СПОСОБ ОЦЕНКИ АДГЕЗИИ ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ Российский патент 2024 года по МПК G01N19/04 

Изобретение относится к исследованиям механических свойств покрытий, а именно к способам определения адгезионной прочности покрытия, и может быть использовано для оценки качества ионно-плазменных покрытий.

Адгезионная прочность защитных покрытий является одним из основных параметров, определяющих их качество и надежность, сказывающиеся на эксплуатационных характеристиках защищаемых этими покрытиями деталей. Особенно актуальным является повышение точности качественной оценки адгезионной прочности ионно-плазменных покрытий, поскольку в этом случае количественные методы оценки не всегда могут быть применены из-за высоких значений их адгезионной прочности.

Известны «Методы контроля прочности сцепления покрытий» пункт 5 ГОСТ 9. 302-88, где:

- по пункту 5.5 - «Метод изгиба» образец с покрытием изгибают под углом 90° в одну сторону, затем в другую до излома;

- по пункту 5.8 - «Метод нанесения сетки царапин» (метод рисок) на поверхности контролируемого покрытия острием наносят не менее трех параллельных рисок с расстоянием между ними от 2 до 3 мм и перпендикулярно к ним также не менее трех параллельных рисок глубиной до основного металла;

- по пункту 5.12 - «Метод выдавливания» (штамповки) по ГОСТ 10510, основанный на выдавливании сферических лунок по Эриксену.

Недостатком этих методов является недостаточная точность оценки адгезионной прочности покрытия ввиду значительного разброса результатов испытаний.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ оценки адгезионной прочности покрытия, заключающийся в нанесении испытуемого покрытия на внешнюю поверхность пластины с последующим изгибом на заданный угол в плоскости перпендикулярной плоскости пластины при расположении испытуемого покрытия в области растяжения пластины и оценке адгезионной прочности покрытия по результатам его разрушения (патент RU 2728732 C1, МПК G01N 19/04, опубл. 30.07.2020, Бюл. № 22).

Однако известные способы не позволяют обеспечить высокую точность оценки адгезионной прочности, в частности, ионно-плазменных покрытий, из-за их растрескивания, а также ввиду значительного разброса результатов испытаний из-за отличия условий деформации покрытия в однотипных образцах из-за отсутствия стабильной базы зоны деформации.

Задачей данного изобретения является возможность обеспечения стабильных результатов оценки адгезионной прочности покрытий.

Техническим результатом данного изобретения является повышение точности оценки адгезии покрытий за счет стабилизации размера зоны деформации покрытия при испытании на изгиб.

Технический результат достигается за счет того, что в способе оценки адгезии защитного покрытия, заключающемся в нанесении испытуемого покрытия на поверхность металлической пластины с последующим изгибом на заданный угол и оценке адгезионной прочности покрытия по результатам его разрушения, в отличие от прототипа, пластину изгибают при расположении испытуемого покрытия во внутренней стороне пластины в области ее сжатия при изгибе, используют пластину с утонением, выполненным удалением части металла пластины с ее внешней стороны в зоне предполагаемой деформации пластины, при толщине стенки пластины в зоне утонения h_ут равной h_ут = (0,3h - 0,7h), где h - толщина пластины.

Кроме того, возможны следующие дополнительные приемы осуществления способа: размер зоны утонения в продольном направлении пластины берется равным (от 0,8 до 1,2) R , где R - радиус изгиба пластины с внутренней стороны пластины, при угле изгиба пластины α равном 90 угловых градусов, а размер в поперечном направлении пластины берется равной ширине пластины; используют пластину толщиной от 1,5 до 4 мм, длиной от 40 до 100 мм, шириной от 5 до 20 мм, а величину угла изгиба α берут равным 90 угловым градусам, при размере зоны утонения в продольном направлении пластины равной (от 0,8 до 1,2) R, где R - радиус изгиба пластины с внутренней стороны пластины.

Изобретение иллюстрируется рисунками, на которых изображено: на фиг. 1 представлен изгибный образец с утонением в области его предполагаемой деформации, на фиг. 2 - изогнутый образец с покрытием.

На рисунках обозначено: 1 - изгибный пластинчатый образец; 2 - покрытие; 3 - зона утонения; 4 - зона деформации; 5 - зона разрушения покрытия; α - угол изгиба образца с покрытием; R - радиус изгиба образца с внутренней его стороны, h - толщина пластины образца; h_ут - толщина пластины в зоне утонения; h_пок - толщина покрытия.

Предлагаемый способ оценки адгезии покрытия осуществляют следующим образом.

Вначале на плоскую поверхность испытуемого образца 1 с утонением 3 (фиг. 1) наносят испытуемое покрытие 2. Изгибают образец 1 с покрытием 2 на заданный угол α таким образом, чтобы покрытие 2 располагалось в области сжатия при изгибе, т.е. с вогнутой части изогнутого образца 1 (фиг. 2). В качестве образца используют пластину с утонением в зоне деформации 4, возникающей при изгибе пластины 1. Утонение выполняют с внешней стороны пластины 1 в виде выемки металла, с образованием участка пластины толщиной h_ут. Величину утонения пластины выбирают равной h_ут = (0,3h - 0,7h), где h_ут - толщина стенки пластины в зоне утонения, h - толщина пластины.

Наличие зоны утонения 3 позволяет сделать более стабильной величину зоны деформации образца 1 и сформировать более плавный переход от зоны деформации образца к недеформированной зоне, что обеспечивает повышение точности оценки адгезионной прочности покрытия.

Пример. Для оценки адгезионной прочности покрытия были проведены следующие испытания. На пластинчатых образцах размерами 10×100×4мм из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т в зоне предполагаемой деформации было выполнено утонение толщины стенки пластины в зоне деформации равной от 0,3h до 0,7h, что составило: 0,8 мм - Н.Р. (неудовлетворительный результат), 1,2 мм - У.Р. (удовлетворительный результат); 2 мм (У.Р.); 2,8 мм - (У.Р.); 3,4 - (Н.Р.). На указанные образцы были нанесены ионно-плазменные покрытия нитрида титана толщиной 16 мкм с подслоем титана толщиной 0,8 мкм. Испытания проводили при угле изгиба α=90 градусов. Радиус изгиба R составлял R=1,5 мм, при размере зоны утонения в продольном направлении пластины равной 5 мм. Было испытано по 5 образцов каждого вида. Определялся разброс величины зоны деформации на образцах. В таблице приведены результаты испытаний указанных образцов с покрытиями.

Таблица

№ группы h_ут, мм № образца Величина зоны деформации, мм Разброс величина зоны деформации, мм Примечание 1 4 1.1 4,0 2,1 Значительный разброс величины зоны деформации 1.2 5,8 1.3 4,9 1.4 6,1 1.5 5,2 2 0,8 2.1 2,0 0,4 Сложность визуальной оценки 2.2 2,2 2.3 2,3 2.4 2,3 2.5 1,9 3 1,2 3.1 2,1 0,5 Стабильно 3.2 2,2 3.3 2,3 3.4 2,5 3.5 2,0 4 2,0 4.1 2,3 0,6 Стабильно 4.2 2,3 4.3 2,7 4.4 2,2 4.5 2,1 5 2,8 5.1 2,1 0,6 Стабильно 5.2 2,6 5.3 2,5 5.4 2,3 5.5 2,7 6 3,4 6.1 4,2 1,6 Увеличение разброса 6.2 5,8 6.3 4,6 6.4 5,6 6.5 4,9

Также определялось влияние на разброс толщины пластины: менее 1,5 мм и более 4 мм приводит к увеличению разброса значений зоны деформации после изгиба; диапазон от 0,3h до 0,7h - дает стабильные результаты (разброс размеров зоны деформации покрытия порядка 0,5-0,6 мм)(где h - толщина пластины образца).

Результаты испытаний образцов с покрытиями показали, что использование пластинчатых изгибных образцов с утонением позволяют повысить точность оценки адгезии покрытий за счет стабилизации размера зоны деформации.

Таким образом, использование перечисленных выше существенных признаков предлагаемого способа позволило достичь технического результата предлагаемого изобретения - повышения точности оценки адгезии покрытий за счет стабилизации размера зоны деформации покрытия при испытании на изгиб.

Изобретение относится к исследованиям механических свойств покрытий, а именно к способам определения адгезионной прочности покрытия, и может быть использовано для оценки качества ионно-плазменных покрытий. Сущность: осуществляют нанесение испытуемого покрытия на поверхность металлической пластины с последующим изгибом на заданный угол и оценивают адгезионную прочность покрытия по результатам его разрушения. Пластину изгибают при расположении испытуемого покрытия во внутренней стороне пластины в области ее сжатия при изгибе, используя пластину с утонением, выполненным удалением части металла пластины с ее внешней стороны в зоне предполагаемой деформации пластины, при толщине стенки пластины в зоне утонения h_ут, равной h_ут = (0,3h - 0,7h), где h - толщина пластины. Технический результат: повышение точности оценки адгезии покрытий. 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

1. Способ оценки адгезии защитного покрытия, заключающийся в нанесении испытуемого покрытия на поверхность металлической пластины с последующим изгибом на заданный угол и оценке адгезионной прочности покрытия по результатам его разрушения, отличающийся тем, что пластину изгибают при расположении испытуемого покрытия во внутренней стороне пластины в области ее сжатия при изгибе, используют пластину с утонением, выполненным удалением части металла пластины с ее внешней стороны в зоне предполагаемой деформации пластины, при толщине стенки пластины в зоне утонения h_ут, равной h_ут = (0,3h - 0,7h), где h – толщина пластины.

2. Способ п.1, отличающийся тем, что размер зоны утонения в продольном направлении пластины берется равным (от 0,8 до 1,2) πR/2, где R – радиус изгиба пластины с внутренней стороны пластины, при угле изгиба пластины α, равном 90 угловых градусов, а размер в поперечном направлении пластины берется равным ширине пластины.

3. Способ п.1, отличающийся тем, что используют пластину толщиной от 1,5 до 4 мм, длиной от 40 до 100 мм, шириной от 5 до 20 мм, а величину угла изгиба α берут равной 90 угловым градусам.

4. Способ п.2, отличающийся тем, что используют пластину толщиной от 1,5 до 4 мм, длиной от 40 до 100 мм, шириной от 5 до 20 мм, а величину угла изгиба α берут равной 90 угловым градусам.