2.2.1. Методика визначення адгезійної міцності на зрушення і на відрив поверхні

Визначення міцності зчеплення покриттів з матеріалом підкладки проводили з метою:

1) оцінки ефективності зміни режимів нанесення покриттів і обробки поверхні під покриття і таким чином оптимізувати умови досягнення необхідної міцності зчеплення;

2) отримання більш глибокого уявлення про механізм утворення міцних адгезійних зв'язків між покриттям і підкладкою.

Випробування на зрушення здійснювали шляхом створення дотичних напружень на межі розділу покриття з підкладкою. Міцність покриття на зрушення щодо основи визначали за стандартною схемою навантаження, наведеної на малюнку 2.1, а.

Для експериментальної оцінки величини адгезійної міцності зчеплення покриттів на основі з матеріалом підкладки була обрана одна з модифікацій відомої схеми «штифта» , наведена на рис. 2.1, б.

Рисунок 2.1а - Схеми випробування зразків із шаром покриття при

визначенні міцності покриття на зрушення щодо основи - (а)

і адгезійної міцності зчеплення шару з основою - (б).

Використовувані схеми випробування найбільш повно відповідає реальним умовам взаємодії матеріалів покриття і підкладки, коли має місце руйнування і розділяє їх між фазному кордоні, що і спостерігається на деталях з металополімерними покриттями. При нанесенні таких покриттів між фазна межа чітко визначена, так як зчеплення матеріалів відбувається без утворення нової мікроструктури на кордоні сполучення шарів.

Експериментальне визначення міцності на зсув τ_сдв і адгезійної міцності зчеплення металополімерного покриття зі сталевою основою σ_адг проводилися на зразках зі сталі 45 з металополімерних покриттям «Якість Суперіор». Спочатку виготовлялися зразки сталевої основи у вигляді пластин прямокутної форми з розмірами 3х10х40 мм. Потім на шліфовану і знежирену поверхню зразків відповідно до технологічної інструкції наносився шар металополімера «Якість Суперіор» товщиною 2 мм. На готових зразках тонким алмазним відрізним кругом АОК 105х0,5 виконувалися надрізи для реалізації стандартних схем механічних випробувань з визначення міцності нанесеного шару покриття на зрушення і на відрив від основи.

2.2.2. Механічні випробування покриттів

Механічні випробування виконувалися на розривній машині FP-10 з максимальним зусиллям, що розвивається машиною до 1000 Н. Значення адгезійної міцності покриття σ_адг на відрив визначалося з відносини руйнівного навантаження до сумарної площі двох смужок, за якими відбувався відрив покриття від основи.

2.3. Методика проведення випробувань на машині тертя смц - 2

Для дослідження процесу зношування покриттів деталей в роботі використовувалась машина тертя СМЦ - 2. Досліджуючи процес контактної взаємодії поверхні торців зразків з контртілом можна відтворити механізм зношування більшості деталей машин, що експлуатуються в умовах абразивного зношування зносу. Ця машина проста по конструкції і дозволяє з достатньою точністю навантажувати зразків, забезпечувати необхідне змащення в зоні контакту зразка. Схема машини тертя СМЦ - 2 наведена на рис. 2.2, а загальний вигляд машини СМЦ - 2- на рис. 2.3.

Рисунок. 2.2. Схема машини тертя СМЦ - 2

1 — візок; 2 — механізм навантаження; 3 — бабка нижнього зразка; 4 — датчик; 5 — привід; 6 — пульт керування; 7 — триступеневий ведучий шків; 8 — клинові ремені; 9 — ведений шків; 10 — редуктор; 11 — кінцевий вимикач; 12 — лічильник сумарного числа обертів нижнього зразка; 13 — показує і записує потенціометр.

Рисунок. 2.3 – машина тертя СМЦ - 2

Технічні характеристики тертя тіл: діаметр пальчикового зразка - 6 мм; діаметр диска (зі змінною шайбою контр тіла) - 200 мм; швидкість ковзання - до 20 м / с. До недоліків машини тертя СМЦ - 2 відносяться вібрації важеля навантаження, криволінійність траєкторій переміщення точок контакту в зоні ковзання, погіршення умов змащування при великих швидкостях обертання диска через відцентрових сил і ін. Це обмежує її застосування для дослідницьких цілей, але дає можливість в експерименті відтворювати реальні умови експлуатації деталей. Контактні тиску для всіх зразків приймалися в межах діапазону значень Р = 0,4 ... 2,4 МПа з кроком 0,4 МПа.

Зразки з нанесеними покриттями контролювалися перед проведенням експерименту з метою відбору зразків, які не мають тріщин, сколів і відшарувань. Шорсткість поверхні диска тертя - контртіла - становила 0,2 мкм, а пальчикових зразків - 0,1 мкм. Після притирання на пальчикові зразки наносилися лунки з метою визначення величин зношування.

При проведенні експериментальних досліджень зношування зразків з покриттями з і детонаційними покриттями визначали залежності величини зносу від довжини шляху тертя і зміни коефіцієнта тертя при роботі деталей з покриттями. Ці дані дозволять отримати реальне уявлення про деталей, відновлених за допомогою нанесення зносостійких покриттів. Зразки відповідно до паспортних даних машини СМЦ – 2 у вигляді циліндричних штифтів діаметром 6 мм і довжиною 12 мм і встановлюються в спеціальному кондукторі і захопленні машини. Одночасно встановлюється три зразка. Всі зразки кожного типу вихідного матеріалу і з кожним зі згаданих покриттів, виготовлялися з матеріалу однієї партії.

Перед проведенням випробувань зразки, перевіряємо міцність нанесеної поверхні, потім налаштовуємо на випробувальній машині при контактний тиску Р = 2,4 МПа. За момент закінчення процесу підробітки приймалося час, за який відбувається стабілізація моменту сил тертя, що фіксується динамометром. Значення коефіцієнта тертя визначалися за формулою:

(2.1)

де W - зусилля, що вимірюється динамометром, що діє в секторі, радіус R₁;

N - сила нормального тиску на зразок; l - відстань від осі шпинделя до осі зразка.

    Обумовлені значення шуканих величин зношування і коефіцієнта тертя є середніми значеннями, отриманими в результаті випробування зразків кожної досліджуваної комбінації пар тертя.

Для кількісної оцінки зносостійкості поверхонь тертя деталей машин найбільшого поширення набули методи визначення інтегрального і локального зношування, які поділяються на дві основні групи. До першої групи належать: методи мікрометрування, вимірювання місцевої поверхневої активності радіоактивними індикаторами, метод штучних баз (спосіб вирізаних лунок) [23]. До другої групи відносять методи визначення зношування: по втраті маси, за кількістю продуктів зношування в відпрацьованому змащувальному матеріалі, який визначається за допомогою хімічного, спектрального і сцинтиляційного аналізу, за інтенсивністю випромінювання продуктів зношування, що відділяються від попередньо активованих деталей [23].

Методи визначення інтегрального зношування відносять до непрямих, оскільки вони не дають інформації про характер зношування деталей в характерних точках, що труться. З методів визначення локального зношування методи поверхневої активації слід також віднести до непрямих, так як лінійну величину зношування при його застосуванні визначають шляхом перерахунку втрати активності в міру зношування активованої деталі. До активних методів визначення процесу зношування відносять метод мікрометрування, при застосуванні якого в різних точках, що труться виявляються втрати геометричного розміру. При його застосуванні, проте, не завжди залишається з’ясування питання про зміну геометрії деталі в найбільш навантажених точках контактуючих поверхонь. Слід мати на увазі й те, що при повторному мікрометрувані важко домогтися збігу нових і колишніх точок вимірювань, що вимагає застосування спеціальних приладь. Цей недолік методу притаманний і методом профілографу.

Перерахованих недоліків позбавлений метод штучних баз, М.Ф.Дмитриченко, Р.Г.Мнацаконов, О.О.Мікосянчик [23] і особливо його різновид - спосіб вирізаних лунок. Цей метод дуже широко поширений в машинобудуванні і ми використовували його при дослідженні зразків з детонаційними покриттями через його відносної простоти і зручності практичного застосування, а також можливості точного фіксування точки вимірювання зношування. Його методична сутність полягає в вирізання на вихідній поверхні зразка алмазним різцем або твердосплавним бором подовженою лунки, дно якої відповідає профілем різця - зазвичай по дузі окружності фіксованого радіусу. За розміром довжини лунки визначають відстань від поверхні деталі до її дна. При зношуванні треться поверхні довжина лунки зменшується. За зміною довжини лунки визначають величину лінійного зношування. На рис.2.4. приведена схема вимірювання величини зношування на плоскій поверхні тертя.

Рисунок. 2.4 - Схема вимірювання величини зношування методом лунок

Позначивши довжину лунки l₁ до початку випробування можна найти глибину лунки h₁ по формулі:

(2.2)

де r - радіус вершини різця.

Для визначення величини лінійного зношування на будь-якій стадії експерименту слідує встановити глибину поверхні лунки за формулами (2.2). При цьому величина зношування при подальшому визначенні глибини h₂ ямки виявляються на підставі залежностей:

(2.3)

Важливою перевагою способу вимірювання зношування за допомогою вирізаних лунок є його висока чутливість. Її можна оцінити за допомогою відносини змін величин l і h.

На рис. 2.5 приведена схема вимірів величини зношування з використанням способу вирізаних лунок.

Рисунок. 2.5 - Оцінка похибки вимірювань при застосуванні методу лунок

    З умови подібності трикутників випливає, що:

(2.7)

Тоді при нескінченно малій зміні зношування d_h катет a зміниться на величину d_а. тоді отримаємо:

(2.8)

Таким чином, з урахуванням (2.7) і (2.8) отримаємо:

(2.9)

З отриманої залежності випливає, що чутливість вимірювання залежить від співвідношення розмірів r і l, тобто від вихідної геометрії обрізана лунки на поверхні тертя.