Образец для определения прочности сцепления покрытия с подложкой Советский патент 1993 года по МПК G01N19/04 

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к образцам для определения адгезионной прочности сцепления покрытий с подложкой.

Целью изобретения является повышение точности определения прочности сцепления покрытий с подложкой для покрытий, когезионная прочность на срез которых не превышает их адгезионную прочность к материалу штифта от отрыв, путем исключения сил Ван-дер-Ваальса.

На чертеже изображен образец для испытаний на адгезионную прочность сцепления покрытий с подложкой.

Образец представляет собой подложку

1. штифт 2, который размещен в отверстии заподлицо с рабочей поверхностью подложки 1, покрытие 3, нанесенное на рабочую поверхность подложки 1 и торец 4 штифта

2. Отверстие.в подложке 1 и штифт 2 выполнены в виде усеченного конуса с меньшим основанием одного и того же диаметра, расположенным со стороны покрытия 3. Конусность штифта 2 не превышает конусности i отверстия, а диаметр меньшего основания I конуса выбран от 1 до 2 толщины покрытия 3.

00

о

ю

О) х| О

Испытания проводят следующим образом.

В отверстии подложки 1 размещают штифт 2 заподлицо с рабочей поверхностью подложки 1 и наносят испытуемое покрытие 3 одним из известных способов газотерми- : ческого напыления, Определение прочности сцепления покрытий с подложкой 1 производят прикладыванием к штифту 2 отрывающей нагрузки, до разрушения покрытия 3. . ... . ,: - : . . . ;

При соблюдении условия, что конусность штифта 2 не превышает конусности отверстия, а диаметр меньшего основания конуса должен быть 1 -2 толщины покрытия 3, обеспечивается испытание образца на чистый отрыв, По величине измеренной отрывающей нагрузки судят об адгезионной прочности сцепления покрытия 3 с подложкой 1.

Известно, что при испытания образцов наблюдается разрушение образцов с покрытием по периметру, либо разрушение по границе покрытие-штифт. Тип разрушения обусловлен сложным напряженным состоянием при испытании, когда помимо нормальных напряжений возникают напряжения среза и изгиба. Для испытаний на адгёзионную прочность применяют образцы с диаметром штифтов от 2,0 до 15,0 мм.

При больших диаметрах штифтов и малой толщине напиленного покрытия наблюдается разрушение покрытия по периметру штифта, т. е; испытание выполняется на срез, а не на отрыв. v: ,

При увеличении ТОЛЩИНУ напыленного покрытия до величины, равной диаметру штифта или больше него, снижается значение прочности сцеплений покрытия с подложкой из-за влияния внутренних напряжений, что также снижает прочность сцепления покрытий с подложкой на адге- зионный отрыв.

Нанесенные с помощью гезотермиче- ского напыления покрытия имеют многослойное формирование, при котором . последующее наложение расплавленных капель напыляемого материала происходит на остывшие частицы. Строение слоя, сформированного за один; проход газовой горелки или плазмотрона, неоднородно и определяется различным энергетическим состоянием, обусловленным градиентом температур и скоростью частиц в центральной и периферийной области напыления. В покрытии действуют различные напряжения, зависящие от его величины и толщины.

Необходимо учитывать, что при многослойном напылении на поверхность подложки происходит усадка напыленного слоя. С ростом толщины покрытия из-за влияния внутренних напряжений, которые возникают в результате усадки напыленного материала, может произойти разрушение контактной зоны и, в конечном счете, отслоение покрытия от подложки.

При d/h 1, где d - диаметр отверстия, h - толщина покрытия, покрытие испытывается на чистый отрыв, но напряжение в переходной зоне покрытие-подложка увеличиваются, так как зона соприкосновения штифта с подложкой по образующей является концентратором напряжений и наступает момент, когда покрытие может отслоиться от подложки без приложения, внешней нагрузки. При увеличении диаметра штифта и постоянной толщине покрытия

максимальные напряжения возникнут по

линии контакта, а покрытие испытывается

на срез. -...-..:. :;;: : :,:,-.... : ;.;,;. .. -.. ..; . ..-.

. Испытание на чистый отрыв необходиMQ выполнять в интервале d/h 1,0, но не превышающих величин, при которых прочность сцепления покрытий с подложкой на отрыв равна прочности сцепления покрытий с подложкой на срез, т. е. d/h 2,0,

Прочность сцепления нанесенных покрытий с подложкой испытывалась на образцах, конструкция которых представлена на рис. в подложке 1, изготовленной из стали 45, с помощью сверла и развертки выполнеНо конусное отверстие. В отверстии размещен конусный штифт 2 заподлицо с поверхностью подложки 1, при этом конус- норть штифта была меньше конусности of- верстия. После сборки штифта 2 с

подложкой 1 поверхность под напыление подвергалась абразивно-струйной обработке. Затем на прйёрхности подложки 1 и штифта 2с помощью газотермического напыления наносили покрытие ПГ-ХН80СРЗ. Толщину напыленного покрытия измеряли С | помощью штангенциркуля с точностью до 0,05 мм, Испытания образцов производили на разрывной машине Р-10.

Результаты испытаний образцов на адгезйон кую прочность сцепления покрытий с подложкой приведены в таблице.

Из таблицы видно, что при d/h 2,0 получили максимальное значение & 112 МПа (см. пример 2), допускаемое отклонение результатов в пределах 5%, что составляет № 106 МПа.

Анализ результатов испытаний на прочность сцепления напыленных покрытий с подложкой позволяет сделать вывод о том,

что отношение диаметра штифта к толщине напыленного покрытия не должно быть больше 2,0, так как при d/h 2,0 покрытие работает на срез, и не меньше 1,0, так как при выходе за эти пределы возрастают внутренние напряжения, влияющие на получение достоверных результатов испытаний.

Получение достоверных результатов испытаний намыленных покрытий на адгези- онный отрыв возможно только при условии 1,0 d/h 2,0. Это соотношение получено экспериментально, но подтверждается математически. При значениях d/h меньше 1,0 (пример 4) и при d/h 2,0 (пример 5) получили заниженные значения прочности сцепле- ния покрытий с подложкой, а максимальные Значения прочности сцепления напыленно- го Покрытия с подложкой возможны при ус- ловии 1,0 Ј d/h is 2,0. Соотношение 1,0 d/h 2,0 справедливо для любого ма- териала.Таким образом применение предложенного образца позволяет повысить достоверность получаемых результатов при определении прочности сцепления напЦ- ленных материалов с поверхностью напыляемых изделий за счет выбора диаметра рабочей поверхности штифта и толщины покрытия в оптимальном диапазоне, сниже-

ния уровня концентраций напряжений в

напыленном материале, снижения дополнительных погрешностей применением штифта с конусной поверхностью при общем повышении технологичности испытаний.

Формул а изоб ретени я Образец для определения прочности сцепления покрытия с подложкой, содержащий подложку с отверстием, штифт, размещенный в отверстии заподлицо с рабочей поверхностью подложки, и покрытие, нанесенное на рабочую поверхность подложки и торец штифта, о т л и чающийся тем, что, с целью повышения точности определения прочности сцепления покрытия с подложкой, для покрытий, когезионная прочность на срез которых не превышает их адгезион- ную прочность к материалу штифта на отрыв, путем исключения сил Ван-дер- Ваальса, отверстие ё подложке и штифт выполнены в виде усеченного конуса с меньшим основанием одного итого же диаметра, расположенным со стороны покрытия, конусность штифта не превышает конусности отверстия, а диаметр меньшего основания конуса выбран от 1 до 2 толщины покрытия.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к образцам для определения адгезионной прочности сцепления покрытия с подложкой. Цель: повышение точности определения прочности сцепления покрытия с подложкой для покрытий, когезионная прочность на срез которых не превышает их адгезионную прочность к материалу штифта на отрыв, путем исключения сил Ван-дер-Ваальса. Образец представляет собой подложку с отверстием, размещенный в отверстии заподлицо с рабочей поверхностью подложки штифт и покрытие, нанесенное на рабочую поверхность подложки и торец штифта одним из известных способов газотермического напыления. Отверстие в подложке и штифт выполнен в виде усеченного конуса с меньшим основанием одного и того же диаметра, расположенным со стороны покрытия. Конусность штифта не превышает конусности отверстия, а диаметр меньшего основания конуса выбран от 1 до 2 толщины покрытия. 1 ил., 1 табл. ел