Способ определения адгезионной прочности покрытий Советский патент 1993 года по МПК G01N19/04 

Изобретение относится к неразрушающему контролю адгезионной прочности и может быть использовано для контроля диффузионных соединений тонких металлических покрытий.

Целью изобретения является повышение точности при определении адгезионной прочности адгезии диффузионных соединений тонких металлических покрытий,

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, основанном на возбуждении стоячих акустических волн в системе пьезоэлемент-изделие с покрытием и на измерении резонансных характеристик нагруженного издолием пьезопреобразова- теля, определяют сжорость распространения продольной волны и величину ее затухания в изделии без покрытия и с покрытием и по изменению скорости распространения продольной волны и ее затухания определяют величину адгезионной прочности покрытия. Например, для покрытия TIN, нанесенного на образцы из стали 40Х, величина адгезии может быть определена по формулам а - К А V; (7 В (ACT1); AV V -V0; () - , где V и V0 - скорость распространения продольной волны в изделии с покрытием и без покрытия; (Q ) и

- затухание продольной волны в изделии с покрытием и без покрытия; к, В и п - коэффициенты, зависящие от материалов изделий и покрытия и для упомянутых покрытия и изделия,равные к- 1,8; В 175; п 0,4. Указанные соотношения установлены экспериментально на основе сопоставления Av с данными разрушающих испытаний

00

о

Ю

Ov

vj

и ДСГ1

(величины здгезии). Лервоначально определяют скорость распространения продольной волны и ее затухание в изделии без покрытия.

После нанесения покрытия скорость распространения продольной волны и ее затухания в изделии с покрытием увеличивается, так как нанесенное покрытие увеличивает жесткость изделия, что ведет к увеличению скорости распространения волны и вносит дополнительные потери акустической энергии на границе раздела покрытие - основа, что ведет к увеличению затухания. Увеличение адгезионной прочности покрытия приводит к увеличению скорости распространения продольной волны, так как увеличивается жесткость изделия и к уменьшению величины за тухания из-за уменьшения дополнительных потерь акустической энергии на границе раздела покрытие - основа. Так же,как и прототип}этот способ требует предварительной тарировки, при которой сопоставляются данные акустических исследований (изменения продольной скорости звука и затухания) с результатами разрушающих испытаний покрытий (величины адгезии).

На фиг. 1 приведена блок-схема для реализации способа; на фиг. 2 - вариант включения исследуемого образца в мостовую схему.. . .

Способ основан на резонансном методе двухсоставного пьезоэлектрического вибратора, сущность которого заключается в пьезоэлектрическом возбуждении стоячих акустических волн в сложной системе, состоящей из пьезопреобразователя в виде стержня кварца Х-среза (для продольных колебаний) и приклеенного к нему образца с покрытием или без покрытия. Используется вариант с одним преобразователем, включенным в мостовую схему, с компенсацией входной емкости преобразователя (фиг. 2). С генератора 1 качающейся частоты (ГКЧ)прибора для исследования амплитудно-частотных характеристик (фиг, 1) сигнал подается на Х-вход анализатора 2 этого же прибора. Со второго выхода ГКЧ 1 сигнал поступает на YH4 3, соединенный с мостовой схемой 4. Выход мостовой схемы 4 соединен с усилителем 5, с выхода которого сигнал поступает на Y-вход анализатора 2 и АЦП 6. ПЭВМ 7 выполняет функции сбора, накопления и обработки экспериментальных данных. Резонансная кривая отображается на экране анализатора 2. Физико-механические свойства образца оценивают по резонансному пику, все необходимые данные для расчета находятся в ОЗУ ПЭВМ 7. Скорость распространения

продольной волны V и величина затухания (обратная добротность) О 1 в образце определяются из соотношений:

-1

V06p 2 гыобрю ; Ообр Ов ( т0бр + тк ) - ОГ тк

ПЪбр

(Уобр +---(); Шобр

15

г.

U (Dp

где I - длина образца; бЫобр/Ув и ufe - резонансная частота образца, двухсоставного вибратора и кварцевого пьезопреобразователя соответственно} т0бр и тк масса образца и кварцевого пьезопреобразователя, Ообр , QB и QK - обратная добротность

образца, двухсоставного вибратора и кварцевого пьезопреобразователя; - резонансная частота; oi и ац -частота на высоте 0,707 резонансного пика.- Величины т0бр и I, (OK и определяются заранее и находятся в ОЗУ ПЭВМ. Непосредственно в эксперименте определяются величины шв и , расчет необходимых величин Vo6p и Ообр производится по приведенным соотношениям программно.

Первоначально измеряется скорость распространения продольной волны V0 и ее затухание (О )о в изделии без покрытия, затем - скорость распространения продольной волны V и ее затухания ()1 в изделии

с покрытием. Определение величины адгезионной прочности покрытия производится по формулам; а к AV; а -В (А ), AV - V - V0; АО 1 - () - , где к, В и п - коэффициенты, зависящие от материалов

изделия и покрытия.

Объектом исследования были образцы из стали 40Х без покрытия, на которые затем были нанесены покрытия TIN толщиной

2 - 6 мкм электродуговым способом на установке Булат. Величина адгезии а определялась по данным разрушающих испытаний методом внедрения конусного индентора. Эти данные сопоставлены с данными акустических исследований (измерения продольной скорости звука AV и затухания ) в табл. 1 и 2.

В результате этого сопоставления методом наименьших квадратов были определе- ны коэффициенты, зависящие от

материалов изделия и покрытия: к 1,8; В 0,4.

Использование в качестве величины корректирующих с адгезионной прочностью, скорости распространения продольной волны и ее затухания (в определение которых входят геометрические размеры и масса изделия) в изделии с покрытием и изменение этих величин относительно скорости распространения продольной волны и ее затухания в изделии без покрытия позволяет определять адгезионную прочность диффузионных соединений микронных металлических покрытий, что невозможно в способе-прототипе. Это имеет большое практическое значение при разработке и создании новых защитных и упрочняющих покрытий.,

Фор мул а изобретения

0

5

0

Способ определения адгезионной прочности покрытий, заключающийся в том, что в изделии с покрытием возбуждают акустические продольные стоячие волны, по параметрам которых судят об адгезионной прочности, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения при диффузионных соединениях металлических покрытий, до нанесения покрытия возбуждают акустические продольные стоячие волны в изделии без покрытия, в качестве параметров используют скорость распространения продольной волны и ее затухание, а об адгезионной прочности покрытия судят по разнице измеренных величин для изделия без покрытия и с покрытием.

.Та бл и ц а 1

Изобретение относится к неразрушающему контролю адгезионной прочности и может быть использовано для контроля диффузионных соединений тонких металлических покрытий. Целью изобретения является повышение точности при определении величины адгезии диффузионных соединений тонких металлических покрытий. При определении адгезионной прочности покрытий возбуждают стоячие акустические волны в системе пьезоэлемент - изделие с покрытием, измеряют резонансные характеристики нагруженного изделием пьезоп- реобразователя, определяют скорость распространения продольной волны и величину ее затухания в изделии без покрытия и с покрытием и определяют по изменению этих величин адгезионную прочность покрытия. 2 ил.

Таблица 2