по периметру штифта, т. е; испытание выполняется на срез, а не на отрыв, При увелйчении толщины напыленного покрытия до величины, равной диаметру штифта или больше него, снижается значеwe прочности сцепления покрытия с подложкой из-за влияйия внутренних напряжений, что также снижает прочность сцепления покрытий с подложкой на адгезионный отрыв, Нанесенные с помощью геэотермического йапыления покрытия имеют многослойное формирование, при котором последующее наложение расплавленных капель напыляемого материала происходит на остывшие частицы. Строение слоя, сформйрованного за один проход газовой горел ки или.плазмотрона, неоднородно и определяется различным энергетическим состоянием; обусловленным градиентом температур и скоростью частйц в центральной и периферийной области напыления. В покрытии действуют различные напряжения, зависящие от его величины и толщины.

Необходимо учитывать, что при многослойном напылении на поверхность подложки происходит усадка напыленного слоя. С ростом толщины покрытия иэ-за влияния внутренних напряжений, которые возникают в результате усадки напыленного материала, может проиэойтй разрушение контактной зоны и, в конечном счете, отслоение покрытия от подложки.

5 При d/h < 1, где б — диаметр отверстия, h — толщина покрытия, покрытие испытывается на чистый отрыв, но напряжение в переходной зоне "покрытие-подложка" увеличиваются, так как зона соприкоснове"0 ния штифта с подложкой по образующей является концентратором напряжений и наступает момент, когда покрытие может отслоиться от подложки без приложения внешней нагрузки, При увеличении диамет15 ра штифта и постоянной толщине покрытия максимальные напряжения возникнут по линии контакта, а покрытие испытывается на срез.

Испытание на чистый отрыв необходи20 мо выполнять в интервале d/h > 1,0, но не превышающих величин, при которых прочность сцепления покрытий с подложкой на отрыв равна прочности сцепления покрытий с подложкой на срез, т. е. d/h «2,0, . Прочность сцепления нанесенных покрытий с подложкой испытывалась на образцах, конструкция которых представлена на рис. в подложке 1, изготовленной из стали 45, с помощью сверла и развертки выпол30 нано конусное отверстие. В отверстии размещен конусный штифт 2 зайодлицо с поверхностью подложки 1, при этом конус- ность штифта была меньше конусности отверстия. После сборки штифта 2 с подложкой 1 поверхность под напыление подвергалась абразивно-струйной обработке. Затем на поверхности подложки 1 и штифта 2 с помощью газотермического напыления наносили покрытие ПГ-ХН8ОСРЗ.40 Тол(цину напыленного покрытия измеряйй с ломощью штангенциркуля с точностью до

0,05 мм, Испытания образцов производили на разрывной машине P-10.

Результаты испытаний образцов на ад45 гезионную прочность сцепления покрытий с. подложкой приведены в таблице.

Из таблицы видно, что при d/h = 2,0 получили максимальное значение o= 112

МПа (см. пример 2), допускаемое отклоне50 ние результатов в пределах 5, что составляет 0"-106 МПа.

Анализ результатов испытаний на прочность сцепления напыленных покрытий с подложкой позволяет сделать вывод о том, 55 что отношение диаметра штифта к толщине напиленного покрытия не должно быть больше 2,0, так как при d/h > 2,0 покрытие работает на срез, и не меньше 1,0, так как при выходе за эти пределы возрастают внут1809370 ренние напряжения, влияющие на получе- напыленном материале, снижения дополнинйе достоверных результатов испытаний. тельных погрешностей применением штифПолучениедостоверныхреэультатовис- та с конусной поверхностью при общем пытаний напыленных покрытий на адгези- повышении технологичности испытаний, онный отрыв возможно только при условии 5

1,0 «d/h «2,0.Этосоотношениеполучено Ф ормула изобретен ия экспериментально, но подтверждается ма- Образец для определения прочности тематически. При значениях d/h меньше 1,0 сцепления покрйтия с подложкой, содержа(пример 4) и при d/h > 2,0(пример 5) получи- щий подложку с отверстием, штифт, размели заниженные значения прочности сцепле- 10 щенный в отверстии заподлицо с рабочей ния покрытий с подложкой, а максимальные поверхностью подложки, и покрытие, нанезначения прочности сцепления напыленно- сенное на рабочую поверхность подложки и

ro покрытия с подложкой возможны при ус- торец штифта, отличающийся тем, что, повии 1,0 «й* б/h Ы2,0. Соотношение с целью повышения точности определения

1,0 «d/h «2,0справедливодля любого ма- 15 прочности сцепления покрытия с подложтериала..; кой, для покрытий, когезионная прочность на срез которых не превышает их адгеэионТаким образом применение предло- ную прочность к материалу штифта на отженного образца позволяет повысить до- рыв, путем исключения сил Ван-дерстоверность получаемых результатов при 20 Ваальса, отверстие в подложке и штифт выопределении прочности сцепления капы- полнены в виде усеченного кайуса с меньленных материалов с поверхностью напы- шимоснованиейодногоитогожедиаметра, ляемых изделий за счет выбора диаметра .: расположенным со стороны покрытия, корабочей поверхности штифта и толщины по- нусность штифта не превышает конусности крытия в оптимальном диапазоне, сниже- 25 отверстия, а диаметр мейьшего основания ния уровня концентрации напряжений в конусавыбранот1до2толщиныпокрытия.

1809370

Составитель А,Акулова

Техред M.Mîðãåí Tàë

Корректор Е,Папп

Редактор О.Стенина

Производственно-иэдательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина..101

Закаэ 1283 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5