Способ определения адгезии газотермического покрытия

 

Сущность изобретения: образец выполняют в виде подложки и нанесенного на нее исследуемого покрытия, приклеивают образец к контробразцу, после этого в подложке выполняют два сквозных выреза, параллельных друг другу и перпендикулярных границе раздела между подложкой и покрытием. Площадь S₁ контакта подложки и покрытия выполняют не превышающей ее значения, определяемого соотношения , где σ₂ - адгезионная прочность клея, S₂ - площадь контакта покрытия и контробразца, а δ₁ - прогнозируемая прочность сцепления покрытия с подложкой. Осуществляют равномерный отрыв покрытия от подложки и определяют параметр, по которому судят об адгезии газотермического покрытия. 1 ил. 1 табл.

Изобретение относится к области определения физико-механических свойств покрытий и предназначено для определения адгезионной прочности газотермических покрытий.

Известен способ определения прочности сцепления покрытия с подложкой, заключающийся в вытягивании штифта из цилиндрической шайбы, на торцовые поверхности которых, находящиеся заподлицо, предварительно наносилось газотермическое покрытие [1,2] Недостатком данного способа является сложность изготовления пары "цилиндрический штифт шайба", а также невозможность определения адгезии покрытий малой толщины по причине их когезионного разрушения вследствие действия изгибающего момента: M=N·h где N реакция опоры; h плечо.

В качестве прототипа взят способ, заключающийся в равномерном отрыве от подложки покрытия, приклеенного к контробразцу [1] Недостатком данного способа является то, что с его реализацией невозможно определять прочность сцепления плазменных покрытий, если она превышает адгезионную прочность клея, так как при приложении нагрузки первым разрушается клеевое соединение.

Изобретение направлено на определение прочности сцепления газотермических покрытий, превосходящей адгезионную прочность клея.

Это достигается тем, что после приклеивания образца к контробразцу в подложке выполняют два сквозных выреза, параллельных друг к другу и перпендикулярных границе раздела между подложкой и покрытием, при этом площадь S₁ контакта подложки и покрытия выполняют не превышающей ее значения, определенного из соотношения: где S₂ площадь контакта накрытия и контрообразца; σ₂ адгезионная прочность клея; σ₁ прогнозируемая прочность сцепления покрытия с подложкой.

На чертеже изображена схема реализации предлагаемого способа.

Согласно способу для определения прочности сцепления на поверхность детали наносится газотермическое покрытие 2 определенной толщины. После этого из детали вырезаются призматические образцы, со стороной квадратного основания a и высотой b. Вырезанные образцы покрытием приклеивания к контробразцам с помощью эпоксидного клея 3 (фиг. 1). Допустимую площадь контакта подложки с покрытием определяли в следующей последовательности:
экспериментально устанавливали адгезионную прочность клеевой композиции σ₂;
задавали прогнозируемую величину прочности сцепления покрытия с подложкой σ₁;
определяли площадь покрытия S₂, принятую равной площади поперечного сечения образца и вычисленную по формуле:
S₂ a²
допустимую площадь контакта подложки с покрытием [S₁] определяли по формуле:

В подложке напыленных образцов выполняли два параллельных выреза, выходящих на границу раздела под прямым углом. При этом подложка делится на три части так, чтобы толщина Δt второй части 1 обеспечивала площадь поперечного сечения, не превышающую [S₁] Первая и третья части образуются так, чтобы обеспечить захват второй. Склеенные образец и контробразный 4 помещаются в разрывную машину. Разрыв образцов осуществляется с минимальной скоростью. После испытания образцы осматриваются и определяется характер разрушения. Результат испытаний включает в расчет, если разрыв склеенных образцов происходил по всей площади контакта подложки с покрытием. Прочность сцепления определяли по формуле:

где S площадь отрыва, мм²;
F усилие отрыва, кгс.

Проводились испытания на адгезионную прочность плазменного покрытия, состоящего из смеси порошков ПН85Ю15, ПР-НД42СР и ПР- Х4Г2Р4С2Ф в соотношении 2:1:1, напыленного на установке плазменного напыления УПУ-3Д на коренные шейки коленвала двигателя ЗИЛ 130 толщиной 0,8 мм. Для этого из шеек вырезались призматические образцы со стороной квадратного основания a 10 мм высотой b 18 мм. Вырезанные образцы склеивались с контробразцами с помощью клея на основе эпоксидной композиции ЭД 20 (ГОСТ 10587-84). Для снижения концентраторов напряжений в клеевом соединении использовали наполнитель - порошок для напыления ПН 85 Ю 15. Композицию приготавливали в следующих весовых частях:
смола эпоксидная ЭД 20 100г
отвердитель полиэтиленполиамин 10 г
порошок ПН85Ю 15 20 г
Для повышения прочности клеевого соединения поверхность контробразца перед склеиванием обрабатывали стальной дробью ДСК (ГОСТ 11964-81). Непосредственно перед склеиванием поверхность образца и контробразца обезжиривали ацетоном. При склеивании использовали специальное приспособление, которое обеспечило необходимую точность совмещения осей образца и контробразца. Давление на образцы при склеивании составило 0,01 кгс/м² Склеенные образцы выдерживали при комнатной температуре в течение 24 часов.

Для определения допустимой площади контакта подложки с покрытием экспериментально установили адгезионную прочность клеевой композиции. С этой целью склеивали цилиндрические стальные образцы длиной 50 мм и диаметром 12 мм способом, описанным выше, и выдерживали их при комнатной температуре в течение 24 часов. Склеенные образцы закрепляли в специальное центрирующее приспособление, обеспечивающее способность при приложении нагрузки и помещали в испытательную машину.

Испытания проводили на разрывной машине Р-0,5 УЧ. 2 N 19 ПО "Точприбор" г. Иваново со шкалами:
А 0 -196 Н (0-20 кгс), цена деления шкалы 0,2 кгс;
Б 0 1225 Н (0-125 кгс), цена деления шкалы 0,5 кгс;
С 0 4900 Н (0-500 кгс), цена деления шкалы 1,0 кгс.

Адгезионную прочность клея определяли в диапазоне нагрузок испытательной машины 0-4900 Н (0-500 кгс), скорость нагружения 10 мм/мин. Результаты испытаний подвергались статической обработке.

Адгезионная прочность клеевой композиции составила σ₂= 2,5 кгс/мм².
Прогнозируемая величину адгезионной прочности плазменного покрытия принимали σ₁= 10 кгс/мм².
По формуле определяли площадь покрытия:
S₂ a² 100 мм².

По формуле определяли допустимую площадь контакта подложки с покрытием [S₁]

После этого в подложке напыленных образцов делались два параллельных выреза, выходящих на границу раздела под прямым углом и делящих подложку на три части. Вырезы осуществляли на расстоянии друг от друга, обеспечивающим толщину второй части Δt 2-2,5 мм. Подложка разрезалась отрезной фрезой 80 х 2,0 Р-18 А на фрезерном станке модели 6481, зав. N 21993, выпущенном Дмитровским заводом фрезерных станков. Скорость резания составляла 654 об/мин, подача 35 мм/мин. С целью предотвращения изменения физико-химических свойств образца, резание проводили с его охлаждением струей сжатого воздуха, подаваемого на образец под давлением Р 0,4 МПа.

Для определения адгезионной прочности подготовленные образцы закрепляли в специальное центрирующее приспособление, обеспечивающее соосность при приложении нагрузки и помещали в разрывную машину.

Испытания проводили на разрывной машине Р-05 УЧ. 2 N 19 ПО "Точприбор" г. Иваново в диапазоне нагрузок 0-4900 Н (0-500 кгс), со скоростью нагружения 10 мм/мин.

После испытаний образцы осматривали и определяли характер разрушений. Прочность сцепления определяли по формуле:

где S площадь отрыва, мм²;
F усилие отрыва, кгс.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Среднее арифметическое значение:
прочность сцепления, 5,404
дисперсия опыта, S² 0,14
ошибка опыта, S 0,375
Из результатов проведенных испытаний следует, что уменьшение площади контакта подложки с покрытием, по сравнению с площадью контакта покрытия с клеем, позволяет определить адгезию плазменных покрытий, превышающую адгезионную прочность клея.

Формула изобретения

Способ определения адгезии газотермического покрытия, заключающийся в выполнении образца в виде подложки и нанесенного на нее исследуемого покрытия, приклеивании образца к контробразцу, равномерном отрыве покрытия от подложки и определении параметра, по которому судят об адгезии газотермического покрытия, отличающийся тем, что после приклеивания образца к контробразцу в подложке выполняют два сквозных выреза, параллельных друг другу и перпендикулярных границе раздела между подложкой и покрытием, при этом площадь S₁ контакта подложки и покрытия выполняют не превышающей ее значения, определяемого из соотношения

где σ₂ - адгезионная прочность клея;
S₂ площадь контакта покрытия и контробразца;
σ₁ - прогнозируемая прочность сцепления покрытия с подложкой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2