Способ контроля разрушения поверхности изделия Советский патент 1983 года по МПК G01N23/221 

Изобретение относится к технической физике, в частности к методам радиоиндикаторов, и может быть использовано для контроля износа, коррозии и других процессов разрушения поверхности изделия.

,. Известен способ контроля износа поверхности изделия, согласно которому поверхностный слой изделия и эталона облучают одним типом ускоренных ионов, регистрируют убыль в процессе износа наведенной радиоактивности и определяют величину снятого слоя по полученной градуировочной кривой, связывающей убыль активности эталона с величиной снятого поверхностного слоя С--ЗНедостаток этого способа заключается в том, что он предназначен для контроля процессов равномерного уноса вещества с поверхности и не позволяет исследовать разрушение поверхности, носящее, локальный, язвенный характер.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ контроля разрушения поверхности изделия, заключающийся в активации изделия и эталона радионуклидами, регистрации убыли активности в процессе paзps Ileния поверхности и определения характеристик разрушения поверхности с использованием гращуирос вечных кривых, связывакадих убыль . тивности эталона с величиной снято/го поверхностного слоя С23.

Недостатками указанного способа является то, что он предназначен для определения глубины и размеров

10 одного изношенного участка на поверхности детали и не может при однократном применении дать информацию о большом количестве локашьных, язвенных разрушений, каковыми явля15ются, например, питтинг, эрозия, кавитация и т.п. процессы. Для получения информации о большем количестве локальных разрушений необходимо многократное применение прототипного

20 способа, что приводит к непозволительно большим затратам времени.

Целью изобретения является повьшение экспрессности способа путем од25новременного получения характеристик равномерного и локальных разрушений поверхности.

Цель достигается тем, что согласно способу контроля разрушения поверх30ности изделия, заключающемуся в актиаации изделия и эталона радионукл дами, регистрации убыли активности в процессе разрушения поверхности с использованием градуировочных кри вых, связывающих убыль активности эталона с величиной разрушенного по верхностного слоя, активацию издели проводят равномерно по поверхности тремя видами радионуклидов, причем глубину активации по двум радионук гидам задают меньше, а по третьему больше, чем глубина локальных повре дений на изделии, а толщину равномерного по поверхности слоя унесенXrt, степень локальног ного вещества разрушения поверхности И среднюю глубину язв Xjj находят из системы уравнений -0 .), (), где SQ - активированная площадь поверхности изделия; Sjj - площадь локальных разрушений, попавшая в зону активации;N,,N ,М.. - результаты измерения активности радионуклидов , приче первые два имеют меньшую, чем трети глубину залегания; А (х) ;А2.(к), А(х)- активности радионуклидов, оставшие ся после равномерного уноса слоя ве щества толщиной X и определяемые по эталону. Для характеристики разрушения по верХности выбраны три основных параметра: Хр, х, -4,, Для определения большего числа характеристик, например, дополнительно формы повреждений, максималь ной глубины, координат язвы на поверхности и т.д. понадобится просто увеличить число радиоактивных меток На чертеже схематически представ лен участок поверхности изделия с .Несколькими язвами 1, показана толщина зоны равномерного уноса вещест ва 2 и три различных изотипа с разной глубиной активности s.j, а и а Способы создания радиоактивных меток в поверхности могут быть ссциы ми разными. Метка на малую глубину может быть создана способами термодиффузии и прямой имплантации, ядра ми отдачи и адсорбцией и другими метода ш и важно лишь, чтобы глубина активации была меньше, чем некоторая минимально значимая глубина повреждений поверхности. Метку на большую глубину создают путем активации ускоренными ионами (протонами, дейтонами и т.д.) или более длительным диффузионным внедрением. Способ реализуют следующим образом. На поверхности изделия или образца перед исследованием создают многослойную радиоактивную метку. Площадь поверхности для активации выбирают в зависимости от поставленной задачи и характера изучаемого процесса разрушения. Она должна быть достаточно велика для того, чтобы на нее попало либо одно повреждение, за характером развития которого будем следить, либо значительная сово купность их по которой можно судить обо всей поверхности изделия. С дру}Гой стороны, при малой площади един.ственного повреждения нецелесообразно иметь большую площадь метки, так как чувствительность контроля при этом очень низка. Кроме того, активированная площадь регистрируется детектором не по частям, а как единая метка, это тоже ограничивает ее площадь. Обычно выбирают площадку от одного до нескольких десятков сантиметров в квадрате в зависимости от размера издедик, Равномерность распределения радионуклидов по площади метки является обязательным требованием, в противном случае небольшая язва в зоне высокой активности может стать эквивалентной по уносу активности большому повреждению в другой зоне метки. Для определения .характеристик х,. Хд, необходимо три радионуклида со следующими глубинами активаций: по двум радионуклидам глубина активации должа быть меньше глубины локальных повреждений, а по третьему больше нее. Это означает, что глубина .активгации по двум радионуклидам выбирается, исходя из задаваемой зна|чимой глубины повреждений, и что язвы, меньшие по глубине, чем минимальная глубина активации, охарактериз.овать нельзя и они вносят погрешность в бпределегную величину Хр. Решение систшла уравнений, призе-денной в формуле изобретения, при наличии градуировочных кривых для трех радионуклидов несложно. Хр находят по кривой () экстремального отнсааения ходят по формулам г Г 1,2) и Xjj определяют с помоишю кривой Аа(х.) следующим образом: находят . с А-СХр), вычитают величину (1- |)А, из экспериментального значения N. ум S ножают разность на - это дает АЗ t ° кривой А (х) находят величину (хр + х) и, зная х, вычисляют Хд . Здесь рассмотрели самый общий слу чай, когда присутствует и равномерны и локальный унос вещества с поверхности. Более npocTue случаи, наприме отсутствие равномерного разрушения, позволяют обойтись двумя радионуклидами. С помощью двух радионуклидов, как. показано выше, можно определить (х, |Я-) и ,х, наборы параметров но определение Хр и Хд требует, как и в общем случае, трех радионуклидов в метке. Проблема чувствительности и точности предложенного способа контроля связана не только с точностью эк спер ентальных замеров текущей активности и известных гранулировочных кривых, но и с формой распределения радионуклидов по глубине. Кро ме того, в погрешность определения ;входят все мелкие язвы, не проходящие насквозь через радиоактивные сло с минимальной глубиной активации. Оийбки связаны с самой определяемой величиной, увеличиваются с ее уменьшением,в лучшем случае они составляют 3-5%,достигая 20-30%при малыхвеличи Jiax определяемых параметров с учетом п грешности градуировочных кривых. Пример. Для исследования кавитации поверхности зубьев стальных шестерен насосов-датчиков рабочую поверхность зуба площгщью 12 х 20 мм активируют двумя способами - термодиффузией и облучением на циклотроне. Термодиффузионное внедрение дало слой с радионуклидом Fe глубиной л 5 мкм., активация протонами сэнергией 7 МэВ и альфа-частицами с энергией 45 МэВ под углом 15° дает слой глубиной мкм и слой ®Со глубиной/ 80 мкм. Градуировочные кривые получают истиранием образца, активированного идентичным образе. Равномерность активации про веряется авторадиографией и составля ет .более 90%, начальная активность радионуклидов составляет 3 2 и 5 . Измерения активности проводят Ge(LiJ полупроводниковым детектором объемом 40 см перед испытанием и после него. Ошибка воспроизводства геометрии измерений менее 1%. С учетом поправок на распад оставшаяся после испытаний относительная активность радионукли дов составляет 30,60 и 90% соответственно для Ре,Со и со. Решение системы уравнений с использованием полученных градуировочных кривых дает значения Хо 2,5 мкм; - 0,1 гЪр и X 4 2р мкм. Погрешность полученных значений составляет 10%. Проверка этих резуль татов профилографированием, методом отпечатков и визуально дает хорошее согласие. Таким образом, предложенный способ позволяет одновременно определять ряд характеристик разрушения поверхности изделий в разных процессах. Это имеет большое практическое значение для контроля питтинговой коррозии, эрозии и кавитации и многих других процессов разрушения поверхности изделий. Предложенный способ расширяет и дополняет возможности метода радиоиндикаторов для контроля и управления технологическими процессами. Формула изобретения Способ контроля разрушения поверхности изделия, заключающийся в акти- вации изделия и эталона радионуклидами, регистрации убыли активности в процессе разрушения поверхности и определении характеристик разрушения поверхности с использовании градуировочных кривых, связывающи 1 убыль активности эталона с величиной разрушенного поверхностного слоя, о тличающийся тем, что, с целью повышения экспрессности способа путем одновременного получения характеристик PC-IB номерного и локальных разрушений поверхности, активацию изделия проводят равномерно по поверхности тремя видами радионуклидов, причем глубину активации по ргщионуклидэм задают меньше, а по третьему больше, чем глубина лЬкбшьных повреждений на изделии; а толщину равномерного по поверхности иэ.делия слоя унесенного вещества х, степень локального разрушения поверхности 7 и среднюю глубину язв о Х находят из системы уравнений V-(, Kup, «i4 - io) ), где So - активированная площадь поверхности изделия; Sj - площадь локальных разрушений, попавшая в зону активации;N N f % - результаты измерения активности радионуклидов, причем первые два шлеют меньшую, чем третий, глубину залегания;

активности радионуклидов , ос та вшиеся после равномерного уноса слоя вещества толщиной X и определяемые

по эталону.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 184501, кл.С 01 N 3/56, 1965,

2.Авторское свидетельство СССР 497505, кл. G 01 N 3/56, 1975 (прототип).