СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ СЦЕПЛЕНИЯ ПОКРЫТИЯ С ОСНОВОЙ
METHOD OF DETERMINING ADHESION STRENGTH OF COATING WITH BASE

Изобретение относится к исследованиям механических свойств покрытий, а именно к способам определения прочности сцепления покрытия с основой.
Известен аналогичный способ [1], в котором прочность сцепления покрытия с подложкой определяют отрывом от покрытия штифта, который вставлен в коническое отверстие матрицы заподлицо с рабочей поверхностью матрицы. При этом реализуется схема испытаний на «чистый отрыв» без заметного наличия изгибающих и срезающих составляющих в фиксируемом усилии отрыва.
Недостатком данного аналога является низкая достоверность получаемых результатов из-за высокой вероятности разрушения покрытия по периметру штифта, а также вследствие наличия трения покоя между штифтом и матрицей. Кроме того, данный способ ограничен оценкой прочности сцепления покрытия с основой только на «отрыв» и только на специальных образцах.
В качестве прототипа выбран способ [2], в котором на подложке формируют покрытие, прикладывают к нему сдвигающее усилие и по величине разрушающей нагрузки определяют адгезионную прочность соединения, причем с целью повышения достоверности определения адгезионной прочности соединений спаянных, склеенных или обожженных материалов, формирование покрытия осуществляют методом "сидячей" капли, сдвигающее усилие создают с помощью пластины с отверстием, в котором располагают каплю, диаметр которого выбирают в 5-10 раз больше исходного диаметра капли, а величину Т сдвигающего усилия выбирают из условия T/F≅150 МПа, где F - площадь контакта капли с подложкой.
Недостатком данного аналога является низкая достоверность получаемых результатов из-за наличия неоднородности поля сдвигающих напряжений в стыке покрытия с подложкой вследствие точечного приложения сдвигающих усилий. Кроме того, данный способ ограничен оценкой прочности сцепления покрытия с основой только на «срез» и только на специальных образцах.
Технический результат изобретения заключается в повышении достоверности оценки адгезионной прочности сцепления покрытия с основой, а также в расширении возможности способа.
Технический результат достигается тем, что на основу наносят покрытие в виде «сидячей» капли, прикладывают к нему усилие и по величине разрушающей нагрузки определяют адгезионную прочность сцепления как отношение разрушающей нагрузки к площади отрыва покрытия, при этом на локальном участке покрытия формируют «сидячую» каплю из припоя с впаянной в нее гибкой тягой, а усилие на отрыв или на срез прикладывают к гибкой тяге, после отрыва «сидячей» капли с покрытием от основы оценивают площадь отрыва покрытия.
Способ реализуется по следующим этапам.
- На выбранном участке поверхности детали (или образца) ножом наносят риски в виде «решетки» с размером ячейки 1…3 мм. Данные надрезы используются в качестве концентраторов для формирования отрываемого участка покрытия. Это позволяет упростить оценку площади отрыва покрытия путем подсчета оторванных ячеек.
- Облуживают поверхность полученной решетки припоем. Облуживание выполняют путем размещения на поверхности покрытия, смазанной жидким флюсом, кусочка припоя и его разогрева в пламени газовой горелки, что исключает механическое воздействие на покрытие. Если поверхность покрытия не облуживается, то на покрытие наносят тонкий слой материала, имеющего способность к облуживанию (медь, олово, серебро и др.). Чем больше ожидаемая прочность сцепления покрытия с основой, тем тверже выбирают марку припоя.
- Берут гибкую тягу и облуживают один конец припоем той же марки, что и в предыдущем пункте. В качестве гибкой тяги может быть использован стальной трос диаметром 1…2 мм или металлическая цепь с размером звена 1…2 мм.
- Подводят облуженный конец гибкой тяги к облуженному участку покрытия и, разогревая место контакта газовой горелкой, припаивают гибкую тягу к покрытию. При этом в зоне спая формируется «сидячая» капля, в которую впаяна гибкая тяга. Если требуется оценка прочности сцепления покрытия с основой на отрыв, то гибкую тягу припаивают нормально к поверхности покрытия. Если требуется оценка прочности сцепления покрытия с основой на срез, то гибкую тягу располагают касательно к поверхности покрытия.
- Прикладывают монотонно возрастающую нагрузку к свободному концу гибкой тяги вдоль его оси, т.е. нормально к поверхности покрытия при оценке прочности сцепления покрытия на «отрыв» и касательно к поверхности покрытия при оценке прочности сцепления покрытия на «срез». Нагружение выполняют до отрыва покрытия и фиксируют нагрузку отрыва.
- Определяют площадь отрыва методом планиметрирования или путем подсчета оторванных от основы ячеек, сформированных надрезами, сформированными в первом пункте.
- Рассчитывают прочность сцепления покрытия с основой, как отношение разрушающей нагрузки к площади отрыва покрытия.
Пример. Определяли прочность сцепления серебряного покрытия с медной основой на отрыв. Нанесли на плоском участке поверхности с покрытием надрезы в виде «решетки» с размером ячейки 1 мм, сформированной тремя продольными и тремя поперечными надрезами.
2
Нанесли на поверхность решетки флюс ЛТИ-120 и облудили ее припоем ПОС-61. Один из концов стального троса диаметром 1 мм облудили тем же припоем. Подвели облуженный конец троса нормально к поверхности и припаяли его к покрытию в пламени газовой горелки. Начали нагружать свободный конец троса, создавая отрывающее усилие в месте пайки. При достижении нагрузкой величины 70 Н произошел отрыв троса с покрытием от основы. При этом произошел отрыв 1 ячейки площадью 1 мм. Расчетное значение прочности сцепления серебряного покрытия с основой составило 70 МПа.
Используемая литература
1. А.с. №1809370. Образец для определения прочности сцепления покрытия с подложкой / Тимашев С.А., Фоминых В.В., Фоминых Е.В., Филимонов Б.В.. Опубл. 15.04.1993 г.
2. Патент РФ №2019817. Способ определения адгезионной прочности / Борисенко А.А. Опубл. 15.09.1994 г.