СПОСОБ ОЦЕНКИ АДГЕЗИОННОЙ ПРОЧНОСТИ ПОКРЫТИЯ Российский патент 2024 года по МПК G01N19/04 

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

Известно, что эксплуатационные свойства деталей с защитными покрытиями связаны с точностью оценки их адгезионной прочности. Особенно актуальным является оценка прочности сцепления ионно-плазменных покрытий, поскольку из-за их высокой адгезионной прочности использование количественных методов для ионно-плазменных покрытий затруднено.

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 низкая степень точности оценки адгезионной прочности покрытия из-за 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 покрытия ввиду значительного разброса результатов испытаний из-за отличия условий деформации покрытия в однотипных образцах, заключающихся, в частности, в отсутствии стабильной базы зоны деформации.

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

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

Технический результат достигается за счет того, что в способе оценки адгезионной прочности покрытия, заключающемся нанесении испытуемого покрытия на внешнюю поверхность пластины с последующим изгибом на заданный угол при расположении испытуемого покрытия в области растяжения при изгибе пластины и оценке адгезионной прочности покрытия по результатам его разрушения в области деформации при изгибе, в отличие от прототипа, используют пластину с утонением в зоне деформации, возникающей при ее изгибе, причем утонение выполняют с внутренней стороны пластины в виде цилиндрической выемки, ось которой расположена перпендикулярно плоскости изгиба пластины, а величина максимального утонения пластины составляет от 0,3h до 0,7h, где h - толщина пластины.

Кроме того, возможны следующие дополнительные приемы осуществления способа: 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 радиусе цилиндрической выемки R равным от 10 до 100 мм.

Изобретение иллюстрируется рисунками (фиг. 1 и фиг. 2), на которых изображено: на фигуре (фиг. 1а) представлен изгибный образец с цилиндрической выемкой, на фигуре (фиг. 1b) - изогнутый образец с покрытием, на фигуре (фиг. 2а) - внешний вид изогнутого образца-прототипа, на фигуре (фиг. 2b) - внешний вид изогнутого образца по предлагаемому изобретению.

На фигурах (фиг. 1 и фиг. 2) обозначено: 1 - изгибный пластинчатый образец; 2 - покрытие; 3 - цилиндрическая выемка; 4 - зона деформации; 5 - зона разрушения покрытия; α - угол изгиба образца с покрытием; R - радиус цилиндрической выемки, h - толщина пластины образца.

Предлагаемый способ оценки адгезионной прочности покрытия осуществляют следующим образом.

Вначале на плоскую поверхность испытуемого образца 1 с цилиндрической выемкой 3 (фиг. 1а) наносят испытуемое покрытие 2. Изгибают образец 1 с покрытием 2 на заданный угол α таким образом, чтобы покрытие 2 располагалось в области растяжения при изгибе образца, т.е. с выпуклой части изогнутого образца 1 (фиг. 1b). В качестве образца используют пластину с утонением в зоне деформации 4, возникающей при изгибе пластины 1. Утонение выполняют с внутренней стороны пластины 1 в виде цилиндрической выемки, ось которой расположена перпендикулярно плоскости изгиба пластины. Величину максимального утонения пластины выбирают из диапазона от 0,3h до 0,7h, где h - толщина пластины.

Наличие зоны утонения, выполненной в виде цилиндрической выемки 3, позволяет сделать более стабильной величину зоны деформации образца 1 и сформировать более плавный переход от зоны деформации образца к недеформированной зоне (фиг. 2), что обеспечивает повышение точности оценки адгезионной прочности покрытия.

Пример. Для оценки адгезионной прочности покрытия были проведены следующие испытания. На пластинчатых образцах размерами 10×100×2 мм из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т в зоне предполагаемой деформации были выполнены цилиндрические выемки следующими радиусами: 6 мм, 10 мм, 20 мм, 40 мм, 60 мм, 100 мм, 120 мм, а также обычные пластинчатые образцы без выемок. На указанные образцы были нанесены ионно-плазменные покрытия нитрида титана толщиной 14 мкм с подслоем титана толщиной 0,6 мкм. Испытания проводили при угле изгиба α=90 градусов. Было испытано по 5 образцов каждого вида. Определялся разброс величины зоны деформации на образцах. В таблице приведены результаты испытаний указанных образцов с покрытиями при величине утонения от 0,3h до 0,7h.

Таблица

№ группы R выемки, мм № образца Толщина утонения, мм Величина зоны деформации, мм Примечание 1 Без выемки 1.1 2 От 6 до 8 Значительный разброс величины зоны деформации 1.2 5,9 - 7,9 1.3 6,2 - 8,1 1.4 6,1 -8,3 1.5 6,3 - 8,2 2 10 2.1 0,4 3,0 - 3,3 Нечеткая сетка трещин 2.2 0,6 3,1 - 3,3 Стабильно 2.3 1,0 3,2 - 3,5 2.4 1,4 3,3 - 3,8 2.5 1,8 3,9 - 4,8 Увеличение разброса 3 40 3.1 0,4 3,1 - 3,4 Нечеткая сетка трещин 3.2 0,6 3,2 - 3,5 Стабильно 3.3 1,0 3,2 - 3,6 3.4 1,4 3,3 - 3,8 3.5 1,8 4,0 - 4,9 Увеличение разброса 4 60 3.1 0,4 3,3 - 3,5 Нечеткая сетка трещин 3.2 0,6 3,3 - 3,6 Стабильно 3.3 1,0 3,4 - 3,8 3.4 1,4 3,6 - 3,9 3.5 1,8 4,2 - 5,1 Увеличение разброса 5 120 3.1 0,4 3,8 - 4,5 Увеличение разброса 3.2 0,6 3,9 - 4,8 3.3 1,0 4,3 - 5,1 3.4 1,4 4,4 - 5,4 3.5 1,8 4,8 - 5,9

Также определялось влияние на разброс величины зоны деформации толщины утонения в зоне деформации: 0,2h и менее, а также 0,7h и более 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 0,7-0,8 мм)(где h - толщина пластины образца).

Результаты испытаний образцов с покрытиями показали, что использование пластинчатых изгибных образцов позволяют повысить точность оценки адгезионной прочности 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 адгезионной прочности покрытий за счет стабилизации размера зоны деформации покрытия при испытании на изгиб.

Изобретение относится к области исследований механических свойств покрытий и может быть использовано для оценки адгезионной прочности покрытия. Сущность: на внешнюю поверхность пластины (1) наносят испытуемое покрытие (2). Изгибают пластину (1) с покрытием (2) на заданный угол таким образом, чтобы покрытие (2) располагалось в области растяжения пластины (1). Оценивают адгезионную прочность покрытия (2) по результатам его разрушения в области (4) деформации при изгибе. При этом используют пластину (1) с утонением в области (4) деформации, возникающей при ее изгибе. Причем утонение выполняют с внутренней стороны пластины (1) в виде цилиндрической выемки (3), ось которой расположена перпендикулярно плоскости изгиба пластины (1), а величина максимального утонения пластины (1) составляет от 0,3h до 0,7h, где h - толщина пластины. Технический результат: повышение точности оценки адгезионной прочности покрытия за счет стабилизации размера зоны деформации покрытия при испытании на изгиб. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Способ оценки адгезионной прочности покрытия, заключающийся в нанесении испытуемого покрытия на внешнюю поверхность пластины с последующим изгибом на заданный угол при расположении испытуемого покрытия в области растяжения при изгибе пластины и оценке адгезионной прочности покрытия по результатам его разрушения в области деформации при изгибе, отличающийся тем, что используют пластину с утонением в зоне деформации, возникающей при ее изгибе, причем утонение выполняют с внутренней стороны пластины в виде цилиндрической выемки, ось которой расположена перпендикулярно плоскости изгиба пластины, а величина максимального утонения пластины составляет от 0,3h до 0,7h, где h - толщина пластины.

2. Способ по 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 равную 90 угловым градусам при радиусе цилиндрической выемки R равном от 10 до 100 мм.