Устройство для определения прочности сцепления порошкового нанесенного слоя к компактной основе

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ СЦЕПЛЕНИЯ ПОРОШКОВОГО НАНЕСЕННОГО СЛОЯ К КОМПАКТНОЙ ОСНОВЕ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(72) Авторы Савич Вадим Викторович Пилиневич Леонид Петрович Тумилович Мирослав Викторович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(57) 1. Устройство для определения прочности сцепления порошкового нанесенного слоя к компактной основе, включающее шайбу с отверстием под штифт, гильзу, резьбовую пробку и штифт, отличающееся тем, что отверстие в шайбе под штифт выполнено резьбовым с размером, соответствующим диаметру резьбовой пробки, штифт выполнен с диаметром, равным внутреннему диаметру резьбы, диаметр наносимого на шайбу слоя покрытия меньше наружного диаметра шайбы, гильза выполнена с внутренним диаметром на (0,2-0,6) ч больше диаметра наносимого слоя, где ч - средний размер частиц порошка, диаметр штифта составляет 4-10 толщины наносимого слоя, толщина шайбы составляет 0,8-1,2 толщины наносимого слоя, шаг резьбы выбран в пределах (1-5) ч, а гильза установлена на шайбу при испытаниях со стороны, противоположной штифту,причем резьбовая пробка выполнена из материала, не вступающего во взаимодействие при нанесении порошкового слоя с его частицами, а также с материалом шайбы. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что толщина наносимого слоя составляет (3-6) ч. 11334 1 2008.12.30 Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для измерения прочности сцепления порошковых припеченных слоев к компактной основе в технологии порошковой металлургии, нанесения функциональных защитных порошковых покрытий и т.п. Известно устройство для определения прочности сцепления напыленного покрытия с основой клеевым методом, состоящее из двух цилиндрических образцов, на торец одного из которых нанесено исследуемое покрытие, а другой образец торцом к нему приклеен 1. При определении прочности сцепления покрытия с основой образцы отрывают друг от друга на испытательной машине. Недостатками известного устройства являются влияние на прочность сцепления пористого покрытия с основой пропитки клеем, отсутствие возможности испытаний при повышенных или пониженных температурах, а также невозможность испытаний покрытий с высокой адгезией к основе - выше прочности клеевого соединения. Известно устройство для определения прочности сцепления покрытия с основой, состоящее из штифта со сферической головкой, кольцевой канавкой у ее основания, обоймы, причем штифт установлен в обойме с выступанием над ее торцовой поверхностью на 0,3-0,5 радиуса сферы 2. Испытание на отрыв производят перемещением штифта относительно обоймы вниз. Недостатками известного устройства являются сложность изготовления, ограниченность технологических возможностей - нельзя нанести (и соответственно испытать) покрытие, полученное припеканием свободно насыпанного порошка, напрессовкой на подложку и спеканием. Кроме того, при такой конструкции устройства (и соответственно схеме испытаний) на точность измерений влияют возможные перекосы штифта относительно оси устройства. В качестве прототипа выбрано устройство для определения прочности сцепления порошкового покрытия с основой по штифтовому методу с осевым креплением образца, состоящее из конического штифта, установленного в шайбе, закрепляемой в гильзе с резьбовой пробкой 1. Недостатки известного устройства следующие. Ограниченность технических возможностей - при толщине покрытий, соизмеримой с диаметром торца штифта и больше этого размера, при испытаниях возможно расслоение покрытия без нарушения его верхнего слоя. Кроме того, при напрессовке покрытия на штифт с гильзой для обеспечения жесткости и прочности при приложении усилия прессования придется существенно увеличивать габариты и массу устройства. Невысокая точность измерений, связанная с отсутствием корреляции геометрических параметров устройства структурным (размеры частиц) и геометрическим (толщина) параметрам покрытия. Кроме того, точность измерений снижает схема измерений, реализуемая в устройстве, которая весьма далека от реальных условий работы деталей с порошковыми покрытиями. Задача изобретения - расширение технологических возможностей за счет обеспечения испытаний любых порошковых покрытий, в т.ч. пористых, полученных различными методами - газотермическим напылением, напрессовкой и спеканием, припеканием свободно насыпанного порошка и т.п., а также повышение точности измерений за счет соответствия геометрических параметров устройства структурным (размеры частиц) и геометрическим(толщина) параметрам покрытия, а также приближения схемы испытаний реальным условиям работы деталей с порошковыми покрытиями. Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве, состоящем из штифта с шайбой, гильзы и резьбовой пробки, отверстие в шайбе под штифт выполнено резьбовым с размером, соответствующим диаметру пробки, штифт выполнен с диаметром, равным внутреннему диаметру резьбы, диаметр нанесенного на шайбу слоя покрытия меньше наружного диаметра шайбы, гильза выполнена с внутренним диаметром на 0,2-0,6 ч порошка больше диаметра нанесенного слоя, где ч - средний размер частиц порошка,2 11334 1 2008.12.30 диаметр штифта находится в пределах 4-10 толщины нанесенного слоя, толщина шайбы 0,8-1,2 толщины нанесенного слоя, шаг резьбы выбирают в пределах 1-5 ч порошка, а гильза установлена на шайбу при испытаниях со стороны, противоположной штифту,причем резьбовая пробка выполнена из материала, не вступающего во взаимодействие при нанесении слоя с его частицами, а также с материалом шайбы. Гильза может быть установлена снизу. Толщина нанесенного слоя может составлять 3-6 4. Изобретение поясняется чертежами фиг. 1-4. На фиг. 1 изображено устройство в процессе нанесения порошкового слоя. На фиг. 2 - в процессе испытаний по основному пункту формулы изобретения. На фиг. 3 - фотография устройства до испытаний (со снятой гильзой и штифтом), а на фиг. 4 - после испытаний. Устройство (фиг. 1-2) состоит из штифта 1 с шайбой 2, гильзы 3 и резьбовой пробки 4. Отверстие в шайбе 2 под штифт 1 выполнено резьбовым с размером, соответствующим диаметру пробки 4. Штифт 1 выполнен с диаметром , равным внутреннему диаметру резьбы отверстия в шайбе 2 и пробки 4. Диаметрнанесенного на шайбу покрытия 5 меньше наружного диаметра шайбы 1. Гильза выполнена с внутренним диаметром 2 на 0,2-0,6 ч больше диаметра нанесенного слоя . ч - средний размер частиц порошка. Диаметр штифтанаходится в пределах 4-10 толщины нанесенного слоя . Толщина шайбы 1 - 0,8-1,2 толщины нанесенного слоя. Шаг резьбы выбирают в пределах 1-5 ч. Гильза 3 установлена на шайбу 2 при испытаниях со стороны, противоположной штифту 1. Выполнение отверстия в шайбе 2 резьбовым с размером, соответствующим диаметру пробки 4, причем пробка - из материала, не взаимодействующего с частицами слоя и материалом шайбы при нанесении слоя, позволяет расширить технические возможности за счет обеспечения нанесения слоя любым методом (газотермическим напылением, припеканием, напрессовкой и т.п.), а также упрощает конструкцию устройства. Выполнение покрытия 5, нанесенного на шайбу, с диаметромменьше наружного диаметра шайбы 1, а штифта 1 с диаметром , равным внутреннему диаметру резьбы отверстия в шайбе 2 и пробки 4, а также установка гильзы 3 на шайбу 2 при испытаниях со стороны, противоположной штифту 1, при простой технической реализации повышает точность измерений,так как приближает схему испытаний к реальным условиям работы деталей с нанесенными порошковыми слоями. Этому же способствует исполнение гильзы с внутренним диаметром 2 на 0,2-0,6 ч больше диаметра нанесенного слоя , диаметр штифта- в пределах 4-10 толщины нанесенного слоя , а толщины шайбы 1 - 0,8-1,2 толщины нанесенного слоя, так как при этих соотношениях, выбранных опытным путем, обеспечиваются наиболее жесткие и реальные условия испытаний. Шаг резьбы в пределах 1-5 ч порошка позволяет относительно простым путем избежать образования рисок в порошковом слое по периметру отверстия в шайбе 2, а значит, повысить точность измерений независимо от метода нанесения порошкового слоя. Установка гильзы 3 снизу может дополнительно повысить простым путем точность измерений за счет повышения устойчивости устройства в процессе испытаний. Толщина нанесенного слоя в пределах 3-6 ч также дополнительно повышает точность измерений без нерационального расхода в ряде случаев дорогостоящего порошка. Устройство работает следующим образом. В шайбу 2 вворачивают пробку 4 и обрабатывают поверхность, на которую будет нанесен порошковый слой до совпадения плоскостей этой поверхности шайбы и торца пробки. Затем проводят, при необходимости,подготовку поверхности (нарезание кольцевых канавок, струйно-абразивная обработка и т.п.) и наносят слой порошка методом, которым будут наносится аналогичные слои на реальные изделия. При этом соблюдают указанные в формуле изобретения соотношения размеров шайбы, размеров частиц порошка и толщины слоя, размеров гильзы и штифта. После нанесения порошкового слоя удаляют пробку, помещают на ее место штифт, а на образовавшийся буртик шайбы - гильзу и проводят испытания на стандартных испытательных машинах. 3 11334 1 2008.12.30 Изобретение может быть использовано для измерения прочности сцепления порошковых напыленных, припеченных, напрессованных и т.п. слоев к компактной основе в производстве методами порошковой металлургии, нанесения функциональных защитных порошковых покрытий и т.п. на компактной титановой подложке различных изделий - испарителей, фильтроэлементов, медицинских имплантатов, аэраторов, деталей технологического оборудования химических и микробиологических производств и т.п. Источники информации 1. Волосенков Е.В., Куприянов И.Л. Устройство для определения прочности сцепления газотермических покрытий с основой // Порошковая металлургия. - Вып. 10. - 1986. С. 22-24. 2. А.с. СССР 1073637, МПК 0119/04, 1984. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4