Способ определения прочности сцепления покрытия с подложкой Советский патент 1992 года по МПК G01N19/04 

Изобретение относится к испытанию материалов, а именно к способам определения прочности сцепления покрытия с подложкой.

По основному авт. св. № 1280498 известен, способ определения прочности сцепления покрытия с подложкой, по которому на соединение воздействуют лазерным импульсом длительностью не более 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 определение прочности сцепления в образцах с разным ее значением путем воздействия на них лазерными импульсами с практически равной плотностью энергии по сечению

луча, при этом материал располагают перпендикулярно к падающему излучению.

При этом при небольших значениях энергии лазерного импульса площадь участка нарушения сцепления покрытия с подложкой равна сечению лазерного импульса, При проведении испытаний с использованием задиафрагмированного луча, т.е. луча с практически постоянной плотностью энергии по его сечению, в образцах даже с разной адгезией разница в величинах площадей нарушенных участкой сцепления 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 от

О

ы ю

ю

плотности энергии лазерного импульса при больших ее значениях выходит на насыщение. Т.е. площадь нарушения сцепления практически не изменяется с увеличением плотности энергии.

Все 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 с со стороны прозрачного для лазерного импульса слоя до нарушения сцепления покрытия с подложкой и определения прочности сцепления по соотношению площадей нарушенных и ненарушенных участков, согласно изобретения используют лазерный импульс с монотонно изменяющейся по сечению лазерного луча плотностью энергии, а соединение располагают под острым углом к оптической оси распространения лазерного импульса. .

Изобретение осуществляется следующим образом.

На прозрачную подложку одним из известных способов наносят непрозрачное покрытие или на непрозрачную подложку наносят прозрачное покрытие. На полученное соединение со стороны его прозрачной части воздействуют лазерным импульсом длительностью не более с с монотонно изменяющейся плотностью энергии, при этом соединение располагают под острым углом по отношению к оптической оси распространения лазерного импульса.

Указанный характер распределения плотности энергии по сечению лазерного луча может быть получен путем пропускания лазерного импульса через светофильтр с изменяющимся коэффициентом поглощения или через рассеивающую или фокусиру- ющую линзу (при этом соединение располагают за .фокусом).

Энергия импульса при попадании на соединение поглощается непрозрачным слоем, в месте поглощения происходит локальный разогрев, вследствие чего возникают термоупругие напряжения, процессы испарения и термохимической деструкции, идущие на границе сцепления покрытия с подложкой.

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 с 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 (X - расстояние от края лазерного луча, Y - плотность энергии излучения на расстоянии X 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 фокусирующей линзы и расположением образца под углом а 60° к оптической оси распространения лазерного импульса; на фиг, 6 - соответствующий ей график.,

В качестве лазера использовали импульсный лазер ОГМ-20 (Я 694 мм, т-3 х с, размер пучка 0,5 см2). Лазерный луч сканировали по поверхности образца со стороны прозрачного слоя.5

Сканируя лазерный луч по соединению, образовывали координационную сетку из 20 импульсов и на границе сцепления подложки с покрытием определяли площади разрушенных участков сцепления. Парал- 10 лельно контроливали величину энергии лазерного импульса по прибору ИКТ-1.

Условия проведения опытов и полученные результаты приведены в табл. 2.

Был испытан также известный способ. 15 Испытывались те же материалы, что и в предлагаемом способе. На материалы воздействовали импульсом лазера ОГМ-20. длительностью с практически равной 10 с практически равной плотностью энергий по 20 сечению луча (за счет диафрагмирования).

Результаты испытаний приведены в табл. 3 (для сравнения там же приведены результаты испытаний предлагаемого способа, опыт 1).25

Как видно из табл. 3, для материалов, имеющих различную адгезию, разница соотношений площадей нарушенных и ненарушенных 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, имеющих различную адгезию, значительно шире, чем диапазон изменения этих значений, определяемых по известному способу- прототипу, что имеет особенно1 большое значение при сравнительном испытании материалов значительно различающихся по адгезионной прочности.

Формул а изобретения Способ определения прочности сцепления покрытия с подложкой по авт. св. № 1280498, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности, используют лазерный импульс с монотонно изменяющейся rto сечению лазерного луча плотностью энергии, а соединение располагают подострым1 углом к оптической оси распространения лазерного импульса.

-Изобретение относится к способам испытания многослойных материалов, в частности к способам определения прочности сцепления покрытия с подложкой, и позволяет повысить точность. На материал воздействуют лазерным импульсов длительностью не более с 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.

Полиэтилентерефта латная пленка

Целлофан

Силикатное стекло

Полиэтилентерефталат- ная пленка с адгезионным подслоем

90

1-2

О О

Т а б л и ц а 2

Фи t f

№/5

Фиг. 2

Фиг.б