УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СПЛОШНОСТИ ПОКРЫТИЯ НА ЛИСТОВОМ ПРОКАТЕ ПРИ ЕГО ДЕФОРМАЦИИ
DEVICE FOR DETERMINING COATING CONTINUITY ON SHEET ROLLING AT ITS DEFORMATION

Изобретение относится к области физико-химического анализа и может быть использовано для определения сплошности диэлектрических или металлических покрытий на полосовом металлическом прокате (например, стальном) при выполнении деформации образцов с покрытиями, преимущественно при испытании на прочность диэлектрических (например, полимерных) покрытий и при испытании на пластичность металлических покрытий методом выдавливания по Эриксену листов и лент с указанными покрытиями [1].
В данном описании следующий термин понимается в соответствии с источником информации [2, п. 3.1]:
«пластичность» - Способность металлического или иного покрытия переносить как пластическое, так и упругое деформирование без разрушения или растрескивания.
Необходимо подчеркнуть, что в источнике информации [2] речь идет только о металлических покрытиях. Поэтому понятие «пластичность» покрытия применимо только к металлическим покрытиям. В связи с этим, в данном описании это понятие будет применяться только к металлическим покрытиям.
В данном описании следующий термин понимается в соответствии с источником информации [3, п. 3.1 и приложение Е]:
«полимерное покрытие» - это полимерное (лакокрасочное, пластизолевое) покрытие: Пленка на основе высокомолекулярных соединений на поверхности проката, сформированная при горячей сушке нанесенных валковым методом жидких лакокрасочных материалов (грунтовок, отделочных и защитных эмалей, пластизолей) и обладающая комплексом защитных, декоративных, физико-механических и других специальных свойств;
«прочность покрытия при растяжении» - Метод определения прочности покрытия при растяжении основан на растяжении образца сферическим пуансоном до образования на выдавленном участке трещин и (или) отслоения.
Следует отметить, что в источнике информации [3] речь идет только о полимерных покрытиях. Поэтому понятие «прочность» покрытия применимо только к диэлектрическим (например, полимерным) покрытиям. В связи с этим, в данном описании это понятие будет применяться только к диэлектрическим покрытиям.
Следующие термины понимаются в соответствии с источником информации [4, стр. 20]:
«электролит» - раствор, проводящий ток;
«ячейка (электролитическая)» - сосуд с раствором (проводящим ток) и электродами, а также другими приспособлениями, необходимыми в каждом отдельном случае;
«электроды» - материалы, контактирующие с электролитом и являющиеся проводниками тока; анод - электрод, к которому поступают электроны со стороны раствора, катод - электрод, с которого электроны переходят в раствор.
Термин «электролитическая ячейка» в дополнение к определению, приведенному выше из источника информации [4, стр. 20], понимается в соответствии с источником информации [5, стр. 243]:
«электролитическая ячейка» - Электролитическая ячейка … содержит два электрода, погруженные в … раствор.
В данном описании вторым электродом для электролитической ячейки является деформируемый образец с покрытием.
Следующие термины понимаются в соответствии с источником информации [6, стр. 4]:
«электрический контакт» - соприкосновение тел, обеспечивающее непрерывность электрической цепи;
«контакт-деталь» - деталь, соприкасающаяся с другой при образовании электрического контакта.
Известно устройство «Детектор микроотверстий Elcometer 270/4» для определения сплошности диэлектрических (полимерных) покрытий толщиной до 500 мкм, нанесенных на проводящее основание, включающее датчик, на конце которого находится губчатый материал различной конфигурации, смоченный в проводящей жидкости, сигнальный кабель, встроенный или внешний источник тока. Устройство предусматривает модели в вариантах с одним, двумя или тремя значениями напряжений (9 В, 67,5 В и 90 В) в зависимости от толщины покрытия [7].
К недостаткам такого устройства относятся, во-первых, невозможность его использования для определения сплошности покрытия в процессе выполнения деформации образца, например, при выдавливания лунки в образце по Эриксену; во-вторых, наличие внешнего или встроенного источника питания, который необходимо менять в зависимости от толщины покрытия; в-третьих, частое (в условиях производства проката с полимерным покрытием) применение датчика, оборудованного губчатым материалом, приводит к его загрязнению и износу, что требует дополнительных трудозатрат на профилактические работы и уменьшает срок его эксплуатации; в-четвертых, после каждого перерыва в работе губчатый материал необходимо промывать и смачивать жидкостью заново, что увеличивает трудоемкость использования данного устройства; в-пятых, загрязнение и износ губчатого материала увеличивают электрическое сопротивление датчика прибора и требуют повышения напряжения, для чего необходим внешний источник питания с регулируемым напряжением, чем усложняется процесс измерения.
Наиболее близким к заявляемому устройству, принятым за прототип, является устройство для определения сплошности полимерного покрытия, включающее рабочий элемент с электропроводной жидкостью и прибор контроля тока. Рабочий элемент выполнен в виде электролитической ячейки, изготовленной из диэлектрического материала, в нижней части которой расположен электрод, выведенный нижним концом наружу и выполненный из материала, не пассивирующегося в применяемой электропроводной жидкости, а верхняя часть имеет контактный элемент, выполненный из пластичного коррозионно-стойкого материала, при этом электролитическая ячейка снабжена системой ее заполнения электропроводной жидкостью с поддержанием уровня выпуклого мениска на поверхности электропроводной жидкости в контактном элементе и нижним концом электрода контактирует с электропроводным элементом, соединенным с прибором контроля тока. Кроме того, электрод может быть выполнен из графита, контактный элемент может быть выполнен из резины, а электропроводный элемент, для удобства проведения испытаний, выполнен в форме металлического стакана, в который вставлена электролитическая ячейка [8].
Недостатком данного устройства является то, что оно не позволяет определять прочность диэлектрического (например, полимерного) покрытия в процессе непрерывной деформации образца с диэлектрическим покрытием и позволяет выявлять только те сквозные дефекты (поры или трещины) в диэлектрическом покрытии, которые уже имеются, так как для появления электрического тока необходимо, чтобы сквозные дефекты (поры, трещины) уже были изначально в испытуемом диэлектрическом покрытии. То есть, сквозные дефекты должны быть в наличии либо сразу после нанесения диэлектрического (например, полимерного) покрытия на металлическую (стальную) основу, что будет говорить об отсутствии сплошности в испытуемом диэлектрическом (например, полимерном) покрытии исходного (без деформации) образца, либо эти дефекты должны возникнуть в изначально сплошном диэлектрическом (например, полимерном) покрытии после выполнения деформации металлического образца с испытуемым диэлектрическим (например, полимерным) покрытием. В последнем случае определение прочности испытуемого диэлектрического (например, полимерного) покрытия становится очень трудоемким (по времени) процессом, так как требует многократно повторять цикл, состоящий из последовательно выполняемых на разных устройствах двух операций: операции деформации образца с испытуемым диэлектрическим (например, полимерным) покрытием и операции проверки сплошности испытуемого диэлектрического (например, полимерного) покрытия. При этом для увеличения точности определения сплошности испытуемого диэлектрического (например, полимерного) покрытия в каждом вышеуказанном цикле величина деформации образца с испытуемым диэлектрическим (например, полимерным) покрытием должна быть как можно меньше, а это приводит к увеличению трудоемкости процесса определения сплошности испытуемого диэлектрического (например, полимерного) покрытия, так как чем меньше величина деформации каждого цикла, тем больше необходимо выполнить этих циклов. Для исключения многократно повторяемых вышеуказанных циклов необходимо при определении прочности диэлектрического (например, полимерного) покрытия две последовательно выполняемые на разных устройствах операции (деформации образца с диэлектрическим покрытием и контроля диэлектрического покрытия) заменить одной новой операцией с совмещенными во времени (одновременно выполняемыми) функциями непрерывной деформации металлического (например, стального) образца и контроля сплошности нанесенного на него диэлектрического (например, полимерного) покрытия, причем эта новая операция должна выполняться в одном устройстве. Это позволило бы при выполнении непрерывного процесса деформации образца с испытуемым диэлектрическим покрытием обеспечить непрерывную фиксацию (запись) как величины непрерывно возрастающей производимой деформации образца с испытуемым диэлектрическим покрытием, так и момента образования сквозных дефектов (трещин, пор) в испытуемом диэлектрическом покрытии. Однако, устройство-прототип не позволяет проводить определение сплошности диэлектрических покрытий в процессе их непрерывной деформации вместе с металлической основой, например, при выдавливания лунки по Эриксену, при этом не только в диэлектрических (например, полимерных) покрытиях, но и в металлических катодных (например, медных, никелевых, алюминиевых, серебряных и др.) покрытиях, нанесенных на металлическую основу (например, на сталь), с одновременной фиксацией (записью) графиков как величины непрерывно производимой возрастающей деформации образца с покрытием, так и момента нарушения сплошности диэлектрического или металлического катодного покрытия в процессе деформации исследуемого образца, то есть в момент образования в диэлектрическом или металлическом покрытии сквозных дефектов (пор, трещин) до металлической (например, стальной) основы, на которую нанесено испытуемое покрытие. По этой причине устройством-прототипом не только невозможно быстро и с малой трудоемкостью (с небольшими затратами времени) с высокой степенью точности определить прочность диэлектрических покрытий на металлической (например, стальной) основе, но и невозможно вообще определить пластичность металлических покрытий на металлической основе, так как в последнем случае в устройстве-прототипе при соприкосновении металлического катодного покрытия с электропроводным раствором электролитической ячейки сразу будет возникать ток, не позволяющий достоверно (без предварительных исследований) судить о наличии или отсутствии дефектов (трещин, пор) в испытуемом металлическом катодном покрытии на металлической (например, стальной) основе.
Задачей предлагаемого технического решения является создание нового патентоспособного устройства, позволяющего достичь технические результаты, заключающиеся в обеспечении возможности определения прочности беспористых диэлектрических (например, полимерных) покрытий и пластичности беспористых катодных металлических (например, медных, никелевых, алюминиевых, серебряных и др.) покрытий на листовом металлическом (например, стальном) прокате в процессе выполнения непрерывной деформации, например, при выдавливании лунки по Эриксену исследуемых образцов с указанными испытуемыми покрытиями без применения внешнего источника напряжения за счет разности электродных потенциалов, возникающей в электропроводной жидкости между металлическими участками основы (например, стальной), открывшимися в момент образования в испытуемом покрытии сквозных дефектов (трещин, пор) при выполнении непрерывной деформации исследуемого образца, и электродом (например, графитовым), вмонтированным в дно электролитической ячейки, путем обеспечения выполнения одной новой операции с одновременно выполняемыми функцией выполнения непрерывной деформации металлического (например, стального) образца с испытуемым покрытием и функцией непрерывного контроля сплошности нанесенного на него диэлектрического (например, полимерного) или металлического катодного покрытия, а также в снижении трудоемкости определения прочности беспористых диэлектрических (например, полимерных) покрытий и пластичности беспористых металлических катодных (например, медных, никелевых, алюминиевых, серебряных и др.) покрытий на листовом металлическом (например, стальном) прокате.
Помимо этого, задачей изобретения является расширение арсенала технических средств аналогичного назначения.
Поставленные задачи изобретения решаются, а технические результаты достигаются тем, что в устройстве для определения сплошности покрытия на листовом прокате при его деформации, содержащем измерительный прибор и электролитическую ячейку, изготовленную из диэлектрического материала, в нижней части которой расположен электрод, выполненный из материала, не пассивируемого применяемой электропроводной жидкостью, а в верхней части расположен контактный элемент, выполненный из пластичного коррозионно-стойкого материала, причем электролитическая ячейка снабжена системой ее заполнения, дополнительно к этому (в отличие от прототипа) устройство снабжено подъемным столиком и узлом деформации (например, прибором для выдавливания лунки по Эриксену), размещенным над подъемным столиком, который соединен с узлом деформации с возможностью вертикального перемещения относительно узла деформации, при этом на подъемном столике закреплена вертикальная направляющая, а электролитическая ячейка соединена с вертикальной направляющей с возможностью перемещения вдоль нее и подпружинена относительно подъемного столика в направлении к узлу деформации пружинящим элементом, причем к электроду присоединен проводник, который подключен к измерительному прибору.
С целью упрощения конструкции заявляемого устройства вертикальная направляющая изготовлена в виде цилиндрического стакана, который закреплен на столике, а проводник, присоединенный к электроду, размещен в соосных отверстиях, выполненных соосно с электродом в дне цилиндрического стакана и в столике, при этом электролитическая ячейка выполнена в виде цилиндрического сосуда и вместе с пружинящим элементом, выполненным в виде цилиндрической пружины, размещена с возможностью вертикального перемещения в цилиндрическом стакане, в боковой стенке которого выполнена продольная прорезь, причем в продольной прорези размещен фиксатор, присоединенный к боковой стенке цилиндрического сосуда.
Новые признаки изобретения в совокупности с известными признаками образуют неразрывную совокупность, которая позволяет решить задачи изобретения и достичь технические результаты.
Действительно, дооборудование устройства узлом деформации, (например, прибором для выдавливания лунки по Эриксену), подъемным столиком, установленным с возможностью вертикального перемещения относительно узла деформации вместе с закрепленной на нем вертикальной направляющей с электролитической ячейкой, соединенной с вертикальной направляющей с возможностью вертикального перемещения и контактирующей с пружинящим элементом, а также присоединение к электроду проводника, который подключен к электроизмерительному прибору, обеспечивает выполнение на заявленном устройстве новой операции с совмещенными во времени (одновременно выполняемыми) функцией выполнения непрерывной деформации металлического (например, стального) образца и функцией выполнения непрерывного контроля сплошности нанесенного на него диэлектрического (например, полимерного) или металлического катодного покрытия. Это достигается благодаря тому, что предлагаемое устройство обеспечивает следующее: вертикальное перемещение электролитической ячейки до прижатия пластичного контактного элемента к поверхности испытуемого образца со стороны нанесенного сплошного (беспористого) диэлектрического или металлического катодного покрытия с усилием, исключающим вытекание электропроводной жидкости (электролита) из электролитической ячейки в зоне контакта пластичного контактного элемента с испытуемым покрытием исследуемого образца, при этом необходимое усилие прижатия обеспечивает пружинящий элемент (например, цилиндрическая пружина). Кроме того, в процессе деформации (выдавливания лунки) исследуемого образца с испытуемым покрытием пружинящий элемент позволяет опускаться электролитической ячейке под действием деформируемого образца и при этом обеспечивает герметичность в зоне контакта пластичного контактного элемента с испытуемым покрытием деформируемого образца, исключая вытекание электропроводной жидкости (электролита) из электролитической ячейки. Излишки электролита, образованные за счет изменения (уменьшения) объема жидкости в пластичном контактном элементе электролитической ячейки при деформации испытуемого образца, вытесняются в заливную (для электролита) воронку (или иную систему заполнения электролитической ячейки), повышая в ней уровень электролита, чем автоматически обеспечивается улучшение контакта электролита с поверхностью испытуемого покрытия непрерывно деформируемого образца за счет давления, создаваемого разностью уровней электролита в пластичном контактном элементе и заливной воронке, в которой уровень электролита автоматически становится выше, чем в зоне контакта электролита с испытуемым покрытием, при этом эту разность уровней электролита вместе с упомянутым давлением можно легко увеличить добавлением электролита в заливную воронку после возникновения контакта между пластичным контактным элементом и поверхностью испытуемого покрытия непрерывно деформируемого образца, причем электролитическая ячейка через обратную сторону исследуемого образца и проводник, присоединенный к электроду, подключен к измерительному прибору в течение всего времени выполнения непрерывной деформации исследуемого образца вместе с испытуемым покрытием, что обеспечивает возможность одновременной фиксации (записи) как величины непрерывно производимой возрастающей деформации образца с покрытием, так и момента нарушения сплошности диэлектрического или металлического катодного покрытия в процессе выполнения непрерывной деформации металлической (стальной) основы, то есть в момент образования в диэлектрическом или металлическом катодном покрытии сквозных дефектов (трещин, пор) до металлической (например, стальной) основы, на которую нанесено испытуемое покрытие.
Для металлических катодных покрытий на металлическом (например, стальном) образце мгновенно возникший ток в момент осуществления контакта электролита с поверхностью сплошного (беспористого) металлического катодного покрытия непрерывно деформируемого образца записывается на измерительном приборе (например, светолучевом осциллографе), при этом одновременно измерительным прибором (например, на осциллограмме) фиксируются отметки изменяющейся величины деформации образца. При появлении в металлическом катодном покрытии сквозных дефектов (пор, трещин) до основы (например, стальной) ток скачкообразно возрастает, при этом зафиксированная величина деформации образца (например, глубина лунки) является показателем пластичности металлического катодного покрытия. В случае испытания металлического (например, стального) образца с беспористым (сплошным) диэлектрическим (например, полимерным) покрытием, при контакте испытуемого диэлектрического покрытия с электропроводной жидкостью электролитической ячейки ток будет отсутствовать и возникнет только в момент (который будет зафиксирован) появления в диэлектрическом (например, полимерном) покрытии хотя бы одного сквозного дефекта (поры, трещины) в процессе выполнения непрерывной деформации исследуемого образца, при этом будет зафиксирована величина деформации (глубина лунки), при которой произошло нарушение сплошности диэлектрического (например, полимерного) покрытия.
Необходимо отметить, что при наличии сквозных дефектов (пор, трещин) в диэлектрическом (например, полимерном) покрытии в исследуемом образце на это укажет заявляемое техническое решение (устройство) возникновением тока в измерительном приборе сразу после возникновения контакта между электропроводящей жидкостью электролитической ячейки и диэлектрическим (например, полимерным) покрытием до начала выполнения непрерывной деформации исследуемого образца. Наличие сквозных дефектов (пор, трещин) в металлическом катодном (например, никелевом или алюминиевом) покрытии исследуемого образца будет установлено заявленным техническим решением (устройством) возникновением максимального тока в измерительном приборе (например, многоканальном светолучевом осциллографе) сразу после возникновения контакта между электропроводящей жидкостью электролитической ячейки и металлическим катодным (например, никелевым или алюминиевым) покрытием исследуемого образца, что будет говорить о наличии сквозных дефектов (пор, трещин), причем в случае последующего выполнения непрерывной деформации исследуемого образца с испытуемым покрытием (для обеспечения достоверности полученного результата) скачка величины тока не произойдет.
Следует подчеркнуть, что возникновение в предлагаемом устройстве скачка тока в измерительном приборе, также как и появление тока в устройстве-прототипе, позволяет установить при выполнении непрерывной деформации исследуемого образца только сам факт нарушения сплошности испытуемого покрытия, то есть появление при выполнении непрерывной деформации (для предлагаемого устройства) или факт наличия (для устройства-прототипа) в испытуемом покрытии сквозных дефектов (пор, трещин), но не позволяет определить количественные характеристики этих дефектов (количество пор, трещин и суммарную их площадь), что при таком исследовании образца с защитным покрытием не требуется. Поэтому не играет роли величина возникающего скачка тока при непрерывной деформации металлического образца с защитным диэлектрическим или катодным металлическим покрытием, важно только то, что скачок тока в измерительном приборе возникает.
Следовательно, новые признаки (отличительные) в совокупности с известными (ограничительными) признаками позволяют заявленному техническому решению (устройству) достичь вышеуказанные технические результаты, так как при использовании заявленного технического решения (устройства) обеспечена возможность достаточно быстро с высокой точностью определять прочность диэлектрических (например, полимерных) покрытий и пластичность металлических катодных покрытий на металлических (например, стальных) образцах в процессе выполнения их непрерывной деформации.
Устройство для определения сплошности покрытия на листовом прокате при его деформации, являясь новым, расширяет арсенал технических средств аналогичного назначения, что дополнительно является одной из задач изобретения.
Таким образом, все указанные задачи изобретения решены, а технические результаты могут быть достигнуты совокупностью известных (ограничительных) и новых (отличительных) признаков, указанных в независимом пункте формулы изобретения, при практической реализации заявленного устройства.
Предпочтительная форма выполнения некоторых признаков заявленного технического решения (устройства для определения сплошности покрытия на листовом прокате при его деформации) указана в зависимом пункте формулы изобретения.
Не ограничивающий вариант осуществления заявленного технического решения (устройства для определения сплошности покрытия на листовом прокате при его деформации) для пояснения формулы изобретения описан ниже со ссылкой на чертеж в качестве примера.
На чертеже изображено устройство для определения сплошности покрытия на листовом прокате при его деформации.
Устройство для определения сплошности покрытия на листовом прокате при его деформации содержит измерительный прибор 1, электролитическую ячейку 2, изготовленную из диэлектрического материала в виде цилиндрического сосуда, в нижнюю часть которого (представляющей собой дно цилиндрического сосуда) герметично вмонтирован электрод 3, выполненный из материала, не пассивируемого применяемой электропроводной жидкостью, например из графита, а в верхней части закреплен контактный элемент 4, выполненный в виде воронки из пластичного коррозионно-стойкого материала, например из резины. При этом герметично вмонтированный в дно электролитической ячейки 2 электрод 3 нижним концом выступает наружу, а верхним концом выступает внутрь электролитической ячейки 2. Электролитическая ячейка 2 снабжена системой ее заполнения электропроводной жидкостью с воронкой 5, выступающей над верхним краем контактного элемента 4 и подсоединенной к боковому выводу электролитической ячейки 2. Устройство снабжено подъемным столиком 6 и размещенным над ним узлом деформации, выполненным в виде узла для выдавливания лунки по Эриксену, содержащего корпус 7, выполненный заодно с матрицей 8, в которой выполнено круглое отверстие 9 для выдавливания лунки в исследуемом образце 10, при этом в корпусе 7 выполнено продольное прямоугольное отверстие 12 для размещения в нем исследуемого образца 10 над круглым отверстием 9 на матрице 8. Матрица 8 с корпусом 7 жестко закреплена на плите 11. Узел деформации содержит также завинченную в корпус 7 прижимную гайку 13, служащую для прижима исследуемого образца 10 к матрице 8, пуансон 14, на нижнем конце которого закреплен с возможностью вращения шарик 15 диаметром 20 мм для выдавливания лунки в исследуемом образце 10. Пуансон 14 завинчен в прижимную гайку 13 с возможностью стопорения относительно прижимной гайки 13 защелкой 16, подпружиненной пружиной 17. При этом защелка 16 выполнена в виде штифта, запрессованного в стопорное кольцо 18, установленное на прижимной гайке 13 с возможностью поперечного перемещения. В пуансоне 14 выполнено глухое отверстие 19 с возможностью размещения в нем конца защелки 16 под действием пружины 17. На верхнем конце пуансона 14 при помощи штифта 20 жестко закреплен за втулочную часть лимб 21 с разметкой величины деформации, выполненной в виде выступающих наружу штырьков 22, равномерно запрессованных по окружности лимба 21 в боковую его цилиндрическую поверхность с обеспечением величины деформации исследуемого образца 10 с шагом 0,1 мм. На втулочную часть лимба 21 установлена шестерня 23 с возможностью вращения относительно лимба 21. Шестерня 23 находится в зацеплении с шестерней 24 привода 25, закрепленного на плите 11. В Лимбе 21 выполнены отверстия 26, а в шестерне 23 выполнены отверстия 27 с возможностью их соосного совмещения. Это позволяет в случае жесткой фиксации лимба 21 с шестерней 23 при помощи фиксатора 28, вставленного в соосно совмещенные отверстия 26 и 27 (как это показано на чертеже), проводить испытания в автоматическом режиме при помощи включенного привода 25, а в случае свободного вращения лимба 21 и шестерни 23 относительно друг друга, что обеспечивается при извлеченном (на чертеже не показано) фиксаторе 28, проводить испытания в ручном режиме. При работе с устройством в ручном режиме вращение пуансона 14 осуществляют накидным рычагом 29 (на чертеже показано штрихпунктирными тонкими линиями). Устройство содержит микропереключатель 30, закрепленный на кронштейне 31, который с помощью пружины 32 постоянно прижат к лимбу 21, что обеспечивает постоянство положения микропереключателя 30 относительно лимба 21 и возможность взаимодействия его кнопки срабатывания с запрессованными по окружности лимба 21 выступающими штырьками 22 при вращении лимба 21 вместе с пуансоном 14 во время выполнении деформации в исследуемом образце 10. Подъемный столик 6 с возможностью продольного (а значит и вертикального) перемещения относительно узла деформации с матрицей 8 закреплен на вертикальной стойке 33, которая жестко присоединена снизу к плите 11, при этом вертикальное перемещение подъемному столику 6 вдоль вертикальной стойки 33 обеспечивает привод 34. Электролитическая ячейка 2 с возможность вертикального перемещения закреплена при помощи винта 35 в вертикальной направляющей, которая выполнена в виде цилиндрического металлического (может быть выполнен из диэлектрического материала) направляющего стакана 36, жестко закрепленного разъемным соединением на подъемном столике 6. Винт 35 через вертикальную прорезь 37, выполненную в боковой стенке направляющего стакана 36, завинчен в боковую стенку электролитической ячейки 2, выполненной в виде цилиндрического сосуда, размещенного внутри направляющего стакана 36 с возможностью вертикального перемещения. В направляющем стакане 36 размещена цилиндрическая пружина 38, на которую опирается внутри стакана 36 электролитическая ячейка 2, при этом выступающий наружу из дна электролитической ячейки 2 нижний конец электрода 3 размещен соосно внутри цилиндрической пружины 38, а цилиндрический сосуд электролитической ячейки 2 размещен в направляющем стакане 36 с минимальным зазором (возможно размещение по скользящей посадке). К нижнему концу электрода 3 присоединен (возможен вариант с разъемным соединением, например винтовым, на чертеже не показано) проводник 39, подсоединенный к положительному полюсу измерительного прибора 1, к отрицательному полюсу которого подсоединен исследуемый образец 10 проводником 40. Электролитическая ячейка 2 вместе с электродом 3 и контактным элементом 4, а также вместе с направляющим стаканом 36 размещены на подъемном столике 6 соосно с круглым отверстием 9 в матрице 8 и шариком 15 пуансона 14 с возможностью контактирования верхнего края контактного элемента 4 электролитической ячейки 2 с нижней поверхностью исследуемого образца 10, прижатого сверху к матрице 8 прижимной гайкой 13. В качестве измерительного прибора 1 может быть использован, например, светолучевой многоканальный осциллограф, в котором для работы заявленного устройства задействованы два измерительных канала, один из которых использован для контроля тока в электролитической ячейке 2, а другой для измерения величины непрерывно производимой деформации исследуемого образца 10. При этом, как об этом упомянуто выше, в канале измерительного прибора 1 (например, светолучевого многоканального осциллографа), используемого для контроля тока в электролитической ячейке 2, отрицательный полюс подсоединен проводником 40 к электропроводной основе исследуемого образца 10, а положительный полюс присоединен проводником 39 к электроду 3. Для обеспечения возможности измерения величины непрерывно производимой деформации исследуемого образца 10 использован источник питания 41, в качестве которого может быть применен любой из известных низковольтных источников постоянного тока слабой мощности, обеспечивающий величину тока в миллиамперметрах или долях миллиамперметра, необходимую для любого гальванометра, входящего в комплект гальванометров используемого измерительного прибора (например, светолучевого многоканального осциллографа) или специально для этого приобретенного. Источник питания 41 подключен проводниками 42 и 43 к каналу измерительного прибора 1 для измерения величины непрерывно производимой деформации исследуемого образца 10 через микропереключатель 30. Проводник 39 свободно проходит сквозь соосные отверстия 44 и 45, которые выполнены соосно электроду 3 соответственно в цилиндрическом направляющем стакане 36 и подъемном столике 6.
Устройство для определения сплошности покрытия на листовом прокате при его деформации может быть использовано следующим образом.
Металлический (например, стальной) исследуемый образец 10, имеющий диэлектрическое или металлическое катодное покрытие, с верхней стороны смазывают тонким слоем графитовой смазки УССА по ГОСТ 3333-80 [9], вставляют в прямоугольное отверстие 12 корпуса 7 и укладывают испытуемым покрытием вниз на матрицу 8 над круглым отверстием 9 под прижимной гайкой 13 с завинченным пуансоном 14 и шариком 15. При снятом фиксаторе 28 вращением вручную накидного рычага 29 (при одновременном предотвращении вращения прижимной гайки 13 придерживанием вручную за стопорное кольцо 18) поворачивают пуансон 14 до соосного совпадения подпружиненной защелки 16 и глухого отверстия 19, при котором защелка 16 под действием пружины 17 автоматически заглубляется в глухое отверстие 19, при этом прижимная гайка 13 оказывается жестко зафиксированной на пуансоне 14 защелкой 16, утопленной концом в глухое отверстие 19 (на чертеже не показано). Затем пуансон 14 и прижимную гайку 13 совместно вращают вручную накидным рычагом 29 до прижатия с большим усилием исследуемого образца 10 к матрице 8, после чего накидной рычаг 29 убирают. Электролитическую ячейку 2 устанавливают на пружинящий элемент (цилиндрическую пружину) 38 в цилиндрический направляющий стакан 36, жестко закрепленный на подъемном столике 6, и с помощью винта 35 через продольную прорезь 37 закрепляют в цилиндрическом направляющем стакане 36 с возможность продольного (вертикального) перемещения. Через воронку 5 заливают электропроводную жидкость (электролит) в электролитическую ячейку 2, например, в виде водного раствора аммония роданистого [10] концентрацией 20-100 г/л, до появления в резиновом контактном элементе 4, выполненном в виде воронки, выступающего выпуклого мениска. Затем включают привод 34 подъемного столика 6 и электролитическую ячейку 2 перемещают вверх до прижатия верхнего края резинового контактного элемента 4 к поверхности испытуемого покрытия исследуемого образца 10 с усилием, исключающим вытекание электропроводной жидкости (электролита) в зоне контакта контактного элемента 4 с испытуемым покрытием исследуемого образца 10, при этом излишки электролита вытесняются из электролитической ячейки 2 в заливную воронку 5, автоматически увеличивая в ней уровень электролита по отношению к поверхности испытуемого покрытия, с которой происходит соприкосновение электролита (электропроводной жидкости) в контактном элементе 4, что улучшает условия смачивания поверхности испытуемого покрытия электролитом и проникновения его в сквозные дефекты (поры, трещины), возникающие в испытуемом покрытии при выполнении деформации (выдавливании лунки) в исследуемом образце 10. Прекращение перемещения подъемного столика 6 конечным выключателем (на чертеже не показан) обеспечивает постоянство прижима контактного элемента 4 к испытуемому покрытию исследуемого образца 10, которое создает пружинящий элемент (цилиндрическая пружина) 38. После этого канал измерительного прибора 1 для контроля тока в электролитической ячейке 2 отрицательным полюсом подсоединяют проводником 39 к электропроводной основе исследуемого образца 10 и положительным полюсом присоединяют проводником 39 к электроду 3, а к каналу измерительного прибора 1 для измерения величины непрерывно производимой деформации исследуемого образца 10 подсоединяют источник питания 41 проводниками 42 и 43 через микропереключатель 30. Затем устанавливают фиксатор 28 в предварительно соосно совмещенные отверстия 26 и 27 и извлекают конец защелки 16 из глухого отверстия 19 нажатием с противоположной стороны на стопорное кольцо 18 против действия пружины 17, расцепляют прижимную гайку 13 и пуансон 14 и включают привод 25 поворота пуансона 14 с шариком 15, после чего стопорное кольцо 18 отпускают. При этом измерительный прибор 1 одновременно начинает производить запись тока, образованного в электролитической ячейке 2 за счет возникшей разности потенциалов между испытуемым покрытием исследуемого образца 10 и угольным (графитовым) электродом 3. В качестве измерительного прибора 1 для контроля (измерения) тока в электролитической ячейке 2 и измерения величины непрерывно производимой деформации исследуемого образца 10 использован светолучевой многоканальный осциллограф типа H117/1 с двумя задействованными гальванометрами, подобранными по характеристикам из гальванометров, входящих в комплект светолучевого осциллографа типа H117/1). Светолучевой осциллограф типа НI17/1 предназначен для одновременной регистрации на фотобумаге, не требующей химического проявления, и на бромосеребряной фотоленте значений токов или напряжений. Скорость перемещения фотоленты может иметь одно из 14 значений в пределах от 0,5 до 10000 мм/с. Отметчик времени оптико-механический с регулировкой интервалов между отметками в пределах от 0,002 до 2 с. Источник света - ртутная лампа или лампа накаливания. [11, стр. 169-170]. Включенный в отдельную измерительную цепь с источником питания 41 микропереключатель 35 наносит на осциллограмму отметки степени деформации исследуемого образца 10 с испытуемым покрытием с шагом, соответствующим перемещению пуансона 14 с шариком 15 вертикально вниз на 0,1 мм. В момент нарушения сплошности испытуемого покрытия (образовании сквозных дефектов в виде сквозных трещин, пор до металлической основы), нанесенного на исследуемый образец 10, электрический ток на осциллограмме скачкообразно возрастает как при диэлектрическом, так и при металлическом катодном покрытии на исследуемом металлическом (например, стальном) исследуемом образце 10, после чего деформацию исследуемого образца 10 прекращают, отключив привод 25 поворота пуансона 14 с шариком 15. По записанной осциллограмме определяют величину деформации (глубину лунки, выдавленной шариком 15) исследуемого образца 10, соответствующую скачку тока, которая является характеристикой прочности для диэлектрического (например, полимерного) покрытия и пластичности для металлического катодного покрытия. Затем опускают подъемный столик 6 с электролитической ячейкой 2 в исходное положение при помощи привода 34, извлекают фиксатор 28 и накидным рычагом 29 выкручивают пуансон 14 с шариком 15 до момента срабатывания защелки 16, при котором конец защелки 16 под действием пружины 17 попадает в глухое отверстие 19, выполненное в пуансоне 14, в результате чего пуансон 14 жестко фиксируется относительно прижимной гайки 13. После этого, продолжая выкручивание пуансона 14, возвращают прижимную гайку 13 в исходное состояние и извлекают деформированный образец 10 из корпуса 7.
Работа заявленного устройства проверена при испытании методом определения прочности полимерного покрытия растяжением по Эриксену в соответствии с ГОСТ Р 52146-2003 [3, п. 3.1 и приложение Е] горячеоцинкованного стального листа толщиной 0,65 мм, с лакокрасочным покрытием из полиэфирной эмали RAL 5005 с общей толщиной грунта и эмали 30 мкм. Выдавливание лунки проводили заявленным устройством с использованием в электролитической ячейке 5%-ного водного раствора аммония роданистого [10]. Испытания образцов в количестве 5 штук показали нарушение сплошности вышеуказанного лакокрасочного покрытия (образование сквозных пор, трещин до металла подложки) при глубине лунки 7,8-8,1 мм, в то время как разрыв основного металла происходил при глубине лунки 9,9-10,2 мм, причем в момент скачка он достигал величины 217-243 мА, затем в течение минуты, пока продолжался процесс выдавливания лунки в исследуемом образце до разрыва основы, плавно уменьшался до 140-150 мА.
Работа заявленного устройства при испытании металлических катодных покрытий на пластичность в соответствии с ГОСТ Р 9.317-210 [2, п. 3.1] проверена на стальных образцах толщиной 0,68 мм с алюминиевым сплошным (беспористым) покрытием (толщиной 24-30 мкм), полученным осаждением порошка алюминия в электростатическом поле с последующей прокаткой с обжатием 2,5-3,5% и термообработкой при 400°C в течении 2 часов. Выдавливание лунки проводили заявленным устройством с использованием в электролитической ячейке 5%-ного водного раствора аммония роданистого [10]. Испытания образцов в количестве 5 штук показали нарушение сплошности алюминиевого покрытия при глубине лунки 5,6-6,4 мм, при этом разрыв стальной основы происходил при глубине лунки 8,0-8,9 мм. При этом, в момент соприкосновения электропроводной жидкости (5%-ного водного раствора аммония роданистого) скачкообразно возникал электрический ток 35-45 мА, который затем плавно падал до 20-25 мА в процессе выдавливания лунки в образцах вплоть до образования сквозных дефектов в покрытии, после чего скачкообразно увеличивался в момент образования дефектов в покрытии и при этом скачке он достигал величины 217-243 мА, затем в течение минуты, пока продолжался процесс выдавливания лунки в образце до разрыва основы, плавно уменьшался до 140-150 мА.
Устройство для определения сплошности покрытия на листовом прокате при его деформации может быть широко использовано для оперативного (быстрого) и высокоточного исследования сплошности покрытий с определением прочности диэлектрических покрытий и пластичности металлических катодных покрытий на промышленных предприятиях, выпускающих листовой металлический (например, стальной) прокат с различными защитными покрытиями, в отраслях, потребляющих эту продукцию, например в машиностроении и строительстве, для входного контроля качества покрытий приобретенного проката с защитными покрытиями и в научно-исследовательских организациях, занимающихся разработкой новых технологических процессов нанесения защитных покрытий на листовой прокат. При этом следует подчеркнуть, что определение сплошности диэлектрических (например, полимерных) и металлических катодных покрытий на металлической (например, стальной) основе с определением прочности диэлектрических покрытий и пластичности металлических покрытий можно выполнять как в процессе выполнения непрерывной деформации, так и без выполнения деформации образцов с испытуемыми покрытиями, причем в последнем случае в покрытиях должны присутствовать сквозные дефекты (поры, трещины) и в этом случае будет выявлено нарушение сплошности покрытия.
Источники информации
1. ГОСТ 10510-80. Металлы. Методы испытания на выдавливание листов и лент по Эриксену (с изменениями от 1995 года действует по настоящее время).
2. ГОСТ Р 9.317-2010. Покрытия металлические. Методы измерения пластичности; п.3.1.
3. ГОСТ Р 52146-2003. Прокат тонколистовой холоднокатаный и холоднокатаный горячеоцинкованный с полимерным покрытием с непрерывных линий. Технические условия; п.3.1 и приложение Е.
4. Органическая электрохимия: В двух книгах: Кн. 1 / Под ред. М. Бейзера и X. Лунда - Пер с англ. / Под ред. В.А. Петросяна и Л.Г. Феоктистова. - М.; Химия, 1988, 469 с.; стр. 20.
5. А.К. Бобко и др. Физико-химические методы анализа. 1968, 335 с., таблиц 16, иллюстраций 155; стр. 243.
6. ГОСТ 14312-79. Контакты электрические.
7. http://www.elcometer.ru/перейти на сайт дистрибьютора в России, открыть или скачать каталог 68 с., 6,7 Мб; на стр. 40 имеется техническое описание Детектора микроотверстий Elcometer 270/4.
8. Патент РФ №2532592, G01N 15/08, опубликовано 10.11.2014 г, Бюл. №31.
9. ГОСТ 3333-80. Смазка графитная. Технические условия.
10. ГОСТ 27067-86. Аммоний роданистый. Технические условия.
11. Электрические измерения: Учебник для вузов / Байда Л.И., Добротворский Н.С, Душин Е.М. и др.; Под ред. А.В. Фремке и Е.М. Душина. - 5-е изд. - Л.: Энергия. Ленингр. отд-ние, 1980. - 392 с., ил.