СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АДГЕЗИОННОЙ ПРОЧНОСТИ Российский патент 1994 года по МПК G01N19/04 

Изобретение относится к разрушающим методам контроля хрупких материалов и может быть использовано при определении физико-химических свойств спаянных, обожженных и склеенных материалов.

Известен метод штифтов для определения адгезионной прочности при сдвиге.

Совместное решение уравнений скручивающего момента и момента сопротивления адгезионной связи дает расчетное уравнение (1) для определения адгезии при сдвиге
τ_a = 0,48 Tl/r³, (1) где Т - усилие скручивания;
l - плечо приложения силы;
r - радиус штифта
Анализ диаграмм изменения усилия Т показывает, что скручивающее усилие может быть затрачено не только на преодоление адгезии, но и на трение штифта о пластину.

Попытки воспользоваться известным методом при определении адгезионной прочности не увенчались успехом.

К недостаткам известного способа можно отнести скорее его технологическое несовершенство, чем конструктивное. При нанесении покрытия по такой технологии наблюдается 3 случая: 1. Если штифты не зафиксированы от вертикального перемещения, то они втягиваются в покрытие, нарушая сплошность плоскости планки и увеличивая тем самым адгезионную поверхность, по которой может пройти разрушение. 2. Если специальным приспособлением зафиксировать штифты от вертикального перемещения, о материал покрытия за счет капиллярных сил начинает проникать в зазор между планкой и штифтами, что также увеличивает на неопределенную величину адгезионный контакт.

Как в 1-м, так и во 2-м случае уравнение (1) становится непригодным, т. к. его каждый раз нужно корректировать на величину возросшей площади контакта, что чрезвычайно неудобно. 3. При формировании покрытия часто требуются такие технологические режимы, при которых толщина оксидной пленки, образующейся на трущихся поверхностях отверстий планки и штифтов становится равной или превышает величину зазора, соответствующего скользящей посадке. При такой ситуации этим методом воспользоваться нельзя, т.к. трение штифта о пластину возрастает настолько, что его вообще невозможно провернуть.

Кроме того, такая операция, как полировка пластины вместе со штифтами "заподлицо", предусмотренная известным решением, нарушает целостность поверхностного естественного слоя, либо искусственно созданного подслоя перед нанесением основного покрытия, что также делает невозможным применение этого метода.

Целью изобретения является повышение достоверности определения адгезионной прочности спаянных, обожженных или склеенных материалов.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения адгезионной прочности соединения покрытия с подложкой на последней формируют покрытие методом "сидячей" капли, прикладывают к нему сдвигающее усилие и по величине разрушающей нагрузки определяют адгезионную прочность соединения, сдвигающее усилие создают при помощи пластины с отверстием, в котором располагают каплю, причем диаметр этого отверстия выбирают в 5-10 раз больше исходного диаметра капли, а величину Т сдвигающего усилия выбирают из условия ≅ 150 МПа, где F - площадь контакта капли с подложкой.

Сущность изобретения заключается в том, что вместо штифта по скользящей посадке по поверхности подложки движется срезывающее приспособление, выполненное в виде пластины с отверстием, в котором и размещается покрытие, сформированное в виде капли, после соприкосновения с которой образующая отверстия начинает создавать сдвигающее усилие, которое достигнув определенной величины разрушает соединение, продвигая берега трещины по слабым местам спая, определяя тем самым вид (адгезионный, когезионный, смешанный) и характер (хрупкий, вязкий) разрушения.

Таким образом в предлагаемом решении скользящая посадка обеспечивается после приготовления образца, поэтому технологические режимы изготовления спая не влияют на величину зазора, соответствующего скользящей посадке.

Существенным признаком в предлагаемом способе является оптимальное соотношение исходного диаметра капли и диаметра отверстия пластины, величина которого должна превышать исходный диметр капли в 5-10 раз, а величина сдвигающего усилия должна выбираться из условия ≅ 150 МПа , что позволяет конструкции оставаться достаточно компактной и простой.

Величины эти установлены опытным путем, являются оптимальными и объясняются следующим:
Увеличение исходных размеров капли (2-3 мм) повлечет за собой увеличение площади контакта, что неизбежно приведет к увеличению разрушающей нагрузки. Это в свою очередь потребует усиления узлов и усложнения предлагаемой конструкции, увеличение ее габаритов и веса, не внося принципиальных изменений в суть метода.

Уменьшение исходных размеров капли усложняет работу по подготовке спая.

Увеличение диаметра отверстия (15-20 мм) в пластине повлечет за собой увеличение подложки, что нежелательно скажется как при подготовке спая так и непосредственно на режимах спаивания, а также при выставлении образца в рабочее положение перед нагружением.

Уменьшение этого диаметра создает неудобства при выставлении скользящей посадки пластины по поверхности подложки перед испытанием образца, т.к. исчезает необходимый свободный ход, подтверждающий скользящую посадку.

Способ осуществляется с помощью устройства, схема которого представлена на чертеже.

Устройство содержит станину в виде швеллера 1, на которой закреплены тиски 2. На их поверхности установлена с возможностью горизонтального перемещения пластина с отверстием 3, ее вертикальное перемещение фиксируют ограничители 4. Пластина с отверстием через динамометр 5, находящимся на подставке 6, скреплена с микрометрическим барабаном 7. Амортизатор 8 расположен между пластиной и динамометром. В предлагаемой конструкции срезывающим приспособлением является закаленная металлическая пластина с расположенным в центре отверстием рис. 3.

Способ определения адгезионной прочности осуществляется следующим образом.

Для определения разрушающей нагрузки образец 9, полученный по методу "сидячей" капли, закрепляют в тисках. Затем пластину перемещают до соприкосновения образующей отверстия с каплей. Начало нагрузки фиксируют динамометром при горизонтальном перемещении микрометрического барабана, после чего разрушающее сдвиговое усилие достигается вращением микрометрического барабана.

Величина разрушающей нагрузки определяется при хрупком разрушении образца, что сопровождается характерным звуком и мгновенным спадом нагрузки.

Калибровочный график, построенный в координатах нагрузка-длина растяжения пружины динамометра позволяет легко перевести показания снятые с микрометрического барабана в численные значения, соответствующие усилиям разрушения, выраженные в единицах силы (Н). Эта величина Т, отнесенная к площади контакта F, дает величину сравнительной прочности на сдвиг в единицах давления (Па).

Площадь контакта определяется либо по теневому эффекту, либо при помощи оптического микроскопа.

Пример расчета адгезионной прочности: 2,0 мм - исходный диаметр капли до формирования покрытия 2,6 мм - диаметр периметра смачивания растекшейся капли после формирования покрытия 5,3 мм² - площадь контакта F, соответствующая растеканию капли до диаметра 2,6 мм 17,4 кг - величина разpушающего усилия Т.

T/F = 17,4/5,3 = 3,3 кг/мм² = 33 МПа - величина адгезионной прочности соединения
Габариты адгезиометра 80 х 100 х 300 мм, вес - 5 кг, время необходимое для испытания одного образца составляет 2-3 мин.

Использование: для качественной и количественной оценки прочности сцепления спаянных, обоженных или склеенных материалов, при исследовании физико-химических и технологических процессов, при которых осуществляется либо контакт расплава с твердой поверхностью, либо непосредственный контакт двух твердых поверхностей, либо контакт их через адгезив. Целью изобретения является повышение достоверности определения адгезионной прочности материалов. Принцип работы адгезиометра основан на разрушении образца, представляющего собой покрытие, сформированное в виде капли, помещенной в отверстие пластины-резца, при движении которой по поверхности зафиксированной подложки, образующая отверстия разрушает образец за счет сдвигающего усилия. Величина разрушающей нагрузки, отнесенная к площади контакта, является сравнительной характеристикой прочности. Одновременно определяется вид и характер разрушения при исследовании образовавшихся поверхностей. Способ не требует изготовления гостируемых образцов, он удобен при оценке долговечности зоны контакта. Габариты адгезиометра 80 X 100 X 300 мм, вес 5 кг, время необходимое для испытания одного образца составляет 2 - 3 мин. 1 ил.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АДГЕЗИОННОЙ ПРОЧНОСТИ соединения покрытия с подложкой, заключающийся в том, что на подложке формируют покрытие, прикладывают к нему сдвигающее усилие и по величине разрушающей нагрузки определяют адгезионную прочность соединения, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности определения адгезионной прочности соединений спаянных, склеенных или обожженных материалов, формирование покрытия осуществляют методом "сидячей" капли, сдвигающее усилие создают с помощью пластины с отверстием, в котором располагают каплю, диаметр которого выбирают в 5 - 10 раз больше исходного диаметра капли, а величину T сдвигающего усилия выбирают из условия
T/F ≅ 150 МПа,
где F - площадь контакта капли с подложкой.