Способ определения прочности сцепления покрытия с подложкой

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК о 5 601 М 19/ КО ВИДЕТЕЛ ЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ.ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИСЦЕПЛЕНИЯ ПОКРЫТИЯ С ПОДЛОжКОй(57) Изобретение относится к способам испытания многослойных материалов, в частности к способам определения прочностисцепления покрытия с подложкой, и позвоИзобретение относится к испытанию материалов, а именно к способам определения прочности сцепления покрытия с подложкой.По основному авт. св. М 1280498 изве-. стен. способ определения прочностисцепления покрытия с подложкой, по которому на соединение воздействуют лазерным импульсом длительностью не более 10 с со стороны прозрачного для лазерного излучения слоя до нарушения сцепления покрытия с подложкой и определяют прочность сцепления по соотношению площадей нарушенных участков,Известный способ предусматривает оп-.ределение прочности сцепления в образцах с разным ее значением путем воздействия на них лазерными импульсами с практически равной плотностью энергии по сечению 2ляет повысить точность. На материал воздействуют лазерным импульсов длительностью не более 10с со стороны прозрачного для лазерного импульса слоя до нарушения сцепления покрытия с подложкой и определяют прочность сцепления покрытия с подложкой по площади нарушенных участков. При этом используют лазерный импульс с монотонно изменяющейся по сечению лазерного луча плотностью энергии, а соединение располагают под острым углом по отношению к оптической оси распространения лазерного импульса, При этом увеличивается площадь поверхности материала, подвергнутого лазерному воздействию, при той же энергии лазерного импульса, 6 ил., 3 табл. уча, при этом материал. располагают перендикулярно к падающему излучению,При этом при небольших значениях энергии лазерного импульса площадь участка нарушения сцепления покрытия с под-ложкой равна сечению лазерного импульса.При проведении испытаний с использова- ( ) нием задиафрагмированного луча, т.е. луча О с практически постоянной плотностью энергии по его сечению, в образцах даже с разной адгезией разница в величинах площадей нарушеннь.х участкой сцепления Я не может превышать 10;.При больших значениях энергии лазерного луча разрушаемая площадь сцепления увеличивается. Но разница между площадями нарушенных участков сцепления в образцах с разной, особенно высокой адгезией незначительна. Это связано с тем, что зависимость площади разрушения отплотности энергии лазерного импульса при больших ее значениях выходит на насыщение. Т.е. площадь нарушения сцепления практически не изменяется с увеличениемплотности энергииВсе это приводит к снижению точности определения сцепления покрытия с подложкой.Цель изобретения - повышение точности определения прочности сцепления между покрытием и подложкой,Указанная цель достигается тем, что в способе определения прочности сцепления покрытия с подложкой путем воздействия на соединение лазерным импульсом длительностью не более 10 с со стороны прозрачного для лазерного импульса слоя до нарушения сцепления покрытия с подложкой и определения прочности сцепления посоотношению площадей нарушенных и ненарушенных участков, согласно изобрете-. ния используют лазерный импульс с монотонно изменяющейся по сечению лазерного луча плотностью энергии, а соеди 101520 нение располагают под острым углом к 25оптической оси распространения лазерногоимпульса,Изобретение осуществляется следующим образом.На прозрачную подложку одним из известных способов наносят непрозрачноепокрытие или на непрозрачную подложкунаносят прозрачное покрытие. На полученное соединение со стороны его прозрачнойчасти воздействуют лазерным импульсом 35длительностью не более 10 с с монотонноизменяющейся плотностью энергии, приэтом соединение располагают под острымуглом по отношению к оптической оси распространения лазерного импульса 40Указанный. характер распределенияплотности энергии по сечению лазерноголуча может быть получен путем пропускания лазерного импульса через светофильтрс изменяющимся коэффициентом поглощения или через рассеивающую или фокусирующую линзу (при этом соединениерасполагают за.фокусом).Энергия импульса при попадании йа соединение поглощается непрозрачным слоем, в месте поглощения .происходитлокальный разогрев, вследствие чего возникают термоупругие напряжения, процессыиспарения и термохимической деструкции,идущие на границе сцепления покрытия с 55подложкой.Данные процессы протекают на границе покрытия с подложкой и ограничены сечением светового луча. Однако при импульсном нагреве и быстром расширении нагретой области поглощающего слоя в нем возникает волна сжатия, а в другом слое - аналогичная волна отклика, которые раздирают соединение на границе контакта. При этом разрушение сцепления между покрытием и подложкой происходит только в том месте, где плотность энергии превышает пороговую энергию разрушения.Сканируя лазерными импульсами по соединению, образуют координатную сетку и определяют площади нарушенных участков сцепления покрытия с подложкой. Прочность сцепления покрытия с подложкой определяют по соотношению площадей с нарушенным сцеплением покрытия с подложкой и участков с ненарушенным сцеплением.Регистрируя энергию лазерного импульса, который воздействует на сцепление, вычисляют отношение этой энергии и площади нарушенных участков сцепления. Полученную величину выражают в абсолютных единицах.Способ испытан в лабораторных условиях,Для испытания способа были приготовлены образцы соединений с разными подложками и покрытиями, имеющие различную прочность сцепления.Составы приготовленных материалов приведены в табл, 1.На соединение воздействовали лазерными импульсами длительностью 10с с монотонно изменяющейся плотностью энергии по сечению лазерного луча, для чего между лазером 1 и образцом 2 соединения располагали оптически неоднородный элемент 3,На фиг. 1 приведена схема реализации способа с использованием в качестве оптически неоднородного элемента светофильтра с изменяющимся коэффициентом поглощения; на фиг. 2 - график, характеризующий. распределение плотности энергии по сечению лазерного пучка (Х - расстояние от края лазерного луча, У - плотность энер- . гии излучения на расстоянии Х от края лазерного луча); на фиг. 3 - схема с использованием линзы с изменяющимся по сечению коэффициентом поглощения; на фиг. 4 - соответствующий ей график распределения плотности энергии по сечению лазерного луча; на фиг. 5 - схема с использованием фокчсирующей линзы и расположением образца под углом ак оптической оси распространения лазерного импульса; на фиг. 6 - соответствующий ей график.1716394 В качестве лазера использовали импульсный лазер ОГМ(Х= 694 мм, т = 3 хх 10 с, размер пучка 0,5 см ). Лазерный лучсканировали по поверхности образца состороны прозрачного слоя, 5Сканируя лазерный луч по соединению,образовывали координационную сетку из20 импульсов и на границе сцепления под. ложки с покрытием определяли площадиразрушенных участков сцепления, Параллельно контроливали величину энергии лазерного импульса по прибору ИКТ.Условия проведейия опытов и полученные результаты приведены в табл. 2.Был испытан также известный способ. 15Испытывались те же материалы, что и впредлагаемом способе. На материалы воздействовали .импульсом . лазера ОГМ длительностью с практйчески равной 10 ; с практически равной плотностью энергий по 20сечению луча (за счет диафрагмирования).Результаты испытаний приведены втабл. 3 (для сравнения там же приведенырезультаты испытаний предлагаемого способа, опыт 1). 25Как видно из табл. 3, для материалов,имеющих различную адгезию, разница соТа бли ца 1 ЮВИспытуемый Об"разец Состав покрытия Прозрачность. Вид подложкие Подложки Покрытия Компоненты Содержа- ние 90 СажаПоливинилбутираль 25 20 СажаИетилцеллюлоза Целлофан 94 1"2 80 Черная Офсетная краска 100 Силикатное стекло 0 95 85 Полиэтилентерефталат" Сажа 5 . ная пленка с адгези- Поливинилбуонным подслоем. тираль 25. 1 Полиэтилентерефта" латная пленка отношений площадей нарушенных и нена-:. рушенных участков по предлагаемому способу значительно больше, что свидетельствует о большей точности предлагаемого способа определения прочности сцепления покрытия с подложкой. Или другими словами, диапазон изменения значений, соотношения площадей нарушенных и ненарушенных участков, определяемых по предлагаемому способу для материалов, имеощих различную адгезию, значительно шире, чем диапазон изменения этих значений, определяемых по известному способу- проТотипу, что имеет особенно большое значение при сравнительном испытании материалов значительно различающихся по адгезионной прочности.Формула изобретенияСпособ определения прочности сцепления покрытия с подложкой по авт, св. М 1280498, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, используют лазерный импульс с монотонно изменяющейся По сечению лазерного луча плотностью энергии, а соединение располагают под острым 1 углом к оптической оси распространения лазерного импульса.1716394 Таблица 2 Прочность сцепления покрытия с подложкой Режим испытаний Опыт Угол наклона образца к оптической оси распро" странения. лазерного им пульса, град Вид оптическинеоднородногоэлемента Площадь нарушенных участков(дм/мм 2) площадь ненарушенйых участков Опыт 1,Опыт 2 (Фиг. 1.) 30 2,7 х 10-З 3,1 х 10 з 4,0 х 10 з 5,4 х 10-з Рассеивающая линза с изменяющимся по сечению коэффи" циентом поглоще" 60 нияфокусирующая линза.60 Опыт 3Известный способ Вид материала Энергия лазерногонарушенныхучастковтт иаийенарушенныхучастков. Энергия лазерного импульсанарушенныхучастков,дм/мм нарушенныхучастков и ии аи ии а тимпульсанарушен,уч.дм/ммз ненарушенныхучастков 2,8 х 10 з 3,2 х 10-З 5,3 х 10 з 5 Зх 10-з 0,29 0,29 Образец 1 Образец 2 Образец 3 Образец 4 3, 7 х 10-з 5,5 х 10-з 5,6 х 10-З 0,20 0,20 5,2 х 10 з иввте в в в в т ат т и и Светофильтр сизменякщимся посечению:;коэффиаициентом поглощения Светофильтр с изменяющимся по сечению коэффициентом поглощения 0,42 ОЗЗ 0,24 0,11 0,46 0,35 0,24 0,12 0,40 0,32 0,19 0,07 0,45 0,31 0,20.0,07 0,38 О 30 0,23 0,09 2,5 х 10. з3,1 х 10-З3,5 х 10-З5,0.102,5 х 10 з 2,9 х 10-з 3 7 х 10-з 5, Ох 10 з 2,5 х 10 з 3,1 х 10 з 4,0 х 10-З 5,4 х 10- з.Келемеш Реда Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 Заказ 607 ВНИИПИ Г Составитель. В,МиловТехред М;Моргентал Тираж Подписноевенного комйтета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5.