УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕХОДНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ, ИЗНОСОСТОЙКОСТИ И АНТИФРИКЦИОННЫХ СВОЙСТВ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ
DEVICE MEASURING TRANSIENT RESISTANCE, WEAR RESISTANCE  AND ANTIFRICTION PROPERTIES OF ELECTROPLATED COATING

Изобретение относится к устройствам для измерения основных физико-механических свойств гальванических покрытий металлами и сплавами.
Физико-механические и химические свойства гальванических покрытий (коррозионная стойкость, микротвердость, паяемость, переходное электрическое сопротивление, пористость и др.) являются важной характеристикой качества и обуславливают область их применения. Развитие техники требует необходимости разработки гальванических покрытий, обладающих высокой износостойкостью и антифрикционными свойствами.
В [1, 2] приведены методика и кинематические схемы для определения износостойкости и антифрикционных свойств покрытий (фиг. 1). В данных схемах нагрузка (N) прикладывается к индентору (1), который совершает либо возвратно-поступательные (фиг. 1а) по поверхности образца с покрытием (2), либо вращательные движения (фиг. 1б).
Реализация кинематической схемы (фиг.1, а) по определению износостойкости осуществлена на установке, описанной в [3].
На основании закреплены двигатель типа РД-09 (78 об/мин) и платформа с исследуемым образцом, совершающая возвратно-поступательные движения при помощи шкива с эксцентрично закрепленной планкой. На образец с покрытием помещается индентор, имеющий наконечник в виде цилиндра диаметром 1 мм, который прикручивается к стержню. Стержень располагается в сепараторе, который обеспечивает плавное перемещение его в строго вертикальном направлении. На верхнюю часть стержня можно помещать разновесы.
Измеряемым показателем является число двойных возвратно-поступательных движений образца с покрытием, которое затрачивается до обнаружения основы металла и пересчитанное к толщине покрытия равному 1 мкм.
В качестве недостатков данной установки можно перечислить следующие:
1) конструкция установки обеспечивает плавное изменение нагрузки на индентор, начиная с 1 Н;
2) данная установка позволяет исследовать только одно свойство - износостойкость гальванических покрытий.
Для измерения переходного электросопротивления в [4] предлагается приспособление, простое в изготовлении и удовлетворяющее требованиям [1] в части обеспечения силы нажатия на контакт (0,1 до 1,0 Н), в основу которого положен принцип работы весов.
На основании закреплена стойка, в которой на подшипнике установлено коромысло с эталонным контактом (полусфера различного радиуса из свежеполированной латуни или покрытая золотом) и противовесом. Сила нажатия эталонного контакта на образец с покрытием создается с помощью разновесов. Подвод токоведущего и потенциального проводов осуществляется через ось подшипника. Измерение переходного электросопротивления проводят по четырехпроводной схеме, которая позволяет минимизировать погрешности, связанные с собственным электрическим сопротивлением проводов, которое часто сопоставимо со значением переходного электросопротивления некоторых покрытий.
Недостатком данной установки также является то, что он позволяет определять только переходное сопротивление гальванических покрытий металлами и сплавами.
Реализация кинематической схемы (фиг.1, б) по определению антифрикционных свойств осуществлена на установке [5], которая наиболее близка по технической сущности к предлагаемому устройству и выбрана авторами в качестве прототипа.
Антифрикционные свойства металлов и сплавов, как правило, оцениваются по следующим параметрам: прирабатываемость, коэффициент и сила трения [6].
<mrow><mi>f</mi><mo>=</mo><mfrac><mi>F</mi><mi>N</mi></mfrac></mrow>
На основании закрепляется двигатель типа РД-09, на валу которого закрепляется шкив. На шкиве размещается образец с покрытием, представляющий собой круг диаметром 40 мм с отверстиями для крепления. На образец помещается индентор, имеющий в качестве наконечника цилиндр диаметром 1 мм, закрепленный на коромысле. Коромысло с прикрепленным индентором уравновешивается с помощью противовеса, а регулировочным винтом по индикатору устанавливается параллельное положение коромысла относительно основания прибора. Данное положение коромысла необходимо для перпендикулярности действия нагрузки, которая обеспечивается разновесами. Индентор с наконечником граммометра соединяется с помощью тонкого металлического поводка. С помощью регулировочных винтов крепления граммометра устанавливается «0». Затем включается двигатель, образец с покрытием совершает вращательные движения, а индентор отклоняется в зависимости от силы трения на определенное расстояние от своего первоначального положения. Сила трения (F) определяется при помощи граммометра. Прирабатываемость покрытия определяется по времени (t) образования ровной гладкой дорожки на покрытии. Коэффициент трения (f) рассчитывается по уравнению
(где N - нагрузка на индентор).
Достоинством приведенной установки является возможность плавного изменения нагрузки от 0 Н. Недостатком - можно исследовать только антифрикционные свойства гальванических покрытий (коэффициент, силу трения и прирабатываемость).
Техническим результатом реализации предлагаемого устройства является возможность на одном приборе проводить исследования таких важных свойств покрытий как:
1) переходное сопротивление;
2) износостойкость;
3) антифрикционные свойства (сила трения, коэффициент трения, время прирабатывания).
Это достигается тем, что в устройстве для исследования свойств гальванических покрытий, состоящем из основания, на котором закрепляется коромысло с противовесом и индентором, двигатель и граммометр, отличающемся тем, что на валу двигателя закреплен шкив с кривошипом, который обеспечивает возвратно-поступательное движение горизонтальной платформы, ограниченное с помощью направляющего устройства, включающего в себя направляющие стойки, прикрепленные к основанию и направляющую планку, прикрепленную к горизонтальной платформе.
На фиг. 2 приведен чертеж предлагаемого устройства, на фиг. 3 приведен местный вид горизонтальной платформы, соединенной с кривошипом. На основании (1) закреплены двигатель типа РД-09 (2) и коромысло (3) с противовесом (4), индентором (5) и осью (6) для разновесов (7). Также на основании закреплены граммометр (8) и направляющие стойки (9) в которых расположена горизонтальная платформа (10), к нижней поверхности которой прикреплена направляющая планка (11) для кривошипа (12), закрепленного на валу двигателя. На верхней поверхности горизонтальной платформы фиксируется с помощью прижимных планок (13) образец с покрытием (14). Для фиксации коромысла и предотвращения случайного соскальзывания индентора с поверхности образца концевик коромысла размещается в контрольной стойке (15). Горизонтальное положение коромысла устанавливается с помощью регулировочного винта (16) и пружины (17). Значение граммометра перед измерением силы трения на «0» устанавливается с помощью специального крепления граммометра (18), которое обеспечивает перемещение последнего и фиксацию с помощью крепежных винтов (19). Для присоединения проводов от омметра на основании закреплены клеммы (20), электрически соединенные с индентором через ось подшипника (21).
Не выявлены решения, имеющие признаки заявляемого способа.
Исследование переходного электросопротивления покрытий осуществляется следующим образом: к коромыслу прикручивается контакт в виде цилиндра с полусферой различного диаметра на конце. С помощью противовеса уравновешиваются плечи коромысла (устанавливается нагрузка на контактную пару 0 Н). Индентор помещается на образец с покрытием, находящийся на горизонтальном столике и закрепленный с помощью планок, при необходимости, вращая регулировочный винт, устанавливают строго горизонтальное положение коромысла, для обеспечения перпендикулярности действия нагрузки. На ось индентора помещается разновес необходимой массы. К образцу с покрытием и индентору подключаются контакты от омметра и производится измерение величины переходного электросопротивления покрытия по четырехпроводной схеме.
Для исследования износостойкости покрытия необходимо контакт для измерения переходного сопротивления заменить на индентор для измерения износостойкости, который имеет в качестве наконечника цилиндр диаметром 1 мм. С помощью противовеса уравновесить коромысло и установить его строго горизонтально. На ось индентора поместить разновес определенной массы. Включить привод двигателя и засечь время, за которое индентор протрет покрытие до основы. Зная частоту вращения и толщину покрытия, рассчитать число возвратно-поступательных движений индентора на 1 мкм покрытия.
Для исследования антифрикционных свойств гальванических покрытий необходимо заменить горизонтальную платформу на шкив-платформу, на которой будет закреплен образец с покрытием. Коромысло с индентором для измерения антифрикционных свойств (цилиндр диаметром 1 мм) уравновешивают с помощью противовеса, выставляют строго горизонтально. Индентор помещается на покрытие, нагружается с помощью разновесов. К индентору от наконечника граммометра прикрепляется тонкий металлический поводок. Устанавливается начальное показание граммометра на «0». Включается привод двигателя и с помощью граммометра измеряется сила трения, а также с помощью секундомера измеряется время прирабатывания. Полученные результаты позволяют рассчитать коэффициент трения.
Литература
1. ГОСТ 9.302-88. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Методы контроля. - М.: Изд-во стандартов, 1988. - С. 65.
2. Кутьков А.А. Износостойкие антифрикционные покрытия. - М.: Машиностроение, 1976. - 152 с.
3. Виноградов С.Н., Шумилина Н.И. Электроосаждение сплава палладий-кадмий из аммиачно-трилонатного электролита // Защита металлов. - 1976. - Т. 12. - №4. - С. 482-484.
4. Перелыгин Ю.П. Усовершенствование методов измерения переходного электросопротивления и толщины гальванических покрытий // Гальванотехника и обработка поверхности. 1993. Т. 2. №4. - С. 65-66.
5. Перелыгин Ю.П., Виноградов С.Н., Киреев С.Ю. Износостойкость и антифрикционные свойства гальванических покрытий. Методы определения // Гальванотехника и обработка поверхности. 2012. №3, с 53-56.
6. Гаркунов Д.Н. Триботехника. - М.: Машиностроение, 1985 - С. 424.