способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий
Классы МПК: | G01N19/04 определение адгезионной способности, например изоляционных лент, покрытий |
Автор(ы): | Колчаев А.М. |
Патентообладатель(и): | Военный автомобильный институт |
Приоритеты: |
подача заявки:
1997-08-01 публикация патента:
20.08.1999 |
Способ предназначен для использования при исследовании антифрикционных покрытий, нанесенных на чугунные поверхности, работающие в условиях граничной смазки. Деформируют покрытие в виде пленок, нанесенных на поверхность образцов, путем перемещения шарового индентора с последующим его вращением. Материалы образцов имеют твердость, отличную от твердости материалов пленок. Индентор вращают относительно оси симметрии, перпендикулярной плоскости образцов. Измеряют силу вращения индентора и диаметр отпечатка на образце. Перемещение шарового индентора производят до пересечения границы раздела "покрытие-подложка", что обеспечивает срезание шероховатостями индентора, при его вращении, соединений на границе "покрытие-подложка", повышается качество определения тангенциальной адгезионной прочности покрытий, нанесенных фрикционно-механическим способом на поверхность одной из деталей пары трения, работающих в условиях граничной смазки. 2 ил., 1 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
Способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи покрытий, заключающийся в деформации покрытий в виде пленок материалов, нанесенных на поверхность образцов, материалы которых имеют твердость, отличную от твердости материалов пленок, путем перемещения шарового индентора с последующим его вращением относительно оси симметрии, перпендикулярной плоскости образцов, и измерении силы вращения шарового индентора и диаметра отпечатка на образцах, по которым определяют тангенциальную прочность, отличающийся тем, что перемещение шарового индентора производят до пересечения границы раздела "покрытие-подложка".Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области определения адгезионной прочности покрытий, нанесенных фрикционно-механическим способом, и может быть использовано при исследовании антифрикционных покрытий нанесенных на чугунные поверхности пар трения, работающих в условия граничной смазки. Наиболее близким по технической сущности решением к предлагаемому способу является метод определения прочности адгезионной связи на срез пленок одного материала, нанесенной на поверхность материалов, имеющих различную твердость, заключающийся в деформации пленок материалов образцов, имеющих различную твердость, шаровым индентором с последующим его вращением относительно оси симметрии, перпендикулярной к плоскости образцов, и измерением диаметра отпечатка индентора на образцах и силы, необходимой для вращения индентора /1/. Недостатком данного способа является то, что не определяются значения нормальной нагрузки на образцы и время ее приложения, соответствующие упругим деформациям в материале, на который нанесена пленка, и пластическим деформациям в месте контакта индентора с пленкой. Также не определяется момент перехода упругих деформаций в зоне контакта индентора с подложкой в упруго-пластические, что затрудняет точное перемещение индентора до границы раздела "пленка мягкого материала - подложка твердого материала", и соответственно измерение тангенциальной адгезионной прочности покрытия с достаточной точностью. Цель предлагаемого изобретения - повышение качества определения тангенциальной адгезионной прочности покрытий, нанесенных фрикционно-механическим способом на поверхность одной из деталей пары трения, работающих в условиях граничной смазки. Поставленная цель достигается тем, что в отличие от известного способа определения прочности адгезионной связи на срез, заключающегося в деформации покрытий в виде пленок материалов, нанесенных на поверхность образцов, материалы которых имеют твердость, отличную от твердости материалов пленок, путем перемещения шарового индентора с последующим его вращением относительно оси симметрии, перпендикулярной плоскости образцов, и измерении силы вращения шарового индентора и диаметра отпечатка на образцах, по которым определяют тангенциальную прочность, отличающийся тем, что перемещение шарового индентора производят до пересечения границы раздела "покрытие - подложка", что обеспечивает срезание шероховатостями индентора, при его вращении, соединений на границе раздела. Внешнее трение твердых тел обусловлено, с одной стороны, деформированием тонких поверхностных слоев одного из тел внедрившимися неровностями, с другой - срезанием соединений, возникающих на поверхности раздела двух тел в точках фактического контакта /2/. Коэффициент трения определяется по формуле:f - fадг + fдеф (1)
где fдеф - деформационная составляющая коэффициента трения;
fадг - адгезионная составляющая коэффициента трения. Адгезионная составляющая равна:
fадг=
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134007/964.gif)
где
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134007/964.gif)
pr - фактическое давление на контакте, МПа. При определении
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134007/964.gif)
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134007/964.gif)
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134007/964.gif)
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134007/946.gif)
где
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134007/964.gif)
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134007/946.gif)
dM =
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134007/964.gif)
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134003/183.gif)
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134003/183.gif)
Выражая r из ds через полярное расстояние, долготу и радиус сферы, получили в сферических координатах:
dM =
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134007/964.gif)
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134003/183.gif)
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134003/183.gif)
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134007/981.gif)
откуда в силу симметрии:
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134873/2134873-2t.gif)
Из этого выражения определяется тангенциальная прочность адгезионной связи, (
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134007/964.gif)
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134007/964.gif)
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134006/960.gif)
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134003/183.gif)
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134003/183.gif)
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134007/920.gif)
Пренебрегая величинами 3-го и выше порядка малости, получим:
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134007/964.gif)
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134003/183.gif)
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134006/960.gif)
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134003/183.gif)
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134003/183.gif)
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134007/920.gif)
С другой стороны
M = Fэкс
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134003/183.gif)
где Fэкс - экспериментально определяемое усилие для поворота индентора, Н;
Rэкс - радиус оправки, м. Тогда из (9) и (10) получим:
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134007/964.gif)
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134003/183.gif)
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134003/183.gif)
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134006/960.gif)
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134003/183.gif)
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134003/183.gif)
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134007/920.gif)
В силу того, что сфера сжата двумя образцами, имеем:
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134007/964.gif)
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134003/183.gif)
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134003/183.gif)
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134006/960.gif)
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134003/183.gif)
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134003/183.gif)
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134007/920.gif)
Так как
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134007/920.gif)
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134007/964.gif)
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134003/183.gif)
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134003/183.gif)
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134006/960.gif)
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134003/183.gif)
где rл - радиус лунки. Проведение испытаний по определению тангенциальной прочности адгезионной связи осуществляем по следующей методике. Первоначально в качестве образцов испытанию подвергаются образцы из чугуна, имеющие параметр шероховатости шейки коленчатого вала перед ее финишной антифрикционной безабразивной обработкой в адгезионной среде (ФАБО в АС) /7/ (Ra = 0,32 мкм) и радиус кривизны R --->
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134493/8734.gif)
![способ определения тангенциальной прочности адгезионной связи антифрикционных покрытий, патент № 2134873](/images/patents/337/2134003/177.gif)
Класс G01N19/04 определение адгезионной способности, например изоляционных лент, покрытий