Образец для определения адгезионной прочности

(71) Белорусский институт инженеров железнодорожного транспорта, Институт механики металлополимерных систем АНБССР и Гомельский политехнический институт(54) ОБРАЗЕЦ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АДГЕЗИОННОЙ ПРОЧНОСТИ(57) Изобретение относится к испытательной технике для оценки адгезионной прочности покрытия с субстратом, Цель изобрея к испытательк образцам для прочности соедиЦелсти опрповышеобразца,На фиг.1 изображен вари ния образца с постоянной шир виде пластин, но переменной крытия; на фиг.2 - образец с шириной слоев в виде пластин шириной покрытия; на фиг.З переменной шириной слоев в равного диаметра с покрытие ширины; на фиг.4 - то же, ви фиг,5 - образец со слоями в однородной цилиндрической и ь изобретения - повышение точноеделения адгезионной прочности и ние технологичности изготовления ОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИРИ ГКНТ СССР Изобретение относит ной технике, в частности определения адгезионной нений,ант выполнеиной слоев в шириной по- переменной И ПОСтоЯНнОЙ - образец свиде колец М ПОСТОЯННОЙ д сверху; на виде витков ружины растения - повышение точности определения адгезионной прочности и технологичности изготовления образца, Для этого используют поверхность подложки с заданным законом деформации ее отдельных участков, адгезионное взаимодействие которых с покрытием монотонно возрастает от краев подложки к ее середине, Разрушение системы осуществляют последовательно, по крайней мере на двух этих участках, Образец содержит подложку выполненную в виде системы по меньшей мере из трех последовательно размещенных и кинематически связанных между собой элементов, с поверхностью, на которой закреплено покрытие, параллельной направлению деформации сдвига, 1 э.п, ф-лы, 7 ил,тяжения, у которых толщина постоянна, а покрытие имеет толщину, убывающую по длине; на фиг,6 - то же. вид сверху; на фиг.7 - типичная диаграмма "Напряжение - деформация" испытания вариантов образцов.Образец для определения адгезионной прочности покрытия на сдвиг содержит подложку из плотно соединенных между собой нескольких слоев 1 в виде пластин (фиг,1 и 2) или колец одинакового диаметра (фиг.З и 4) и покрытие 2, нанесенное на рабочую поверхность подложки (фиг.1 и 3). Пластины (кольца) кинематически связаны между собой посредством упругих элементов 3 (на фиг,1 и 2 показаны условно, а на фиг.З не показаны), благодаря которым достигается возможность взаимного смещения слоев относительно общей оси, совпадающей с направлением реализуемого сдвига, 163508110 В одном иэ вариантов образца (фиг,1) слои (пластины или кольца) имеют одинаковую ширину 1(11= 1 г 1), а ширина Ь покрытия 2 изменяется, например монотонно увеличивается. В другом варианте (фиг.2 и 3) ширинаслоев (пластин или колец) изменяется (1 г1), а ширина Ь покрытия постоянна. В наиболее предпочтительном варианте (фиг.5) подложка представляет собой однородную цилиндрическую пружину растяжения, витки которой выполняют роль слоев, а наружная боковая поверхность - рабочую поверхность подложки, на которую наносится покрытие 2. Крайние слои могут иметь средства для фиксации образца в зажимах разрывной машины (не показаны),Образец работает следующим образом, Сначала образец с помощью захватов фиксируют в зажимах разрывной машины, подвергают нагружению при растяжении и определяют характеристики упругих элементов 3, связывающих слои 1 между собой (кривая 2 на фиг,7), Затем образец извлекают из зажимов и на образованную поверхностями слоев рабочую поверхность образца (фиг.1 и 2) наносят в строго заданных условиях покрытие 2, При этом ширину Ь покрытия 2 по длине образца изменяют так, чтобы площадь адгезионного контакта со слоями менялась по длине покрытия, Далее образец фиксируют с помощью захватов в зажимах разрывной машины повторно и подвергают его одноосному растяжению. При этом поверхности слоев смещаются упруго одна относительно другой, Диаг рамму "Напряжение - деформация" (фиг.7) в процессе нагружения образца при растяжении записывают регистрирующим прибором, и на основании полученных данных производят расчет адгезионной прочности, Так как один из крайних слоев подложки имеет самую малую площадь адгеэион ного контакта, то разрушение на нем происходит в первую очередь, что соответствует регистрации на диаграмме (фиг,7, кривая 2) первого пика, Далее по мере увеличения напряжения сдвига идет последовательное разрушение адгеэионных соединений с покрытием других слоев с соответствующим отражением процесса на диаграмме "Растяжение - деформация", Если 5 - площадь адгезионного покрытия с рабочей повехностью подложки, тоО = (Гь - Гц)/Ьгде Г 2,1 - Г 1, - разность усилий обрыва, регистрируемых до разрушения и после разрушения -го слоя. 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Регулирование величины адгезионного взаимодействия слоев поверхности подложки с покрытием может быть осуществлено не только изменением ширины покрытия, но и путем изменения ширины слоев,например, по линейному закону. В случае,когда ширина покрытия линейно изменяется, расчет адгезионной прочности на сдвиг осуществляется с помощью выражения Оа = 2 (Г 2 Г 1)/11 (Ь 1,( + Ь 2,1)где Ь 1 и Ь 2 - ширина покрытия на краях-го слоя (пластины, кольца),1 - ширина 1-го слоя,Если подложка состоит из Й слоев, то число измерений (7, полученных с помощью одного образца, составляет(М - 1), что существенно повышает производительность, При этом проведение большего числа измерений на одном образце наряду с повышением производительности позволяет исключить погрешность, вносимую различием технологии формирования нескольких образцов, использование которых необходимо для получения такого же обьема информации, Это обуславливает повышение точности измерений, при котором на одном и том же образце можно получить несколько значений прочности в отдельных выбранных участках поверхности, что значительно повышает информативность испытания.П р и м е р. Проводят определение адгезионной прочности покрытия иэ модифицирован ного пента пласта (П НТ) на по верх- ности стали, Образец для проведения испытания представляет собой однородную цилиндрическую пружину иэ стали, внешний диаметр которой 12,5 мм, а длина рабочей части (1) 50 мм, Пружину изготовляют из проволоки ф 2,5 мм, после намотки которой на стержень ф 10 мм проводят закалку и последующую обработку, цель которой - придание наружной поверхности пружины шероховатости заданной степени. При определении прочности покрытия ПНТ на меди стальную пружину покрывают в вакууме методом термического испарения слоем меди (толщина покрытия 0,5-1 мкм).На наружную боковую поверхность цилиндрической пружины наносят покрытие ПНТ толщиной 500 мкм и линеино убывающей шириной, С одного края ширина образца (Ь) равна 1,2 мм, с другого конца образца (Ь 2) - 5,5 мм, Для исключения перекоса пружины покрытия наносят симметрично относительно оси пружины, количество покрытий - 4(фиг.3 и 5). Сформированный образец закрепляют в разрывной машине 7 М. Испытание проводят при постояной скоростидеформации. Диаграмма "Напряжение-деформация" регистрируется автоматически,При этом утолщения покрытия исключаютего когезионное разрушение при испытании. Расчет адгезионной прочности покрытия проводят с помощью формулыОа = 2 (Г 2 - Г 1)/и(Ь 1,1+ Ь 2,1) )где Г 1 и Г 2 - параметры диаграммы (фиг.З);и - число покрытий (в нашем случае и == 4). 10С помощью данного образца за одноиспытание, проведенное за 8,5 мин, получают 20 значений о, изменяющихся для пентопласта в пределах 23,6 - 29,4 Н/м. Врезультате обработки данных среднее значение О равно 25,8 Н/м, дисперсия распределения - 1,6 Н/м .2Проводят сравнительный анализ полученных результатов и данных испытаний адгезионной прочности тех же материалов с 20помощью известного образца. Для получения двадцати значений адгезионной прочности необходимо затратить 2 ч 50 мин, Ихобработка позволяет получить следующиезначения: средняя адгезионная прочность 25(гт) составляет 25,1 Н/м; дисперсия у -2,4,1 Н/м. Из приведенных данных следует, что предлагаемый образец для определения адгезионной прочности покрытий на сдвиг в сравнении с известным позволяет повысить точность (дисперсия распределения значений меньше), производительность (время испытания уменьшено в 20 раз) и информативность испытаний (реализуется воэможность разрушения соединения в заданном участке).Формула изобретения 1. Образец для определения адгеэионной прочности, выполненный в виде покрытия с подложкой, содержащей отдельные слои с различными физико-механическими свойствами и перпендикулярные плоскости соединения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, слои установлены с возможностью упругого смещения относительно оси, параллельной плоскости соединения, а их количество составляет не меньше трех,2. Образец по п,1, от л и ч а ю щи й с я тем, что, с целью повышения технологичности изготовления, слои представляют собой витки цилиндрической пружины растяжения,1635081 опия Фиг Редактор М.Петров ректор С,Шевку каэ 751 Тираж 386 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Проиэводственно-иэдательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул Гагарина Составитель Н,ВартановТехред М,Моргентал 1 г