Способ анализа износа


 


Владельцы патента RU 2536119:

Васильев Евгений Викторович (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для определения характера и степени износа в парах трения. Сущность: на рабочую поверхность наносят материал испытуемого покрытия и изнашивают его путем истирания. Перед изнашиванием путем истирания производят ионную полировку поверхности металлического образца, затем ионно-плазменным методом напыляют слои износостойких покрытий различного цвета. Общую толщину наносимого покрытия выбирают в интервале от 100 нм до 20 мкм, а после изнашивания покрытия истиранием визуально и с помощью измерительной аппаратуры определяют характер и степень износа. Технический результат: повышение точности определения характера и степени износа деталей сложной геометрии, в т.ч. до окончания срока службы покрытия, повышение производительности анализа, возможность исследования тонкопленочных покрытий. 5 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для определения характера и степени износа в парах трения.

Известен способ определения износостойкости, при котором износостойкость определяется на основании временной зависимости линейного износа и номинального нормального давления, на основании которых вычисляют эмпирическую зависимость интенсивности изнашивания как функции номинального нормального давления (Патент РФ N 2433384, МПК G01N 3/56, приор. от 21.04.2009, опубл. 10.11.2011).

Однако известный способ не позволяет определить степень и характер износа деталей сложной геометрии.

Известен также способ определения износостойкости покрытий, в котором формируют образец из эталонного материала, наносят на его рабочую поверхность материал испытуемого покрытия, изнашивают его путем истирания. Материал покрытия наносят толщиной не более 10 мкм гальваническим способом на образец, имеющий другой цвет. Об износостойкости судят по времени полного износа покрытия, причем момент окончания износа определяют визуально по изменению цвета покрытия на цвет образца (Патент РФ N 2303773, МПК G01N 3/56, приор. от 07.12.2005, опубл. 27.07.2007), который принят за прототип.

Однако известный способ, принятый за прототип, не позволяет определить степень и характер износа деталей сложной геометрии при различной степени износа локальных областей и обладает сравнительно низкой точностью определения по наличию или отсутствию износа без возможности определения степени износа до окончания срока службы покрытия.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение точности, информативности и производительности определения характера и степени износа деталей сложной геометрии, в т.ч. до окончания срока службы покрытия и для покрытий малой толщины.

Поставленная техническая задача решается тем, что в способе определения износостойкости покрытий, в котором на рабочую поверхность наносят материал испытуемого покрытия и изнашивают его путем истирания, согласно предложенному изобретению, перед изнашиванием путем истирания производят ионную полировку поверхности металлического образца, затем ионно-плазменным методом напыляют слои износостойких покрытий различного цвета, при этом общую толщину наносимого покрытия выбирают в интервале от 100 нм до 20 мкм, а после изнашивания покрытия истиранием визуально и с помощью измерительной аппаратуры определяют характер и степень износа.

Кроме того, в качестве износостойких покрытий используют нитрид титана (TiN), нитрид циркония (ZrN), нитрид алюминия и титана (TiAlN), нитрид хрома (CrN), оксид циркония (ZrO2), оксид алюминия (Al2O3), борид хрома (CrB2).

Кроме того, напыляют от десяти до ста слоев в зависимости от необходимой точности определения износа.

Кроме того, напыляют чередующиеся слои с контрастирующими цветами.

Кроме того, между износостойкими слоями напыляют слой хрома (Cr) толщиной 10 нм.

Кроме того, износостойкие слои напыляют в порядке увеличения твердости.

Технический результат заключается в повышении точности определения характера и степени износа деталей сложной геометрии, в т.ч. до окончания срока службы покрытия, повышение производительности анализа, возможность исследования тонкопленочных покрытий.

Предложенная совокупность существенных признаков заявляемого способа позволяет достичь высокой точности измерений (до 10 нм) за счет наноразмерности наносимых слоев и возможности анализа износа деталей сложной геометрии.

Заявляемый способ определения характера и степени износа заключается в том, что сначала производят ионную полировку поверхности металлического образца. Затем ионно-плазменным методом напыляют чередующиеся износостойкие слои различных цветов. В качестве таких слоев выбирают, например, нитрид титана (TiN) ярко-золотого цвета, нитрид циркония (ZrN) соломенного цвета, нитрид алюминия и титана (TiAlN) фиолетово-черного цвета, нитрид хрома (CrN) белого цвета, оксид циркония (ZrO2) белого цвета, оксид алюминия (Al2O3) белого цвета, борид хрома (CrB2) серого цвета. При этом толщину и количество слоев выбирают исходя из необходимой точности измерений. Изнашивают покрытие истиранием. Степень и характер износа определяют визуально по изменению цвета покрытия и с помощью измерительной аппаратуры.

Примером реализации предлагаемого способа может служить процесс нанесения износостойкого покрытия на серию раскатных роликов и последующего определения износа покрытия.

Сначала производят изделия, помещают в вакуумную ионно-плазменную установку и создают вакуум 2·10-5 мм рт.ст. Производят ионную очистку, которая включает по крайней мере две стадии:

- предварительная очистка путем обработки тлеющим зарядом, ток дуги 0 А, ускоряющее напряжение 1,5-2 кВ, среда - аргон, азот, вакуум 5·10-2 мм рт.ст., время обработки составляет 10 мин;

- финишная очистка и нагрев до температуры 500°С, используется циркониевый катод, среда - аргон, вакуум 2,5·10-3 мм рт.ст., ток дуги 50-70 А, ускоряющее напряжение 700 В.

Затем напыляют сепарированными потоками (ток дуги 50-70 А, ускоряющее напряжение 200 В, вакуум 2,5·10-5 мм рт.ст.) износостойкие слои в следующем порядке:

1. Чередующиеся слои нитрида титана (TiN) золотистого цвета толщиной 10 нм и нитрида хрома (CrN) белого цвета толщиной 10 нм. Напыляют 25 слоев нитрида титана (TiN) и 25 слоев нитрида хрома (CrN).

2. Чередующиеся слои нитрида циркония (ZrN) соломенного цвета толщиной 10 нм и нитрида хрома (CrN) белого цвета толщиной 10 нм. Напыляют 25 слоев нитрида циркония (ZrN) и 25 слоев нитрида хрома (CrN).

3. Чередующиеся слои нитрида алюминия-титана (TiAlN) фиолетового цвета толщиной 10 нм и нитрида хрома (CrN) белого цвета толщиной 10 нм. Напыляют 25 слоев алюминия-титана (TiAlN) и 25 слоев нитрида хрома (CrN).

4. Чередующиеся слои борида хрома (CrB2) серого цвета толщиной 10 нм и нитрида хрома (CrN) белого цвета толщиной 10 нм. Напыляют 25 слоев борида хрома (CrB2) и 25 слоев нитрида хрома (CrN).

Общая толщина покрытия составляет 2 мкм.

Испытания на износ покрытия проводят до полного износа покрытия и производят анализ каждые пять тысяч циклов работы, для чего с помощью микрокатора определяют приближенную степень износа, а визуально по цвету покрытия уточняют характер и степень износа. После испытаний делают заключение об эффективности предлагаемого износостойкого покрытия. В примере реализации предлагаемого способа защитное покрытие позволило повысить срок службы раскатных роликов с двух тысячи циклов до семидесяти двух тысяч циклов работы.

Способ определения характера износа может быть осуществлен с помощью известных в технике средств. Следовательно, он соответствует критерию «промышленная применимость».

Использование заявляемого способа обеспечивает значительное повышение точности определения характера и степени износа деталей, в т.ч. сложной геометрии, возможность исследования тонкопленочных покрытий.

1. Способ анализа износа, в котором на рабочую поверхность наносят материал испытуемого покрытия и изнашивают его путем истирания, отличающийся тем, что перед изнашиванием путем истирания производят ионную полировку поверхности металлического образца, затем ионно-плазменным методом напыляют слои износостойких покрытий различного цвета, при этом общую толщину наносимого покрытия выбирают в интервале от 100 нм до 20 мкм, а после изнашивания покрытия истиранием визуально и с помощью измерительной аппаратуры определяют характер и степень износа.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве износостойких покрытий используют нитрид титана (TiN), нитрид циркония (ZrN), нитрид алюминия и титана (TiAlN), нитрид хрома (CrN), оксид циркония (ZrO2), оксид алюминия (Al2O3), борид хрома (CrB2).

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что напыляют от десяти до ста износостойких слоев.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что напыляют чередующиеся слои с контрастирующими цветами.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что между износостойкими слоями напыляют слой хрома (Cr) толщиной 10 нм.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что износостойкие слои напыляют в порядке увеличения твердости.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технике исследования триботехнических свойств материалов и покрытий и может быть использовано при испытаниях на трение и износ. Устройство содержит основание, узел нагружения, связанный с датчиком износа, регистрирующий прибор, привод вращения, взаимодействующий с держателем контробразца, силоизмеритель с упругими элементами и датчики деформации.

Изобретение относится к технологии контроля качества смазочных масел при их применении и совместимости с материалами деталей машин. Способ заключается в том, что пробу масла постоянной массы нагревают при постоянной температуре с перемешиванием, через равные промежутки времени отбирают часть пробы окисленного масла, в каждой из которых определяют фотометрированием коэффициент поглощения светового потока окисленного масла и испытывают его на противоизносные свойства, при этом определяют диаметр пятна износа и коэффициент противоизносных свойств П, равный Kп/U, где Кп - коэффициент поглощения светового потока, a U - диаметр пятна износа, мм, строят линейную графическую зависимость коэффициента противоизносных свойств П от коэффициента поглощения светового потока Кп, которую используют для определения противоизносных свойств смазочных масел.

Изобретение относится к области испытания полимерных композиционных материалов и может быть использовано для оценки их износостойкости. Сущность: проводят испытания плоских образцов на трение и износ при постоянной скорости цилиндрического контртела за один и тот же период времени по одному и тому же следу трения при кратно увеличивающихся нагрузках.

Изобретение относится к области триботехнических исследований материалов и может быть использовано для испытания материалов для подвижных уплотнений. Сущность: проводят испытание уплотнительных материалов в режимах жидкостного и полусухого трения при постоянной скорости вращения смазываемого диска о поверхность исследуемого материала.

Изобретение относится к технологии машиностроения, к устройствам для определения пластических деформаций и износа упрочненных материалов при испытаниях на контактную выносливость плоских поверхностей импульсной нагрузкой деталей вибрационных машин.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к конструкции стендов для испытаний на износ дисковых ножей рабочих органов для бестраншейной замены трубопроводов.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам для испытания на износ плоских поверхностей, и, преимущественно, может быть использовано при испытании панелей пола.

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано для прогнозирования - контроля износостойкости твердосплавных режущих инструментов при их изготовлении, использовании или сертификации.

Изобретение относится к способам испытаний узлов трения механических систем. Сущность: оценка состояния трибосистемы осуществляется по анализу интегральных оценок (функция диссипации, степени диссипации, приведенных к выходу энергетических потерь фрикционной системы, квадрата модуля когерентности), запаса устойчивости по амплитуде и фазе амплитудо-фазочастотных характеристик.

Изобретение относится к способам триботехнических испытаний, в частности к исследованиям приработки. Сущность: трибосистему смазывают, осуществляют трение и нагружают ступенчатой внешней нагрузкой до достижения максимальной нагрузочной способности.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при испытаниях с целью оценки эффективности смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) для шлифования. Образец фиксируют и шлифуют с подачей СОЖ на расположенных на магнитной плите плоскошлифовального станка подвижных салазках с прикрепленной силоизмерительной системой для записи тангенциальных составляющих силы шлифования и сведения их в таблицу. Определяют величину эффективности шлифования как отношение сумм тангенциальных составляющих силы шлифования на одном или нескольких проходах с эталонной и испытуемой СОЖ. Об эффективности СОЖ судят по полученной величине эффективности шлифования. Чем больше упомянутая величина, тем выше эффективность СОЖ. В результате повышается точность и уменьшается трудоемкость оценки эффективности СОЖ при шлифовании. 1 ил., 1 табл.

Группа изобретений относится к обработке металлов давлением, а именно к оценке силы и коэффициента трения при холодной обработке металлов давлением. Представлен способ оценки параметров трения при холодной обработке металлов давлением, по которому протягивают через валки с заданным обжатием образцов с коническим участком с одного конца, длина которого позволяет обеспечивать прирост степени обжатия при протягивании образцов, визуально определяют место образования задиров на образцах, составляют для всех образцов график зависимости сила деформирования - перемещение, с помощью которого для места образования задиров определяют степень обжатия и напряжение сдвига второго образца и образцов с нанесенными смазочными материалами или покрытиями при их протягивании через жестко закрепленные валки, при этом определяют момент сопротивления вращению валков при их торможении и нормальную силу, действующую на валки со стороны образцов при их деформировании, посредством датчиков силы и устройства торможения валков, а из этих, фиксируемых датчиками силы, величин определяют силу трения по формуле: Tтр.=Pдат.×L/R, где Ттр. - сила трения, R - радиус валка, Рдат. - сила торможения, фиксируемая датчиком, L - длина рычага тормозящего приспособления, и коэффициент трения по формуле: f=Tтр./2N=Pдат.×L/R×2N, где f - коэффициент трения, N - нормальная нагрузка, т.е. сила, действующая на валки со стороны образцов при их деформировании, определяемая датчиками силы. Также описано устройство для реализации указанного способа. Достигается расширение функциональных возможностей и повышение надежности оценки. 2 н.п. ф-лы, 1 пр., 1 табл., 5 ил.

Группа изобретений относится к легкой промышленности, в частности к определению механических характеристик швейных материалов и соединений деталей одежды (ниточных, сварных, клеевых и других швов и строчек). Способ для механических испытаний швейных материалов и соединений заключается в том, что, нагружая закрепленный на установке образец материала через объемный рабочий орган в виде пуансона полусферической формы, получают на регистрирующем средстве в виде осциллографа электрические сигналы от тензодатчиков, связанных через упругие элементы с испытуемым образцом, отражающие действующие силы на участках испытуемого образца по осям 0X, 0Y, 0Z, по которым судят о многоосной деформации образца материала, далее, зная размерные параметры образца материала, находят искомые напряжения, действующие на этих участках образца, причем искомые напряжения на образце материала определяют в динамике при действии непрерывного процесса изнашивания его при циклической нагрузке, путем сравнения напряжения в образце материала в начале цикла испытаний и в конце определяют влияние износа на механические характеристики испытуемого материала, а при использовании режима влажно-тепловой обработки перед нагружением в зону деформирования образца швейного материала пропускают пар через сквозные отверстия на всей рабочей поверхности пуансона. Также описана установка для реализации указанного способа. Достигается повышение надежности определения и качества швейных материалов. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к устройствам для измерения показателей фрикционных и адгезионных свойств фильтрационной корки и может найти свое применение в нефтегазовой отрасли. Устройство для измерения показателей фрикционных и адгезионных свойств фильтрационной корки содержит стол-основание, электродвигатель, узел замера тягового усилия, установленные на столе-основании уровень и основание для размещения груза. На основании для размещения груза шарнирно закреплена направляющая плита, с возможностью поворота вокруг своей оси, на боковой поверхности которой выполнен паз, обеспечивающий перемещение размещенного в пазу узла замера тягового усилия. Узел замера тягового усилия соединен с одной стороны при помощи нити со шкивом электродвигателя, расположенным на противоположном конце направляющей плиты, с другой - с металлическим грузом, расположенным на фильтрационной корке, закрепленной фиксаторами на основании для размещения груза. Технический результат − обеспечение измерения показателей как фрикционных, так и адгезионных свойств фильтрационной корки, возможность оценки вклада фрикционных и адгезионных сил в суммарную силу сопротивления движению колонн в скважине. 2 ил.

Изобретение относится к технологии машиностроения, к способам и устройствам для определения пластических деформаций и износа упрочненных материалов при испытаниях на контактную выносливость плоских поверхностей с импульсной нагрузкой деталей вибрационных машин. Сущность: определяют пластические деформации и износ упрочненных материалов в условиях относительной продольной подачи испытываемых образцов и вращающихся деформирующих тел, одновременно взаимодействующих с верхними и нижними испытываемыми образцами, закрепленными, соответственно, в верхнем многоместном зажимном приспособлении, вращающемся относительно центральной продольной оси, и нижнем многоместном зажимном приспособлении, находящемся в неподвижном состоянии. Деформирующие тела подвижно с возможностью вращения относительно продольной оси установлены в сепараторе, позволяющем по круговым концентричным траекториям на различном расстоянии от центра вращаться деформирующим телам. Верхнее зажимное приспособление жестко закреплено на обкатнике. Обкатник приводят во вращение от индивидуального привода, расположенного в корпусе и состоящего из электродвигателя, клиноременной передачи и вала, на котором на одном конце на шлицах установлен обкатник с сепаратором, на другом конце - шкив клиноременной передачи, а на средней части - подшипники опорного узла. На обкатник воздействуют периодической импульсной нагрузкой, создаваемой гидроцилиндром, в котором расположен боек, волноводом, выполненным с возможностью приложения к нему статической нагрузки и посредством бойка периодической импульсной нагрузки, гидравлическим генератором импульсов для питания гидроцилиндра. Волновод соединен подвижно с помощью упорного подшипника с обкатником. Технический результат: расширение технологических возможностей испытаний и создание условий их проведения, приближенных к реальным условиям эксплуатации образцов деталей вибрационных машин, повышение производительности и возможность установления влияния на контактно-усталостное изнашивание соотношения качения и проскальзывания. 1 табл., 7 ил.

Изобретение относится к технике механических испытаний материалов на стойкость к истиранию до разрушения и может быть использовано, в частности, для испытаний на ледовое истирание. Установка содержит основание, на котором размещена горизонтальная платформа, снабженная приводом вращения вокруг вертикальной оси с возможностью формирования усилий, прижимающих образцы льда к истираемому образцу радиально относительно оси вращения платформы. Образец истираемого материала выполнен в виде цилиндра. Платформа снабжена средством жесткого закрепления образца. Станина установки снабжена вертикальными стойками, продольные оси которых лежат в одной плоскости с осью вращения платформы. Средства для удержания образцов льда выполнены в виде горизонтальных направляющих, пропущенных через вертикальные стойки, выполненных с возможностью продольного перемещения в них образцов льда. Параллельно с направляющими, над ними на высоте, обеспечивающей возможность размещения образца истираемого материала на платформе, в вертикальных стойках выполнены сквозные отверстия, через которые пропущена штанга, концы которой снабжены вертикальными стержнями. На одном из вертикальных стержней закреплен силовой цилиндр с возможностью возвратно-поступательного движения его штока вдоль продольной оси первого образца льда и упора в него. Второй вертикальный стержень снабжен штоком с пятой на конце, упертой в торец второго образца льда. Технический результат: обеспечение стабильной площади контакта трущихся материалов, компактности и универсальности устройства, позволяющей использовать его при вращательном и поступательном движении льда. 1 ил.

Изобретение относится к технике механических испытаний материалов на стойкость к истиранию до разрушения и может быть использовано, в частности, для испытаний на ледовое истирание. Конструкция установки для исследования образца материала на истирание льдом содержит основание, на котором размещена горизонтальная платформа, выполненная с возможностью перемещения образца льда относительно образца истираемого материала, фиксируемого в средстве для его удержания, и средство их прижатия друг к другу. Устройство дополнительно содержит нож, выполненный с возможностью профилирования поверхности образца льда, контактирующей с истираемым образцом. Нож содержит вертикальную направляющую, через которую, с возможностью возвратно-поступательного движения, пропущен шток, на конце которого закреплена режущая пластина, режущая кромка которой, обращенная к образцу льда, выполнена П-образной. Шток снабжен выступом, на котором параллельно продольной оси штока закреплен стержень, нижний конец которого шарнирно скреплен с опорной лыжей. Стержень отстоит от штока относительно направления движения образца, при этом режущая пластина выполнена с возможностью регулирования положения ее кромки относительно опорной поверхности опорной лыжи. Верхний конец штока выполнен с возможностью размещения на нем дополнительного груза. Технический результат − обеспечение стабильной площади контакта трущихся материалов и повышение несущей способности льда за счет его подрезки ножом с двух сторон. 7 ил.

Изобретение относится к технике механических испытаний материалов на стойкость к истиранию до разрушения и может быть использовано, в частности, для испытаний на ледовое истирание. Установка содержит привод вращения кольцеобразного образца льда и средства для удержания образцов истираемого материала, выполненные с возможностью их прижатия к цилиндрической поверхности образца льда. Образцам истираемого материала придана цилиндрическая форма, при этом каждый из них снабжен отдельным приводом вращения с осью вращения, параллельной оси вращения образца льда. Каждый отдельный привод вращения образца истираемого материала установлен на отдельном силовом цилиндре, корпус которого жестко зафиксирован в пространстве. Силовые цилиндры снабжены средствами регулирования прижимных усилий. Технический результат: повышение достоверности испытания за счет моделирования не только трения скольжения, но и трение качения. 3 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к измерительным устройствам, и может быть использовано не только для исследования свойств материалов, но и точности исследования износа трущихся поверхностей. Устройство содержит оптическую схему, включающую световод, осветительную систему со светодиодом, регистрирующую систему, состоящую из линзы и фотоприемника, связанные с блоком питания и управления через электронную систему, состоящую из усилителя и микропроцессора, связанные с индикатором и интерфейсом ЭВМ, и выполненную на валу лунку износа, выполняющую функцию базового участка. Устройство дополнительно содержит второй световод. Один световод, неподвижный, установлен во втулке, а другой, подвижный, установлен в валу. Оба световода предназначены для исследования износа лунки, выполненной на внутренней поверхности втулки, и износа лунок и базового участка на внешней поверхности вала, а для превращения отраженного светового потока в электрический сигнал они связаны через осветительную и регистрирующую системы оптической схемы с электронной системой и через блок питания и управления, выполняющий функцию управления режимом работы импульсного светодиода с перестраиваемой длиной волны осветительной системы. Осветительная система дополнительно снабжена линзой, регистрирующая система - светофильтром и линзой, и обе системы дополнительно снабжены установленным в них светоделителем. Технический результат: расширение возможностей, повышение точности исследования износа трущихся поверхностей и сокращение времени исследования. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Предусмотрены стачиваемый цилиндр и способ изготовления данного стачиваемого цилиндра. Стачиваемый цилиндр включает в себя первый конец, второй конец и боковую стенку, проходящую от первого конца ко второму концу. По меньшей мере, только второй конец или только боковая стенка представляют собой стачиваемый участок, который контактирует со сверхтвердым элементом, что позволяет определить по меньшей мере одну характеристику сверхтвердого элемента. Стачиваемый участок образован поверхностью по меньшей мере одного мягкого элемента и по меньшей мере одного твердого элемента, который чередуется с мягкими элементами или окружен ими в соответствии с заданным воспроизводимым рисунком. В соответствии с одним вариантом выполнения настоящего изобретения разность между прочностью на одноосное сжатие твердого элемента и прочностью на одноосное сжатие мягкого элемента составляет примерно от 1,000 до 60,000 ф. кв.д. Технический результат - разработка эффективного устройства для испытания сверхтвердого элемента на абразивность и/или ударопрочность. 6 н. и 32 з.п. ф-лы, 12 ил.
Наверх