Устройство для формирования и испытания образцов тонких покрытий


 

G01N1/28 - Исследование или анализ материалов путем определения их химических или физических свойств (разделение материалов вообще B01D,B01J,B03,B07; аппараты, полностью охватываемые каким-либо подклассом, см. в соответствующем подклассе, например B01L; измерение или испытание с помощью ферментов или микроорганизмов C12M,C12Q; исследование грунта основания на стройплощадке E02D 1/00;мониторинговые или диагностические устройства для оборудования для обработки выхлопных газов F01N 11/00; определение изменений влажности при компенсационных измерениях других переменных величин или для коррекции показаний приборов при изменении влажности, см. G01D или соответствующий подкласс, относящийся к измеряемой величине; испытание

Владельцы патента RU 2545082:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" (RU)

Изобретение относится к лабораторной испытательной технике, а именно к устройству для формирования и испытания образца тонких покрытий в нагрузочных устройствах, например, для испытания тонких керамических теплозащитных покрытий на механическую прочность растяжением. Устройство представляет собой предназначенный для размещения в нагрузочном устройстве разъемный узел, содержащий две цилиндрические и кольцевую детали, внешняя поверхность которых предназначена для нанесения, по меньшей мере, одного слоя тонкого покрытия и формирования образца. Одна из цилиндрических деталей имеет по оси цилиндрическую полость, а другая ответный цилиндрический выступ, размещаемый через отверстие кольца в полости и соединяющий детали. Внешняя поверхность цилиндрических деталей имеет адгезию, а поверхность кольца - без адгезии с наносимыми на них покрытиями, и служат, соответственно, для формирования образца в виде соединительного слоя и/или безадгезионного тонкого покрытия. Технический результат: повышение достоверности исследования прочностных свойств тонких покрытий путем формирования безадгезионного продольного поверхностного образца на разъемном узле, пригодном для нагружения продольным и температурным нагружениями. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к лабораторной испытательной технике, а именно к устройству для формирования и испытания образца тонких покрытий в нагрузочных устройствах, например, для испытания тонких керамических теплозащитных покрытий на механическую прочность растяжением.

Известно определение прочностных свойств плазменных керамических теплозащитных покрытий (статья Sung R. Choi «Mechanical Properties of Plasma-Sprayed ZrO2-8 wt% Y2O3 Thermal Barrier Coatings», 2009), включающее в себя нанесение толстого слоя (6 мм) покрытия из керамики на графитовую подложку, последующее отделение слоя керамики от графита при температуре 680°C в течение 24 часов, изготовление из покрытия образцов различной конфигурации и их испытание на механическую прочность при нормальной температуре. Определение предела прочности осуществляют растяжением/сжатием цилиндрических образцов, вырезанных с различной ориентировкой. Определение модуля упругости осуществляют методом 4-точечного изгиба плоской пластины покрытия.

Известное техническое решение не позволяет формировать и испытывать образцы тонких покрытий (~0,12 мм), которые характерны для реальных покрытий деталей машин.

Получение указанных толстых покрытий длительно, а в процессе длительного нанесения, из-за низкой (в разы меньшей, чем у основного материала) теплопроводности самой керамики, в зоне нанесения параметры технологического процесса изменяются (ухудшается теплоотвод), в результате чего возможно получение покрытия другой структуры и соответственно свойств, не характерных реальным покрытиям.

Использование значений механических характеристик толстых покрытий применительно к реальным тонким (~0,12 мм) покрытиям не дает удовлетворительного результата, так как из теории и практики сопротивления материалов известно, что в материале большего масштаба содержится большее количество различных неоднородностей, сказывающихся в том числе на механических характеристиках.

Известно устройство для определения прочностных свойств теплозащитных покрытий (патент РФ №2430351 от 27.09.11), имеющих преимущественно столбчатую структуру, ориентированную перпендикулярно поверхности образца, на которую покрытие нанесено. Теплозащитное покрытие нанесено на металлический образец, имеющий поясное сужение для создания зоны максимальной нагрузки от действия центробежных сил. Такое устройство не позволяет формировать и испытывать образцы тонких покрытий на когезионную прочность (прочность покрытия на разрыв при продольном растяжении образца), которые характерны для ряда покрытий деталей машин, например керамических теплозащитных покрытий.

Прочность на разрыв определят не характеристики покрытия, а характеристики металлического образца в поясном сужении.

Деформации материала детали при эксплуатации направлены вдоль слоев, поэтому для получения истинных (достоверных) значений механических характеристик покрытия необходимо проводить испытания с приложением нагрузки в направлении, идентичном эксплуатационному.

В основу изобретения положена задача повышения достоверности исследования прочностных свойств тонких покрытий.

Техническим результатом является повышение достоверности исследования прочностных свойств тонких покрытий путем формирования безадгезионного продольного поверхностного образца на разъемном узле, пригодном для нагружения продольным и температурным нагружениями.

Поставленная задача решается тем, что устройство для формирования и испытания образца тонких покрытий, например керамических, теплозащитных покрытий, на механическую прочность при тепловых нагрузках представляет собой предназначенный для размещения в нагрузочном устройстве разъемный узел, содержащий две цилиндрические и кольцевую детали, внешняя поверхность которых предназначена для нанесения, по меньшей мере, одного слоя тонкого покрытия и формирования образца, одна из цилиндрических деталей имеет по оси цилиндрическую полость, а другая ответный цилиндрический выступ, размещаемый через отверстие кольца в полости и соединяющий детали, при этом внешняя поверхность цилиндрических деталей имеет адгезию, а поверхность кольца - без адгезии с наносимыми на них покрытиями, и служат, соответственно, для формирования образа в виде соединительного слоя и/или безадгезионного тонкого покрытия.

Внешняя поверхность цилиндрических деталей покрыта, по меньшей мере, одним, имеющим адгезию к покрытию, соединительным металлическим подслоем, а внешняя поверхность соединенных деталей покрыта тонким керамическим теплозащитным покрытием.

Внутренние поверхности деталей для исключения влияния трения на прикладываемую нагрузку обработаны по посадке скольжения.

Цилиндрические детали имеют в концах сквозные отверстия для крепления узла в нагрузочном устройстве.

Все детали имеют сквозные осевые отверстия под единый болт, предназначенный для временной дополнительной фиксации деталей при нанесении покрытий.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием и рисунками, где на рис.1а представлена деталировка устройства для формирования и испытания образца тонких покрытий, согласно изобретению,

на рис.1б представлено устройство в сборке,

на рис.1в - вид устройства в разрезе по А.

Устройство, согласно изобретению, для формирования и испытания образца тонких покрытий, например керамических, теплозащитных покрытий, на механическую прочность при тепловых нагрузках, представляет собой разъемный узел, предназначенный для размещения в нагрузочном устройстве с приложением нагрузки в направлении, идентичном эксплуатационному.

Разъемный узел (рис.1) содержит цилиндрическую деталь 1, цилиндрическую деталь 2 и кольцевую деталь 3.

Одна из цилиндрических деталей (деталь 1) имеет по оси цилиндрическую полость 4, а другая (цилиндрическая деталь 2) - ответный цилиндрический выступ 5.

В сборке выступ 5 размещен через отверстие кольца 3 в полости 4 и соединяет разъемно детали узла.

Внутренние поверхности деталей (1, 2 и 3) для исключения влияния трения на прикладываемую нагрузку обработаны по посадке скольжения.

Детали (1 и 2) имеют в концах сквозные отверстия 6 для крепления узла в нагрузочном устройстве.

Кроме того, детали (1, 2 и 3) имеют сквозные осевые отверстия 7 под единый болт 8, предназначенный для временной дополнительной фиксации деталей при нанесении покрытий и скрепляемый гайкой 9.

Внешняя поверхность цилиндрических деталей 1 и 2 имеет адгезию к наносимому покрытию. Адгезия может быть достигнута или подбором соответствующего материала самой цилиндрической детали 1 и 2, или наносимым соединительным материалом.

Внешняя поверхность кольца 3 выполнена без адгезии к наносимому на него покрытию, и служит для формирования безадгезионного образца тонкого покрытия.

Устройство используют следующим образом (пример использования).

На внешние поверхности деталей 1 и 2 наносят соединительный металлический подслой 10. Химический состав, технология и режимы нанесения соединительного слоя должны быть такими, чтобы адгезионная прочность этого слоя с материалом деталей и наносимым затем тонким керамическим теплозащитным покрытием 11 была выше когезионной прочности образца покрытия.

Внешнюю поверхность кольца 3 оставляют без подслоя, или может быть нанесен защитный слой, не имеющий адгезии к керамике покрытия 11.

Целесообразно, чтобы ширина кольца 3 была выбрана с учетом требуемой базы керамического покрытия на разрыв, а радиус кольца 3 выступал на толщину наносимого подслоя 10.

Затем производят сборку устройства, размещая ответный цилиндрический выступ 5, через отверстие кольца 3 в полости 4. Закрепляют болтом 8 и гайкой 9.

На рабочую поверхность собранного образца наносится исследуемый керамический слой покрытия 11 и снимают болт 8 и гайку 9.

На полученный цилиндрический образец с покрытием приваривают термопару 12 в нерабочей зоне, с помощью отверстий 6 под захваты устройство центрируют и закрепляют на разрывной машине, производят разогрев до необходимой температуры, например, в радиационной печи, прикладывают растягивающую нагрузку вдоль покрытия, регистрируют предельную разрушающую силу и записывают диаграмму деформирования покрытия, по которой стандартными методами определяют механические характеристики керамического слоя покрытия.

Предлагаемое изобретение позволяет получить истинные значения механических характеристик промежуточного и внешнего керамического слоев, а также многослойного теплозащитного покрытия в целом при эксплуатационных температурах для достоверного прогнозирования ресурса ТЗП на деталях машин.

Устройство может быть использовано для определения механических характеристик тонких покрытий, например керамических, теплозащитных покрытий, многослойных теплозащитных покрытий, применяемых в термонапряженных деталях машин, преимущественно в авиакосмической технике.

1. Устройство для формирования и испытания образцов тонких керамических, теплозащитных покрытий на механическую прочность при тепловых нагрузках, отличающееся тем, что представляет собой предназначенный для размещения в нагрузочном устройстве разъемный узел, содержащий две цилиндрические и кольцевую детали, внешняя поверхность которых предназначена для нанесения, по меньшей мере, одного слоя тонкого покрытия и формирования образца, одна из цилиндрических деталей имеет по оси цилиндрическую полость, а другая ответный цилиндрический выступ, размещаемый через отверстие кольца в полости и соединяющий детали, при этом внешняя поверхность цилиндрических деталей имеет адгезию, а поверхность кольца - без адгезии с наносимыми на них покрытиями, и служат, соответственно, для формирования образца в виде соединительного слоя и/или безадгезионного тонкого покрытия.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что внешняя поверхность цилиндрических деталей покрыта, по меньшей мере, одним, имеющим адгезию к покрытию, соединительным металлическим подслоем, а внешняя поверхность соединенных деталей покрыта тонким керамическим теплозащитным покрытием.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что внутренние поверхности деталей для исключения влияния трения на прикладываемую нагрузку обработаны по посадке скольжения.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что цилиндрические детали имеют в концах сквозные отверстия для крепления узла в нагрузочном устройстве.

5. Устройство по п. 1 отличающееся тем, что все детали имеют сквозные осевые отверстия под единый болт, предназначенный для временной дополнительной фиксации деталей при нанесении покрытий.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к методам определения механических характеристик диэлектрических материалов с учетом условий их применения. Сущность способа заключается в определении предела прочности при растяжении стандартных образцов при высокоинтенсивном индукционном нагреве промежуточного металлического нагревательного элемента, имеющего тепловой контакт с испытываемым образцом.

Изобретение относится к испытаниям механических свойств металлов и сплавов и может быть использовано для оценки критической температуры хрупкости металла элементов нефтегазового оборудования при эксплуатации в сероводородсодержащих средах, вызывающих охрупчивание металла.

Изобретение относится к средствам испытаний образцов при сложном нагружении и может быть использовано совместно со стендами для исследования энергообмена при деформировании и разрушении твердых тел.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытания образцов материалов на прочность. Сущность: установка содержит основание (1), на котором установлены захваты (2, 3) для образца (4), нагружатель (5), связанный с захватами (2, 3), приспособление для нагрева в виде теплопроводного кольца (6) для закрепления на поверхности образца (4), фрикционный элемент (7), предназначенный для взаимодействия с наружной поверхностью кольца (6), приспособление для поджатия фрикционного элемента (7) к кольцу (6) с упругим элементом (8) и регулятором (9) деформации упругого элемента (8), приспособление для перемещения фрикционного элемента (7) относительно кольца (6) с платформой (10) и приводом (11) вращения с валом (12).

Изобретение относится к средствам испытаний образцов материалов при сложном нагружении и может быть использовано совместно со стендами для исследования энергообмена при деформировании и разрушении твердых тел.

Изобретение относится к механическим и теплофизическим испытаниям и может быть использовано в процессе испытаний токопроводящих материалов. Заявлена установка для механических и теплофизических испытаний образца из токопроводящего материала при импульсном нагреве, содержащая рабочую вакуумную камеру с токоподводами, цанговыми зажимами для крепления образца, регистрирующую аппаратуру, нагружающий элемент, динамометр.

Изобретение относится к средствам испытаний образцов материалов при сложном нагружении и может быть использовано совместно со стендами для исследования энергообмена при деформировании и разрушении твердых тел.

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано для проведения механических испытаний материала, в частности испытаний на растяжение и ползучесть образцов в канале ядерного реактора.

Группа изобретений относится к испытательной технике и может быть использована для динамических испытаний режущей проволоки на разрыв. Согласно изобретению, способ динамических испытаний режущей проволоки включает ее растяжение в испытательной установке, при этом растяжение проводят путем протягивания проволоки через зону температурного нагрева с заданными значениями температуры и усилия натяжения.

Использование: для определения склонности материала к образованию трещин при повторном нагревании. Сущность заключается в том, что выполняют измерение длины образца; приложение к образцу первого напряжения для достижения заданного удлинения образца; осуществление заданной термообработки образца; приложение к образцу второго напряжения до его разрушения по меньшей мере на две различные части и определение склонности разрушенного образца к образованию трещин при повторном нагревании.

Группа изобретений относится к приготовлению препаратов прикрепляющихся или неприкрепляющихся клеток и/или частиц, содержащихся в жидкости. Ячейка (10) для приготовления указанных препаратов содержит накопительную камеру (20) для хранения жидкости в накопительной камере в подвешенном состоянии против силы тяжести, действующей на жидкость, только за счет сил сцепления и/или поверхностного натяжения.

Изобретение относится к измерению общего содержания газа в нетрадиционных коллекторских породах, таких как нетрадиционные газоносные пласты-коллекторы, которые могут встречаться в осадочных породах, вулканических или метаморфических породах.

Изобретение относится к способу идентификации живых и мертвых организмов мезозоопланктона в морских пробах, который включает отбор пробы, крашение организмов соответствующими красителями, визуальную оценку интенсивности окраски особей под микроскопом, которую выполняют одновременно с микрофотосъемкой организмов, используя настройки фотокамеры в ручном режиме, сохраняя эти настройки неизменными на протяжении фотосъемки по крайней мере одной пробы, после чего в полученных изображениях, применяя редактор растровой графики, например программный пакет Adobe Photoshop, измеряют средние для каждой особи цветовые и яркостные характеристики и относят особи к классу живых или мертвых, осуществляя дискриминантный анализ измеренных цифровых величин. .
Изобретение относится к области ветеринарии, в частности к способу отбора биологического материала для диагностики лептоспироза у диких животных. Способ включает сбор мочи после естественного мочеиспускания животного в стерильную емкость.

Изобретение относится к механическим испытаниям на растяжение хрупких образцов из композиционных материалов и предназначено для авиастроения, судостроения, машиностроения, атомной энергетики.

Изобретение относится к способу сбора и обработки данных геохимической разведки, представляющему собой градиентный способ геохимической разведки. Способ включает получение в каждой точке отбора набора проб поочередным отбором проб почвы и проб газа с интервалом 0,5-1 м вниз от поверхности земли.

Группа изобретений относится к способу восстановления антигена в образце ткани, фиксированной формальдегидом, и к набору, использующемуся в данном способе. Способ включает инкубирование образца ткани, фиксированной формальдегидом, в первом растворе для восстановления антигена при температуре выше 90°C.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности, к технологии изготовления изделий из композиционных материалов, а именно, тел вращения с радиальными складками материала, и может найти применение при контроле качества изготовления крупногабаритных деталей из композиционных материалов.

Изобретение относится к устройству травления поверхности для металлографического анализа образцов. Устройство включает ячейку для протравливания и средства, изолирующие протравливаемую зону от окружающих областей поверхности.
Группа изобретений относится к отбору проб, в частности к способу и устройству получения образцов для исследования и взятия проб в жидком или текучем состоянии в условиях невесомости.
Раскрыты раствор для предварительной обработки для иммуногистохимического окрашивания, который элюирует содержащую парафин заливочную среду с предметного стекла с образцом ткани, залитым в среду, и извлекает антигенность образца ткани, и который можно использовать три или более раз, и концентрат раствора для предварительной обработки для иммуногистохимического окрашивания, который обеспечивает возможность легкого получения раствора для предварительной обработки. Раствор для предварительной обработки для иммуногистохимического окрашивания содержит извлекающий антигены агент, определенные неионные поверхностно-активные вещества в заданном диапазоне и циклодекстрин или его производное в определенном количестве, причем остальную часть составляет не менее чем 80% воды. Содержание извлекающего антигены агента таково, что pH раствора для предварительной обработки находится в заданном диапазоне, и содержание циклодекстрина или его производного представляет собой заданное количество. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 5 табл., 11 пр.
Наверх