Испытания на прочность сцепления

Адгезия покрытия к основному металлу обеспечивается преимущественно механическим сцеплением, тогда как сплавление, взаимная диффузия и физическая связь вандерваальсовыми силами служит обычно дополнением к механическому сцеплению. Это значит, что прочность сцепления покрытия с основой определяется величиной и характером шероховатости поверхности основного металла.

Для определения прочности сцепления покрытия с основным металлом применяют следующие способы испытаний:

1. Испытание на прочность сцепления втягиванием штифта (штифтовая проба);

2. Испытание на прочность сцепления на отрыв с использованием клея (клеевая проба);

3. Испытание на прочность сцепления путём сдвига;

4. Прочие способы (изгиб, царапание, циклическая ударная нагрузка, выдавливание).

Схема испытания на прочность сцепления втягиванием штифта показана рис. 10.9.

Рис. 10.9. Схема испытания на прочность сцепления

втягиванием штифта (штифтовая проба)

В цилиндрическое или коническое центральное отверстие, выполненное в основном металле А, вставляют штифт В таким образом, чтобы торцовая поверхность штифта и поверхность основы находились в одной плоскости. После сборки и предварительной обработки образцов для придания им шероховатости на верхнюю поверхность собранных образцов напыляют покрытие. При испытании основу А устанавливают на упор, а штифт В вытягивают вниз. Отношение нагрузки, при которой происходит отрыв штифта от покрытия, к площади его напылённого торца характеризует прочность сцепления с основой.

Схема испытания на прочность сцепления на отрыв с использованием клея (клеевая проба) показана рис. 10.10.

Рис. 10.10. Схема испытания на прочность сцепления с использованием клея (клеевая проба): 1 – клей; 2 - покрытие

Торцевую поверхность цилиндрического образца А (основной металл) подвергают предварительной обработке для придания шероховатости, а затем напыляют на неё требуемое покрытие. К поверхности покрытия приклеивают цилиндрический образец В, диаметр которого равен диаметру образца с покрытием, и проводят испытание на растяжение. Прочность сцепления в таком случае определяется как частное от деления разрушающей нагрузки на площадь торцевой поверхности. Толщина напылённого покрытия при этом виде испытаний должна быть не менее 0,25 мм иметь равномерную толщину по всей поверхности. В качестве клея используют эпоксидную смолу.

На рис. 10.11 показано испытание сдвигом на образце, полученном приклеиванием.

Рис. 10.11. Испытание на прочность сцепления покрытия при сдвиге (плоский склеенный образец): 1 – покрытие; 2 – клей

Образец получают приклеиванием металлической пластины В к поверхности покрытия с основным металлом А. Во время испытания определяют максимальное усилие, при котором происходит отделение покрытия от основного металла. Путём деления значения этого усилия на площадь приклеивания определяют прочность покрытия на сдвиг. Необходимо следить за тем, чтобы в процессе действия сдвигающей нагрузки на основной металл и металлическую пластину в рабочей зоне образца возникали чистые напряжения среза.

Прочность сцепления покрытия определяют также путём испытания на сдвиг по схеме, показанной на рис. 10.12.

Рис. 10.12. Испытание на прочность сцепления покрытия при сдвиге (цилиндрический образец): 1 – покрытие; 2 – матрица

На центральную часть поверхности цилиндрического образца А (основного металла) напыляют исследуемое покрытие. Образец без покрытия входит по скользящей посадке в матрицу. Затем образец с покрытием устанавливают в матрице таким образом, чтобы покрытие опиралось на торцовую поверхность матрицы. Размеры цилиндрического образца и покрытия показаны на рис. 10.13. Прочность сцепления при сдвиге для такого образца определяют как отношение усилия срезающей нагрузки к площади цилиндрической поверхности, на которую напылено покрытие.

Рис. 10.13. Размеры образца для испытания на прочность сцепления при сдвиге: 1 – покрытие; 2 – 29,36 мм после напыления и 28,35±0,13 мм после чистовой обработки; 3 – вырез 0,76 мм; 4 – поверхности, параллельные друг другу перпендикулярные оси образца

Упрощённые способы испытаний:

1. Испытание на изгиб. После напыления покрытия на плоский образец его изгибают и определяют угол изгиба в момент возникновения трещин в покрытии.

2. Испытание царапанием. Этот способ используют для оценки прочности сцепления покрытия из металлов с низкой твёрдостью. На покрытии специальным резцом, перпендикулярно расположенным к поверхности основы, наносят две параллельные царапины таким образом, чтобы полностью прорезать покрытие. Прочность сцепления характеризуется расстоянием между этими канавками, при котором покрытие будет отделяться от основы.

3. Испытание циклической ударной нагрузкой. О прочности сцепления судят по числу ударов и степени отслоения покрытия после многократного сбрасывания шарика или бойка на данный участок поверхности образца.

4. Испытание выдавливанием. Этот наиболее применяемый на практике способ качественной оценки прочности сцепления и других свойств напылённых покрытий заключается во вдавливании стального шарика в поверхность плоского образца со стороны, противоположной покрытию, с последующим визуальным осмотром деформированной поверхности покрытия.

10.4.2. Износостойкость и фрикционные свойства напылённых покрытий

На рис. 10.14 представлена сравнительная характеристика износостойкости различных сплавов. Значения износа были получены при истирании образцов наждачной бумагой в течение 1 мин при скорости скольжения 8 м/с (давление 1,66 МПа). Наибольшую величину износа показала низкоуглеродистая сталь, а наименьшую – сплав колмоной № 6.

На рис. 10.15 показан относительный износ различных покрытий. Представленные данные основаны на результатах испытаний на абразивный износ в среде абразивного шлама. Наиболее высокую износостойкость показывает покрытие из механической смеси карбида вольфрама с кобальтом (17%), полученное плазменным напылением.

Фрикционные свойства напылённых покрытий играют важную роль в повышении износостойкости деталей и механизмов машин. Пористая поверхность напылённых покрытий, обладая способностью к удержанию смазочного материала на поверхности, обеспечивает повышенную износостойкость.

Рис. 10.14. Влияние износа (мг) как характеристики износостойкости различных сплавов: 1 – низкоуглеродистая сталь; 2 – коррозионно-стойкая сталь типа 18-8, содержащая молибден; 3 – хромомолибденовая сталь; 4 – стеллит № 66; 5 – стеллит № 33; 6 – стеллит № 11; 7 – сплав на хромово-никелевой основе; 8 – колмоной № 4; 9 – колмоной № 5; 10 – колмоной № 6

Рис. 10.15. Относительный износ (%) для различных покрытий: 1 – сплав карбида вольфрама с кобальтом (17%), плазменное напыление в аргоне; 2 – сплав карбида вольфрама с кобальтом (17%), плазменное напыление аргоно-водородной плазмой; 3 – керамика системы Cr₂O₃ – SiO₂, плазменное напыление аргоно-водородной плазмой; 4 – сплав карбида вольфрама с кобальтом (50%) с добавлением никеля, хрома, железа, бора, алюминида никеля, плазменное напыление аргоно-водородной плазмой; 5 – особо тонкий порошок сплава оксида алюминия и оксида титана (13%), плазменное напыление аргоно-водородной плазмой; 6 – сплав оксида алюминия с оксидом титана (13%), плазменное напыление аргоно-водородной плазмой; 7 – твёрдое хромовое покрытие (электролитическое); 8 – композиционное покрытие системы Fe – Mo – Al – B, плазменное напыление в среде азота или аргона; 9 – смесь с содержанием 75% Мо, плазменное напыление аргоно-водородной плазмой; 10 – композиционный материал в виде смеси сплава никеля (с хромом, бором и кремнием) с алюминиевым порошком, плакированным молибденом, газопламенное напыление

При испытании, например, стального закалённого вала через 2,5…3 ч после прекращения подачи смазочного масла происходит разрушение масляной плёнки, что приводит к резкому увеличению коэффициента трения и появлению заедания в подшипнике. Заедание же вала со стальным напылённым покрытием начинается в подшипнике только через 22,5 ч при постепенном повышении коэффициента трения. В случае использования смазочного масла с добавлением графита вал со стальным напылённым покрытием работает без заедания в течение 190 ч с момента прекращения подачи масла.

Дата добавления: 2015-07-07