Способ оценки адгезионной прочности порошковых металлических покрытий со стальной поверхностью



Способ оценки адгезионной прочности порошковых металлических покрытий со стальной поверхностью
Способ оценки адгезионной прочности порошковых металлических покрытий со стальной поверхностью

 


Владельцы патента RU 2571308:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) (RU)

Изобретение относится в способам оценки прочности сцепления металлических покрытий с основой из металлов и сплавов и может быть использовано в различных отраслях машиностроения, где применяются газотермический и газодинамический методы нанесения покрытий для придания поверхности повышенных физико-механических характеристик. Способ оценки адгезионной прочности порошковых металлических покрытий со стальной поверхностью заключается в нанесении покрытия на металлическую подложку и отрыве покрытия от подложки, определения максимальной нагрузки, необходимой для отрыва слоя покрытия, и по ее величине вычисления значения адгезии. Причем в качестве подложки используют цилиндрический образец, на образующую поверхность которого наносят покрытие в виде кольцевого пояска. Затем производят механическую обработку торцов покрытия на образце до получения опорных площадок с последующей обработкой одного из торцов покрытия путем снятием внутренней фаски размером 0,5×45°. Далее устанавливают образец в матрицу с цилиндрическим отверстием, так, чтобы обработанный торец покрытия с фаской был обращен в сторону отверстия в матрице. При этом отрыв покрытия от подложки осуществляют путем продавливания цилиндрического образца сквозь цилиндрическое отверстие в матрице. Техническим результатом является упрощение оценки прочности сцепления наносимых металлических покрытий с основой и тем самым повышение надежности и ресурса машиностроительной продукции. 1 ил., 3 табл.

 

Изобретение относится к методам оценки адгезии металлических порошковых покрытий для изделий, изготовленных из металлов и сплавов, которое может быть использовано в различных отраслях машиностроения для повышения качества и надежности продукции при использовании газотермического и газодинамического методов нанесения покрытий различного назначения.

Известен способ оценки адгезионной прочности порошковых металлических покрытий со стальной поверхностью, заключающийся в нанесении покрытия на металлическую подложку и отрыве покрытия от подложки, определения максимальной нагрузки, необходимой для отрыва слоя покрытия, и по ее величине вычисления значения адгезии (см. патент РФ №2309397, МПК G01N 19/04, 2006 г.),

Способ заключается в изготовлении образца в виде подложки и нанесенного на нее исследуемого газотермического покрытия. Для определения адгезионной прочности осуществляют разрыв образца в разрывной машине, в которой обеспечивается высокий уровень соосности между нагружающими элементами.

Недостатками данного способа является сложность изготовления оснастки для каждого образца, необходимость проведения токарной обработки оснастки в сборе после нанесения покрытия, высокие требования к соосности элементов разрывной машины, что существенно усложняет оценку адгезионной прочности газотермических покрытий.

Задачей заявляемого решения является упрощение оценки прочности сцепления наносимых металлических покрытий с основой.

Технический результат достигается тем, что в способе оценки адгезионной прочности порошковых металлических покрытий со стальной поверхностью, заключающемся в нанесении покрытия на металлическую подложку и отрыве покрытия от подложки, определения максимальной нагрузки необходимой для отрыва слоя покрытия и по ее величине вычисления значения адгезии, в качестве подложки используют цилиндрический образец, на образующую поверхность которого наносят покрытие в виде кольцевого пояска, производят механическую обработку торцов покрытия на образце до получения опорных площадок, с последующей обработкой одного из торцов покрытия путем снятием внутренней фаски размером 0,5×45°, устанавливают образец в матрицу с цилиндрическим отверстием так, чтобы обработанный торец покрытия с фаской был обращен в сторону отверстия в матрице, а отрыв покрытия от подложки осуществляют путем продавливания цилиндрического образца сквозь цилиндрическое отверстие в матрице.

Под воздействием касательных напряжений происходят отслаивание и отрыв покрытия от поверхности образца.

Способ иллюстрируют примером выполнения.

На цилиндрические образцы из стали 45 методом газодинамического напыления было нанесено покрытие шириной 12×10-3 м и толщиной 2,5×10-3 при температуре 450°С, скорости перемещения распылителя относительно поверхности 10-2 м/с и расстоянии от среза сопла до поверхности 10-2 м. Нанесенное покрытие было обработано с поверхности до толщины 1,5×10-3 м и торцов до ширины кольца 10 и 10,5×10-3 м.

На фиг. 1 представлена схема испытания образцов.

Согласно изобретению цилиндрический образец 1 с нанесенным на него в виде кольцевого пояска покрытием 2 вставляется в матрицу 3 и продавливается через нее при приложении нагрузки.

На торцевой стороне покрытия шириной 10,5×10-6 вытачивалась внутренняя фаска 0,5×45°;

Испытания нанесенного покрытия проводились на универсальной сервогидравлической испытательной машине фирмы «SHIMADZU» с максимальной нагрузкой 50 кН при постоянной скорости движения актюатора 8×10-6 м/сек с регистрацией данных в координатах нагрузка - перемещение. Предел прочности τ сцепления нанесенного слоя с основным металлом (подложкой) вычисляется по формуле:

где Pmax - максимальная нагрузка, предшествующая разрушению - отрыву пояска (слоя) покрытия, Н; h - ширина пояска, м; D - диаметр образца, м.

Для испытаний на адгезию использовали три варианта изготовления образцов и матрицы (фиг. 1А, Б, В), представленных в таблице 1.

Таблица 1
Варианты испытания Изменение в форме кольца (покрытия) Изменение в форме оснастки
1 (рис. 1А) нет нет
2 (рис. 1Б) Фаска на торцевой поверхности покрытия (кольца) 0,5×45°. нет
3 (рис. 1В) нет Фаска на матрице 0,5×45°.

Размер фаски 0,5×45° был выбран после анализа геометрии торцевой поверхности покрытия в месте перехода от покрытия к образцу после обработки различными режущими инструментами, который показал, что максимальный радиус закругления составляет 0,5×10-3 при обработке шлифованием.

Результаты испытания на адгезию покрытия меди представлены в таблице 2.

Как видно из таблицы, при испытании образцов без изменения в форме образца или матрицы происходят разрушение (трещина) и срез части (до 15%) нанесенного покрытия до его отрыва от поверхности, из-за чего нагрузка и адгезия имеют завышенные значения (вариант 1).

Таблица 2
Варианты испытания Максимальная нагрузка при смещении слоя (ср.), Н Адгезия (ср.), МПа Состояние кольца после отрыва
1 (рис. 1А) 33596 45 Разрушение покрытия
2 (рис. 1Б) 32168 42 Отсутствие повреждений
3 (рис. 1В) 31920 42 Разрушение покрытия

При испытании образцов по вариантам 2 и 3 на поверхности образца не выявлено участка с пластическим деформированием покрытия, что свидетельствует об отсутствии попадания покрытия в зазор между образом и матрицей и при этом снизилась максимальная нагрузка отрыва и величина адгезии.

В варианте 3 произошло разрушение покрытия (трещина) у большинства образцов, что затрудняет интерпретацию полученных результатов.

Распределение напряжений на опорной поверхности кольца представлено в таблице 3.

Расчет напряжений в деформируемом покрытии (пояске) при испытаниях по варианту 2 и 3 показал следующее (табл. 3):

- на опорной поверхности напыленного кольца с фаской (вариант 2, рис. 1Б) ближе к краю формируются радиальные напряжения сжатия (>-100 МПа), которые не позволяют покрытию разрушиться под воздействием напряжений растяжения, которые образуются ближе к образцу (>100 МПа);

- при испытании образца в паре с матрицей (вариант 3, рис. 1В), на которой сформирована фаска, радиальные напряжения сжатия значительно меньше (-77,8 МПа) и не компенсируют радиальные напряжения растяжения (>100 МПа), в результате чего происходит разрушения кольца.

Таблица 3
Тип напряжений Варианты испытания (тип образца)
Вариант 3 (рис. 1В) Вариант 2 (рис. 1Б)
Радиальные, МПа -55,6 -77,8 >100 -33,3 >-100 >100
Окружные, МПа 11,1 >-100 >100 55,6 >-100 >100

Таким образом, предложенный способ позволяет упростить оценку прочности сцепления наносимого покрытия с основой из металлов и сплавов и получить достоверные результаты.

Способ оценки адгезионной прочности порошковых металлических покрытий со стальной поверхностью, заключающийся в нанесении покрытия на металлическую подложку и отрыве покрытия от подложки, определения максимальной нагрузки, необходимой для отрыва слоя покрытия, и по ее величине вычисления значения адгезии, отличающийся тем, что в качестве подложки используют цилиндрический образец, на образующую поверхность которого наносят покрытие в виде кольцевого пояска, производят механическую обработку торцов покрытия на образце до получения опорных площадок с последующей обработкой одного из торцов покрытия путем снятием внутренней фаски размером 0,5×45°, устанавливают образец в матрицу с цилиндрическим отверстием так, чтобы обработанный торец покрытия с фаской был обращен в сторону отверстия в матрице, а отрыв покрытия от подложки осуществляют путем продавливания цилиндрического образца сквозь цилиндрическое отверстие в матрице.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к конструкции прибора, предназначенного для количественного определения липкости препрега, представляющего собой композиционный материал, полученный путем пропитки армирующей волокнистой основы равномерно распределенными полимерными связующими.

Изобретение относится к исследованиям механических свойств покрытий, а именно к способам определения прочности сцепления покрытий с подложкой. Способ определения прочности сцепления покрытия с кремниевой подложкой заключается в том, что покрытие с внешним серебряным слоем соединяют с деталями оснастки разрывной машины и разрывают покрытие.

Изобретение относится к способу и устройству для определения адгезионной прочности теплозащитных покрытий для образцов. Для определения адгезионной прочности теплозащитного покрытия на сдвиг на подложку, выполненную в виде наружных поверхностей двух соосно установленных с поджатием по стыку цилиндров, наносят покрытие в форме кольца, перекрывающего их стык.

Изобретение относится к устройствам для измерения показателей фрикционных и адгезионных свойств фильтрационной корки и может найти свое применение в нефтегазовой отрасли.
Изобретение относится к исследованиям механических свойств покрытий, а именно к способам определения прочности сцепления покрытия с основой. Технический результат достигается тем, что на основу наносят покрытие в виде «сидячей» капли, прикладывают к нему усилие и по величине разрушающей нагрузки определяют адгезионную прочность сцепления как отношение разрушающей нагрузки к площади отрыва покрытия, при этом на локальном участке покрытия формируют «сидячую» каплю из припоя с впаянной в нее гибкой тягой, а усилие на отрыв или на срез прикладывают к гибкой тяге, после отрыва «сидячей» капли с покрытием от основы оценивают площадь отрыва покрытия.

Изобретение относится к исследованиям механических свойств покрытий, а именно к способам определения прочности сцепления покрытия с основой. Технический результат достигается тем, что на основу наносят покрытие, прикладывают к нему усилие и по величине разрушающей нагрузки определяют адгезионную прочность сцепления как отношение разрушающей нагрузки к площади отрыва покрытия, при этом перед нанесением покрытия к поверхности основы прижимают толкатель, после нанесения покрытия снимают усилие прижима толкателя к поверхности основы, не оказывая, при этом, механического воздействия на покрытие, и прикладывают к толкателю усилие на отрыв, одновременно измеряя величину приложенного усилия, а после испытания толкатель меняют на новый.

Способ измерения адгезии льда на сдвиг к другим материалам относится к области исследования адгезионной прочности льда к различным материалам и может использоваться при создании антиобледенительных материалов.

Изобретение относится к области проведения испытаний по оценке прочности клеевого соединения материалов в ракетной технике. Предлагаемый способ определения прочности клеевого соединения резиноподобного покрытия с основой из твердого ракетного топлива включает использование двух жестких элементов, обеспечивающих приложение растягивающей нагрузки, один из которых приводят в контакт с покрытием посредством клея, адгезия которого к покрытию заведомо больше адгезии исследуемого клеевого соединения покрытия к основе, а второй подвергают взаимодействию с основой.

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к способу определения адгезионной прочности скрепления бронепокрытия с зарядом твердого ракетного топлива. Способ включает изготовление от забронированного натурного заряда или его «спутника» «образца-диска» с центральным отверстием, выполнение по образующей диска путем нарезания фрезой параллельных прорезей рабочих площадок, равномерно распределенных по забронированной поверхности, приклеивание к ним державок для приложения отрывной нагрузки и испытание «образца-диска» на разрывной машине.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам для определения адгезионной и когезионной прочности сцепления в продольных слоях газотермических покрытий.

Изобретение относится к процессам обработки металлов давлением и определения адгезионной составляющей силы трения. Способ определения оценки эффективности смазочных материалов с учетом величины силы выталкивания заготовки из полости матрицы заключается в измерении сил выдавливания и выталкивания образца с нанесенным на него эталонным и исследуемым смазочным материалом. И расчетным путем определяется эффективность смазочного материала. Техническим результатом является оценка экранирующей способности смазочных материалов. 4 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области испытания материалов. Отличительной особенностью заявленного способа определения адгезии пленки является то, что наблюдают за образованием купола в ходе процесса подачи равномерного внутреннего давления, форму основания (контура отрыва) купола принимают как эллиптическую с учетом анизотропных особенностей адгезива и анизотропии материала пленки, проводят измерение текущей высоты подъема купола и текущих размеров большой и малой полуосей основания купола, определяют механическое напряжение отрыва по формуле, по вычисленным значениям механического напряжения отрыва судят об адгезионных свойствах пленки к подложке. Техническим результатом является повышение точности определения параметров адгезии. 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области ракетной и измерительной техники и может быть использовано при выходном контроле на предприятии-изготовителе корпуса ракетного двигателя и входном контроле на предприятии-изготовителе твердотопливного заряда. Сущность: осуществляют зондирование контролируемой зоны сигналами ультразвуковых колебаний, регистрацию прошедших через указанную зону ультразвуковых колебаний, по параметрам которых судят о качестве адгезионного соединения в контролируемой зоне. При этом предварительно последовательно в каждую из зон манжетного раскрепления, смещенных относительно друг друга на 45-60°, вводят силовой элемент, посредством которого осуществляют перемещение каждой зоны раскрепляющей манжеты, примыкающей к вершине замка манжетного раскрепления, путем приложения нагрузки, обеспечивающей моделирование силового воздействия заряда на контролируемую зону. Технический результат: обеспечение достоверного определения состояния контролируемой зоны. 5 ил.

Изобретение относится к области исследования материалов, а именно к устройствам для испытания смазок/масел жидких или полужидких составов. Знание адгезионных характеристик и качеств таких видов смазочных сред является весьма важным для различных двигателей, систем смазывания механического оборудования, космических систем и ответственных подвижных узлов специальной техники, работающих в условиях сильно изменяющихся температур как положительных, так и отрицательных. Устройство контроля адгезии жидких смазочных материалов содержит привод вращения образца с тестируемой смазкой, типовые приборы контроля температуры, скорости вращения вала мотора и весы. Причем с целью контроля адгезионных свойств легко текучих смазочных материалов не только в обычных условиях температур, но и при более высоких или низких, в качестве тестируемого образца содержит горизонтально расположенную тарелку, в которой находится контролируемый смазочный материал (масло/смазка). При этом тарелка по своему наружному краю имеет кольцевой буртик высотой не более двух миллиметров, поверхность которого полого наклонена к дну тарелки в сторону центра. Техническим результатом является создание устройства/прибора для контроля адгезионных свойств легкотекучих смазочных материалов не только в обычных условиях температур, но и при более высоких или низких. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области контроля и диагностики совокупности эксплуатационных свойств износостойких покрытий, связанных, прежде всего, с твердостью, адгезионной прочностью, износостойкостью, и может быть использовано в машиностроении, судостроении и других отраслях, а также для покрытий, находящихся в условиях циклического нагружения, связанных, прежде всего, с эрозионной стойкостью поверхности. Сущность: осуществляют воздействие индентором на образец с износостойкими покрытиями деформирующей нагрузкой до разрушения покрытия и оценивают результаты воздействия. Воздействие осуществляют с помощью высокоскоростной струи жидкости, используемой в качестве индентора, со скоростью 300…1000 м/с на образцы, предварительно прошедшие циклическое нагружение, имеющее волновой нестационарный характер, а оценивают результаты воздействия по скорости струи, при которой начинается интенсивное разрушение покрытия или по скорости подачи сопловой головки относительно поверхности диагностируемого образца или изделия, при которой начинается интенсивное разрушение покрытия, или по длине гидрокаверны от точки начала воздействия до точки полного разрушения покрытия или по глубине и ширине гидрокаверны. Технический результат: расширение возможностей контроля и диагностики устойчивости покрытия к действию внешних нагрузок для определения остаточного ресурса покрытий на образцах. 5 ил.
Наверх