Способ определения прочности сцепления гальванических покрытий с металлической основой

 

Способ относится к испытательной технике и может быть использован в машиностроении, приборостроении преимущественно для алюминиевых сплавов. На сопрягаемую с образцом поверхность конического штифта наносят антиадгезив. Размещают штифт в отверстии образца. Производят механическую обработку поверхности образца и штифта в сборе. Наносят на эту поверхность гальваническое покрытие. Измеряют усилие отрыва штифта от покрытия. В качестве антиадгезива используют оксидное электрохимическое покрытие, а нанесение гальванического покрытия производят, обеспечивая подвод тока на образец и на штифт, что способствует повышению точности определения прочности сцепления.

Изобретение относится к испытательной технике, предназначено для определения адгезионной прочности гальванических покрытий с металлической основой и может быть использовано в машиностроении, приборостроении преимущественно для деталей из алюминиевых сплавов.

Известны технические решения, например [1], предусматривающие установку цилиндрического штифта в отверстие образца, осаждение покрытия на образец и торец штифта с последующим его отрывом от покрытия.

Недостатком таких способов является неизбежный зазор между цилиндрическими поверхностями образца и штифта, что вызывает электрохимические реакции в зазоре при осаждении покрытия, резко снижающие точность измерения адгезионной прочности. Ликвидация или минимизация зазора за счет антиадгизивов [2], или легкоплавких уплотнителей [3], термическим или другим способом, удаляемых из зазора перед отрывом штифта, вызывает появление выраженного краевого эффекта на кромках штифта и отверстия образца при электролизе, а также предполагает наличие в ваннах осаждения покрытий электрохимически неоднородных материалов. Данные обстоятельства приводят к возникновению структурных неоднородностей покрытия и, как следствие, к снижению достоверности информации по адгезионной прочности.

Наиболее близким к заявляемому является способ [4], согласно которому используют штифт конической формы и перед сборкой сопряжений на конусную поверхность отверстия и штифта наносят слой мелкодисперсных частиц окиси алюминия (преимущественно для испытания алюминиевых сплавов) или протирают эти поверхности графитом. Данные операции необходимы для исключения явления схватывания или сил взаимодействия между поверхностями штифта и отверстия.

Недостатком способа является дискретный характер контакта штифта и отверстия, отрицательно сказывающийся на точности позиционирования. Кроме того, наличие в зазоре незакрепленных частиц может вызывать их движение под действием электрогидродинамических сил в процессе электролиза. Указанные факторы снижают точность измерения прочности сцепления покрытий с основой.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение точности определения прочности сцепления гальванического покрытия с основой.

Технический результат достигается тем, что в качестве антиадгезива, наносимого на поверхность конического штифта, используют конверсионное оксидное электрохимическое покрытие, которое перед размещением штифта в отверстии образца наносят на сопрягаемую с образцом поверхность конического штифта, а нанесение гальванического покрытия производят после механической обработки штифта и образца в сборе, обеспечивая подвод тока на образец и на штифт. Предлагаемая технологическая схема преимущественно адаптируется к испытанию адгезионной прочности покрытия на подложке из алюминиевых сплавов. Конверсионное покрытие на них - фазовый анодный оксид - представляет собой компактный слой с толщиной, регулируемый условиями анодирования в пределах от нескольких микрометров до десятков микрометров. Особенностями оксидного слоя являются равномерность и повышенная твердость, что в данном случае обеспечивает точность позиционирования штифта в отверстии образца и предотвращение опасности схватывания по сопрягаемым поверхностям. Известно, что механическая обработка, например шлифование вязких металлов, таких как алюминиевые сплавы, сопровождается эффектом "засаливания" инструмента, что приводит к повышенной шероховатости заготовки, наволакиванию стружки на обработанную поверхность. Это снижает качество подготовки поверхности к электроосаждению покрытий и, как следствие, снижает точность данных измерений по прочности сцепления. В то же время известно [5], что абразивный съем вязкого металла, совмещенный с удалением микропорций охрупченного оксидированием слоя, повышает качество обработки. Данное обстоятельство положительно сказывается на подготовке испытуемого материала к гальванопокрытию, в соответствии с заявленным способом, вблизи выхода штифта из отверстия образца.

Необходимость обеспечения подвода тока на образец и на штифт при формировании гальванического покрытия вызвана электроизоляционными свойствами конверсионного (оксидного) покрытия на алюминиевых сплавах.

Заявляемый способ осуществляют следующим образом. Образец с коническим отверстием и штифт изготавливают резанием из идентичного материала (например, алюминиевого сплава). Штифт размещают в ванне электрохимического оксидирования и наносят слой конверсионного покрытия, после чего штифт вставляют в отверстие образца и фиксируют в нем осевым усилием. Наличие оксидного покрытия предотвращает схватывание. Механической обработкой в сборе обеспечивают положение торца штифта заподлицо с предназначенной для гальванопокрытия поверхностью образца. В дальнейшем остальные поверхности изолируют. Затем проводят химическую и(или) электрохимическую подготовку рабочей поверхности и нанесение желаемого гальванического покрытия по общепринятым методикам. Прочность сцепления покрытия с основой рассчитывают по результатам отрыва штифта как частное от деления усилия отрыва на площадь рабочего торца штифта.

Для оценки преимуществ предлагаемого способа были проведены проверочные испытания в сравнении с базовым вариантом (прототипом). Образцы и штифты изготавливали из алюминиевого сплава А5М-3-0,25. Угол конусности отверстий и штифтов составлял 24 и 23,5^o соответственно. Шлифование рабочей поверхности образца в сборе проводили до шероховатости R_a 0,63. В качестве контролируемого параметра по результатам определения прочности сцепления покрытий с основой служил интервал разброса данных 50 измерений, выраженный в процентах от среднего арифметического значения.

Опыт 1. Базовый вариант. Конусную поверхность штифта протирали порошком окиси алюминия дисперсностью до 2 мкм. Разброс данных измерений прочности сцепления составил 24%.

Опыт 2. Предлагаемый способ. Штифты предварительно анодировали в водном растворе, содержащем, г/л: сульфосалициловую кислоту 100; серную кислоту 20. Режим обработки: температура 0±1^oC, анодная плотность тока 2-5 А/дм², продолжительность 15 мин. Средняя толщина покрытия 28 мкм. Разброс данных измерений прочности сцепления составил 9%.

Экспериментальные данные показывают преимущество предлагаемого способа по точности определения адгезионной прочности гальванических покрытий.

Источники информации 1. Авторское свидетельство СССР N 1441277, G 01 N 19/04, 1988.

2. Авторское свидетельство СССР N 945760, G 01 N 19/04, 1982.

3. Авторское свидетельство СССР N 1208497, G 01 N 19/04, 1986.

4. Плеханов В.И. Расчет и конструирование устройств для нанесения гальванических покрытий. - М.: Машиностроение, 1988, 224 с, ил. с.67.

5. Авторское свидетельство, 1479259, B 24 B 1/00, 1989.

Формула изобретения

Способ определения прочности сцепления гальванических покрытий с металлической основой, преимущественно с алюминиевыми сплавами, включающий нанесение антиадгезива на сопрягаемую с образцом поверхность конического штифта, размещение штифта в отверстии образца, механическую обработку предназначенной для гальванического покрытия поверхности образца и штифта в сборе, нанесение гальванического покрытия и измерение усилия отрыва штифта от покрытия, по которому определяют прочность сцепления, отличающийся тем, что в качестве антиадгезива используют оксидное электрохимическое покрытие, а нанесение гальванического покрытия производят, обеспечивая подвод тока на образец и на штифт.