Способ определения модуля упругости однородного покрытия



Способ определения модуля упругости однородного покрытия

 


Владельцы патента RU 2532758:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Донской государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к определению механических характеристик однородных покрытий, а именно к определению модуля упругости покрытий посредством вдавливания в поверхность материала цилиндрического индентора, и может быть использовано для определения модуля упругости покрытий на подложках из различных материалов. Сущность: вдавливают в покрытие с известной толщиной цилиндрический индентор. Определяют в соответствии с показаниями прибора, регистрирующего связь между вдавливающей силой и осадкой индентора, модуль жесткости системы покрытие-подложка, далее рассчитывают значение отношения модуля жесткости системы к модулю упругости подложки и с помощью известных способов нахождения значения функции по заданной неявной зависимости определяют модуль упругости покрытия из формулы. Технический результат: повышение точности определения модуля упругости покрытия. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к определению механических характеристик однородных покрытий, а именно к определению модуля упругости покрытий посредством вдавливания в поверхность материала цилиндрического индентора, и может быть использовано для определения модуля упругости покрытий на подложках из различных материалов.

Известен способ определения модуля упругости посредством вдавливания в поверхность изделия сферического индентора - жесткого шарика с усилием Р и измерением его осадки. Модуль упругости E для одной из разновидностей резин определяют по формуле: Е=0,80·P·D1/2·h-3\2, где P - усилие, D - диаметр шарика, h - глубина погружения шарика, Е - модуль Юнга (Израелит Г.Ш. Механические испытания резины и каучука, 1949 г., с.219).

Наиболее близким по выполнению является способ определения модуля упругости, при котором в поверхность изделия вдавливают цилиндрический индентор с постоянной скоростью и определяют начальный наклон диаграммы усилие-перемещение, а по нему - модуль упругости материала (Израелит Г.Ш. Механические испытания резины и каучука, 1949 г., с.219).

Недостатком данного способа является то, что полученная величина модуля упругости отражает некую усредненную упругость по всей толщине материала.

Техническим результатом является повышение точности определения модуля упругости покрытия.

Технический результат достигается тем, что вдавливают в покрытие с известной толщиной цилиндрический индентор, определяют в соответствии с показаниями прибора, регистрирующего связь между вдавливающей силой и осадкой индентора, модуль жесткости системы покрытие-подложка (Ecs), далее рассчитывают значение отношения модуля жесткости системы к модулю упругости подложки (Ecs/Es) и с помощью известных способов нахождения значения функции по заданной неявной зависимости определяют Ec из формулы (1)

E C S E S = 1 ( 1 ν S 2 ) ( 1 + E C E S i = 1 N C i A i 1 λ s h A i λ 1 ) , ( 1 )

где Ecs - модуль жесткости системы покрытие-подложка, Ec - модуль упругости покрытия, Es - модуль упругости подложки, νs - коэффициент Пуассона подложки, sh - гиперболический синус, λ=H/a, a - радиус индентора, H - толщина покрытия, Ci, Ai - комплексные константы, определяемые в ходе решения контактной задачи о внедрении штампа в упругое полупространство с покрытием.

Константы Ci, Ai могут быть рассчитаны с помощью алгоритма, описанного в работе Айзикович С.М., Александров В.М. «Осесимметричная задача о вдавливании круглого штампа в упругое, неоднородное по глубине полупространство» (Изв. АН СССР. МТТ. 1984, N2, С.73-82) и реализованного, например, в программах для ЭВМ, по свидетельствам РФ о государственной регистрации программ для ЭВМ №2012614268 от 14.05.2012 г., №2012614938 от 01.06.2012 г., №2012614939 от 01.06.2012 г.

Ec из неявной зависимости (1) можно определить или с помощью таблицы значений Ecs/Es, или графическим способом, или с использованием программ для ЭВМ. Например, строят таблицу значений Ecs/Es для различных значений λ и Ec/Es. В строке для вычисленного λ=H/a находят ближайшее к вычисленному Ecs/Es значение, определяют соответствующее значение Ec/Es и по известному Es находится искомое Ec. Характер зависимости, задаваемой формулой (1), иллюстрирует фиг.1.

Предпочтительное отношение радиуса индентора к толщине покрытия находится в пределах 0,1-8.

Отличием предлагаемого способа является то, что модуль упругости покрытия определяют из полученного значения модуля жесткости для системы покрытие-подложка и известного заранее модуля упругости подложки.

Ниже приведен пример осуществления изобретения.

Пример.

Для исследований взят алмазоподобный углерод (DLC, diamond-like carbon) с заранее определенным экспериментально модулем упругости Ec=259 ГПа. На плавленый кварц с модулем упругости Es=69.6 ГПа нанесено покрытие из взятого алмазоподобного углерода толщиной H=250 нм. По результатам индентирования слоя DLC с использованием цилиндрического индентора с радиусом зоны контакта a, равным 100 нм, получено значение величины Ecs=155 ГПа.

Для использования формулы (1) определяют λ = H a = 250 100 = 2,5 , E C S E S = 155 69,6 = 2,227 . С помощью программ для ЭВМ (свидетельства РФ о гос. регистрации программ для ЭВМ №2012614268 от 14.05.2012 г., №2012614938 от 01.06.2012 г., №2012614939 от 01.06.2012 г.), использующих алгоритм определения коэффициентов Ci, Ai, описанный в работе Айзикович С.М., Александров В.М. «Осесимметричная задача о вдавливании круглого штампа в упругое, неоднородное по глубине полупространство» (Изв. АН СССР. МТТ. 1984, N2, С.73-82), определяют значения коэффициентов Ci, Ai. Затем строят таблицу значений E C S E S и из таблицы получают значение Ec=251,8.

Таким образом, способ позволяет определить упругость покрытия с погрешностью Δ = | 259 251,8 259 | = 2,7 % .

1. Способ определения модуля упругости однородного покрытия, характеризующийся тем, что вдавливают в покрытие с известной толщиной цилиндрический индентор, определяют в соответствии с показаниями прибора, регистрирующего связь между вдавливающей силой и осадкой индентора, модуль жесткости системы покрытие-подложка (Ecs), далее рассчитывают значение отношения модуля жесткости системы к модулю упругости подложки (Ecs/Es) и с помощью известных способов нахождения значения функции по заданной неявной зависимости определяют Еc из формулы
E c s = E s 1 v s 2 ( 1 + E c E s i = 1 N C i A i 1 λ s h A i λ 1 ) ,
где Ecs - модуль жесткости системы покрытие-подложка, Ec - модуль упругости покрытия, Es - модуль упругости подложки, νs - коэффициент Пуассона подложки, sh - гиперболический синус, λ = H a , а - радиус индентора, H - толщина покрытия, Ci, Ai - комплексные константы, определяемые в ходе решения контактной задачи о внедрении штампа в упругое полупространство с покрытием.

2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что отношение радиуса индентора к толщине покрытия находится в пределах 0,1-8.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технике контроля и исследования материалов и изделий и может быть использовано для определения параметров рельефа поверхности (линейные размеры, шероховатость), механических (твердость, модуль упругости) и трибологических (коэффициент трения, износостойкость, время жизни покрытий) характеристик материалов с субмикронным и нанометровым пространственным разрешением.

Изобретение относится к способам определения механических свойств материалов путем вдавливания индентора в поверхность образца с заданной нагрузкой, а именно к способам определения статического модуля упругости Юнга.

Изобретение относится к технике испытания твердых материалов на микротвердость. .

Изобретение относится к устройствам для исследования или анализа материалов путем определения их твердости и может быть использовано для определения физико-механических характеристик растущих деревьев, пиломатериалов, деревянных строительных конструкций и т.п.

Изобретение относится к технике контроля и исследования материалов и изделий и может быть использовано для определения параметров рельефа поверхности и механических характеристик материалов с субмикронным и нанометровым пространственным разрешением.

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано для оценки твердости почвы. .

Изобретение относится к горному делу, в частности к устройствам для определения механических свойств горных пород. .

Изобретение относится к способам определения показателей механических свойств монолитных образцов, в том числе образцов горных пород, и может быть использовано при определении сцепления образцов как из искусственных, так и природных материалов.

Изобретение относится к технике контроля материалов и изделий и может быть использовано для измерения параметров рельефа поверхности и механических характеристик материалов с субмикронным и нанометровым пространственным разрешением.

Изобретение относится к области физики и может быть использовано для исследования и/или анализа материалов путем определения их физических или химических свойств. Определение осуществляют по механическим и структурным характеристикам. При этом дополнительно определяют величину микротвердости перлита и при микротвердости менее 240 HV и не превышающей 50 HV разности значений по микротвердости между перлитом и ферритом принимают решение о пригодности стали для обработки путем холодной пластической деформации. Достигается повышение информативности и надежности определения. 4 ил.
Наверх