Способ оценки адгезионной стойкости упрочняющих покрытий к водородному износу

 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для контроля адгезионной стойкости упрочняющих покрытий в любой отрасли производства. Способ дает возможность количественно и визуально оценить адгезионную стойкость покрытий. В подложку со стороны покрытия вдавливают N раз конический индентор до разрушения покрытия, определяют суммы площадей деформированного и отслоившегося покрытия, затем производят наводораживание покрытия и подложки, вновь определяют сумму площадей отслаившегося покрытия. Показатель адгезионной стойкости упрочняющих покрытий к водородному износу определяют по приведенной формуле. Предлагаемый способ позволит оптимизировать режимы покрытия и свойства слоев нитрида титана на подложке и сделать покрытие стойким в среде газообразного водорода на период срока эксплуатации. 2 ил.

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для определения адгезионной стойкости покрытий.

Известен способ оценки качества сцепления твердого покрытия с подложкой [1] а также способ определения вязкости разрушения соединения покрытия-подложка на границе раздела [2] Недостатком этих способов является то, что они не учитывают среду и условия эксплуатации покрытия.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому техническому результату к изобретению является способ [3] прототипом выбран [4] В указанном источнике описан количественный способ определения адгезионной прочности износостойких покрытий методом вдавливания индентора. Адгезионную прочность покрытия (σ_a) оценивают по величине максимальных касательных напряжений, приводящих к нарушению адгезионной связи по формуле: σ_a= ·sinα_макс где Р нагрузка на индентор, приводящая к нарушению адгезионной связи; d диаметр отпечатка индентора; sin α угол между касательной к точке максимального изгиба поверхности и плоскостью подложки.

Недостатком этого способа является то, что величина σ_a носит условный характер и может использоваться для сравнительной оценки покрытия на подложках из одинакового материала, но не может применяться для сравнения адгезионной прочности покрытия на разных материалах, так как величина диаметра отпечатка, входящая в формулу, зависит от пластических свойств материала подложки. Этот способ также не учитывает среду и условия эксплуатации покрытия.

Одним из основных недостатков упрочняющих покрытий является нарушение прочности связи покрытия с подложкой в процессе эксплуатации в связи с проявлением водородного износа.

Предлагаемый способ оценки адгезионной стойкости упрочняющих покрытий к водородному износу дает возможность визуально и численно оценить адгезионную стойкость упрочняющих покрытий на любой подложке, позволяет оценить влияние среды эксплуатации.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1 и 2.

Количественная оценка стойкости упрочняющих покрытий к водородному износу производится в следующем порядке. В подложку 1 вдавливают конический индентор 2 со стороны покрытия 3 до разрушения покрытия (см. фиг.1), определяют площади деформированного и отслоившегося покрытия на микроскопе с измерительной сеткой, производят наводораживание индентированных образцов с покрытием методом электролиза в 30%-ном растворе щавелевой кислоты, повторно определяют площади отслоившегося покрытия 4 после наводораживания (фиг.2).

Каждый образец подвергается воздействию одной нагрузкой не менее трех раз. Усилие нагружения выбирают из условия получения максимально напряженного состояния покрытия от деформации. Нагрузка не должна вызывать значительное когезионное разрушение покрытия. Адгезионную стойкость покрытия оценивают по формуле: Δ Y Y Y_н (1) где Δ Y показатель адгезионной стойкости упрочняющего покрытия к водородному износу; Y условный коэффициент адгезии после вдавливания индентора; Y_н условный коэффициент адгезии после наводораживания.

Условные коэффициенты определяют по формулам: Y 1- (2)
Y_н= 1- где S_отсл сумма площадей отслоившегося покрытия после вдавливания индентора, мм²;
S_деф сумма площадей деформации подложки и покрытия после вдавливания индентора, мм²;
S_н.отсл сумма площадей отслоившегося покрытия после наводораживания;
n количество вдавливаний индентора, i единичное вдавливание индентора.

Площади отслоившегося покрытия S_отсл и S_н.отсл. определяют на микроскопе с измерительной сеткой, причем частицы с плохой связью удаляют металлической иглой. Площадь деформированного покрытия S_деф. и определяют как разницу площадей деформированной поверхности и площади отпечатка от индентера.

S_деф= (4) где D диаметр деформированной поверхности, мм;
d диаметр отпечатка от индентора, мм.

Подставляя формулы (2,3,4) в формулу (1) получают:
ΔY · S_н.отсл-S
(5)
Воздействие на образцы водородной средой производят методом электролиза в стеклянном сосуде в 30%-ном растворе щавелевой кислоты. Плотность тока поддерживают от 0,3 до 0,5 А/см² из условия равномерного обволакивания поверхности образца пузырьками водорода. Например, партия образцов, покрытых нитридом титана, по разным технологическим режимам подвергается насыщению водородом за несколько циклов, один цикл равен 5 мин. В каждом цикле последовательно насыщают водородом все образцы.

Количество циклов назначают в следующем порядке.

После первого цикла вычисляют величину площади отслоения и, если площадь отслоения меньше площади деформации, продолжают циклы. Если на одном образце площадь отслоения приблизительно равна или больше площади деформации, циклы прекращают. Затем приступают к оценке стойкости покрытия к водородному износу всех образцов контролируемой партии относительно отслоившегося образца по формуле (5).

Выбирают по образцам, стойким к водородному износу, режимы покрытия нитридом титана. Погрешность контроля оценивают по образцам, изготовленным по одинаковым технологическим режимам.

Данный способ оценки адгезионной стойкости упрочняющих покрытий к водородному износу позволит оптимизировать режимы покрытия и свойства слоев нитрида титана для случая его эксплуатации в среде газообразного водорода.

Формула изобретения

СПОСОБ ОЦЕНКИ АДГЕЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ УПРОЧНЯЮЩИХ ПОКРЫТИЙ К ВОДОРОДНОМУ ИЗНОСУ, по которому в подложку со стороны покрытия вдавливают конический индентор до разрушения покрытия, определяют диаметр D деформированной поверхности, диаметр d отпечатка от индентора и используют эти величины для определения параметра, характеризующего адгезионную стойкость, отличающийся тем, что вдавливание индентором осуществляют n-раз, дополнительно определяют сумму площадей отслоившегося покрытия, затем проводят наводораживание, вновь определяют сумму площадей отслоившегося покрытия, а в качестве параметра, характеризующего адгезионную стойкость, используют показатель ΔY адгезионной стойкости упрочняющих покрытий к водородному износу, определяемый по формуле

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2