Способ определения остаточных напряжений при травлении

(56) Авторское свидейг 1180675, кл, 6 01 ый инсти ко, В ра тельство СС В 5/30, 198 ОСТАТОЧЕНИИмерительмеритель овано для ний в по х травле ие точноурных дерная схепособ; на зменения бразца и процессе м временвления . об Остаточные образцах, выре детали, Образе ванна 2 с электр из свинца и ис образуют элект напряжения опред аемых из контролиц 1, ЯвлЯющийсЯолитом 3, катод 4 - и очник постоянногоохимическую ячейк ляют в руе мой нодом, астина тока 5 у, обесГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР СКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ 4) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИ ЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ ТРА 7) Изобретение относится к Изобретение относится к из ной технике и может быть использ определения остаточных напряже верхностных слоях образцов при и нии.Цель изобретения - повышен сти за счет устранения температ формаций образца,На фиг. 1 изображена структу ма устройства, реализующего с фиг. 2 - временные диаграммы и температуры Т 1 исследуемого о температуры Т 2 электролита в травления и соответствующая и ная диаграмма включения тока тра пособ осуществляют следующ ной технике и может быть использовано для определения остаточных напряжений в поверхностных слоях деталей после различных технологических процессов. Изобретение позволяет повысить точность измерения остаточных напряжений в образцах при травлении. Способ реализуется путем травления образца в ванне с электролитом в электрохимической ячейке. обеспечивающей послойное удаление поверхностных слоев образца. чередующегося паузами, вЬ время которых измеряют температуру образца и электролита 3, а в момент их равенства измеряют деформацию, 2 ил. печивающую послоиное удаление поверхностных слоев образца электрохимическим травлением. Для осуществления этого процесса образец 1 укрепляют в ванне 2 с электролитом 3 с помощью приспособления-захвата 6, В ходе процесса определения остаточных напряжений непрерывно измеряют деформацию 1 и температуру Т 1 образца 1, а также температуру электролита Т 2. Для определения остаточных напряжений в образцах в виде полосок или колец используются зависимости, из которых следует, что остаточные напряжения являются функцией приращения деформаций образца по толщине удаленного(стравленного) слоя, т,е,01О= Р д - ),Толщина стравленного слоя а виа)процессе травления не измеряется, а определяется расчетом по закону Фарадея в предположении, что скорость травления поверхностных слоев образца постоянна. Это условие обеспечивается выбором и поддержанием режимов процесса электрохимического травления и, в первую очередь, токатравления . В процессе электрохимического травления происходит нагрев образца, Наиболее интенсивный в начальный момент после включения тока травления. Нагрев образца даже на несколько градусов по сравнению с исходной, до травления, температурой вызывает его температурные деформации, которые, если их не учесть, суммируются с деформациями от снятия слоев с остаточными напряжениями, что искажает точность определения остаточных напряжений. Для устранения температурных деформаций в течение всего процесса измеряют температуру Т 1 образца и температуру Т 2 электролита, а интервалы й травления чередуют паузами, во время которых образец остывает до температуры электролита, и в момент равенства температур образца и электролита измеряют деформацию образца. При включении тока травленияв течение весьма короткого времени (5 - 10 с) происходит нагрев образца на несколько градусов (2 - 7 С), а затем его дальнейший нагрев существенно менее интенсивен. Электролит же прогревается значительно медленнее (0,5-2 С за 10-15 мин процесса электрохимического травления), Температура Т 1 нагрева образца и температура Т 2 электролита зависят в первую очередь от плотности тока травления, состава и обьема электролита. Обычно интервал травления Ж имеет длительность ЗО - 120 с. за это время в зависимости от материала образца, состава электролита и режима травления стравливается слой а толщиной 2 - 10 мкм, При выключении источника тока температура Т 1 образца снижае 1- ся и через некоторое время (обычно 60 - 120 с) становится равной температуре электролита Т 2, Несмотря на то, чтодеформация образца измеряется непрерывно, в вычислительное устройство .вводится только ее значение, соответствующее моменту достижения равенства температур Т 1=Т 2. Это значение деформации используется для расчета остаточных напряжений. После паузы; в течение которой образец остывает и тем самым устраняются температурные деформации, вновь включается источник тока и осуществляется дальнейшее травление образца. Обычно длительность второго и последующих интервалов Ь: травления выбирается равной длительности первого интервала. Вновь при травлении образец нагревает и через 30 - 120 с процесс прерывается паузой, которая длится до достижения равенства температур Т=Т 2, и в этот момент в вычислительное устройство вводится соответствующее значение деформации образца, В такой последовательностиосуществляется способ и далее, Интервалый электрохимического травления, за времякоторых стравливается поверхностный слойБ образца определенной толщины а и приэтом он претерпевает деформации за счетудаления слоя с остаточными напряжениями и нагрева, сопровождающего травления,чередуются с паузами, во время которых10 при остывании до температуры электролитаустраняются температурные деформацииобразца, В конце каждой паузы в моментравенства температур образца и электролита измеряемая деформация образца ис 15 пользуется для расчета остаточныхнапряжений.Данный способ реализуется с помощьюустройства, содержащего, как уже описывалось выше, электрохимическую ячейку, со 20 стоящую из ванны 2 с электролитом 3, анода(образец 1), катода 4, подключенных к источнику постоянного тока 5, На поверхностиобразца 1, не подвергаемой травлению, закреплен приклеиванием датчик температу 25 ры 7, а в самом электролите 3 находитсявторой датчик температуры 8, Поверхностиобразца, не подвергаемые травлению, а также температурные датчики 7 и 8 защищеньот воздействия электролита тонким слоем30 лака. Для измерения деформации образцапредусмотрен соответствующий измери-тельный канал, который состоит из последовательно соединенных датчика деформации9, преобразователя перемещений 10, АЦП35 11 и устройства сопряжения 12, связанногоинформативным выходом с информативнымвходом вычислительного устройства 13, Всвою очередь вычислительное устройство13 связано управляющим выходом с упрзг 40 ляющим входом устройства сопряжения 12канала измерения деформации и с управляющим входом дешифратора запуска 14 релевремени 15, который управляет через ключ-16 включением источника постоянного тока45 5, Для измерения и сопоставления температур датчики температуры 7 и 8 включены вмостовую схему 17, которая через компаратор 18 соединена с управляющим входомАЦП 11 канала измерения деформации, Ре 50 эультаты определения напряжений выводятсяна регистратор 19, с которым связано вторыминформативным выходом вычислительноеустройство 13,. Устройство реализует способ определе 55 ния остагочных напряжений следу.ощим образом.По заданной программе вычислительное устройство 13 через управляющий выход воздействует на дешифратор 14 запускатак, что на его выходе появляется сигнал включения реле 15 времени, которое чсре.-., ключ 16 включает источник 5 постоянно: тока, Реле 15 времени устанавливает длительность интервалов й травления,величи на которых определяет шаг по толщине образца 1, с каким определяются остаточные напряжения. Включение источника 5 постоянного тока вызывает электрохимическое травление образца 1 в ванне 2 с элект ролитом 3 на толщину, определяемую силой токамежду катодсм 4 и образцом 1, составом электролита 3, физико-химическими свойствами материала образца 1 и температурными условиями, Одновременно с трав лением увеличивается температура Т 1 образца 1, которая контролируется датчиком 7 температуры, и температура Т 2 электролита 3, которая контролируется датчиком 8 температуры. По окончании интервала 20 Лт травления токпрекращается, так как реле 15 времени отключает через ключ 16 источник 5 постоянного тока, Во время этого процесса датчик 9 деформации измеряет деформации образца 1, а преобразователь 25 10 перемещений вырабатывает электрический сигнал, пропорциональный этой деформации, который подается на вход АЦП 11. Информация о деформации образца 1 не поступает на вход вычислительного устрой ства 13 через устройство 1 сопряжения до тех пор, пока не поступит управляющий сигнал с выхода компаратора 18, который срабатывает от сигнала мостовой схемы, в которую включены датчики 7 и 8 температур 35 Т и Тр. 1 Лостова,"-, схема 17 вырабатывает сигнал, достаточный для срабатывания компаратора 18 после окончания интервала Лт. травления и остывания образца 1 с теми;-:ратурой Т до температуры Тг электролита 3, После ввода информации через устройство сопряжения 12 в вычислительное устройство 13, которое через управляющий выход сопровождает этот процесс, воздействуя на устройство 12 сопряжения, а затем по программе воздействует на дешифратор 14 запуска и процесс электрохимического травления следующего слоя повторяется аналогично описанному выше Пройдя все шаги по слоям образца 1, количество которых заложено в программе вычислительного устройства 13, информация о деформациях накапливается в памяти вычислительного устройства 13, обрабатывается и выдается в удобной форме на регистратор 19, После этого освобождают образец 1 из приспособления-захвата 6, отсоединяют датчик 7 температуры и устанавливают следующий образец,Формула изобретения Способ определения остаточных напряжений при травлении, заключающийся в том, что в процессе травления измеряют деформацию образца, травление образца осуществляют с паузами, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью пОвышения точности за счет устранения температурных деформаций образца, постоянно измеряют температуру образца и электролита, фиксируют ,",начение деформации в момент равенства упомянутых температур, а пауза между интервалами травления выдерживается додостижения равенства упомянутых температур.1663409Составитель Е,Щелина дактор Г.Мозжечкова Техред М,Моргентал Корректорявая Заказ 2256 Тираж 388 Подписное ВНИИХИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарин