Общие теоретические сведения

Основными характеристиками качества износостойкого покрытия, определяющими вероятность отслаивания покрытия от основы и разрушения его целостности вследствие развития трещин являются адгезионная прочность сцепления покрытия с основой и трещиностойкость. Для контроля указанных характеристик покрытий применяются около двадцати методов экспресс-оценки качества, которые можно разделить на две группы:

1. разрушающие, в результате применения которых происходит полное или частичное разрушение покрытия или съем его с основы образца (методы среза, сдвига, царапания, локального взрыва);

2. неразрушающие, в результате применения которых сохраняется целостность износостойкого покрытия и его сцепления с основой или разрушение носит точечный характер, что позволяет использовать один и тот же образец многократно.

Большинство методов экспресс-оценки качества износостойкого покрытия относится к группе разрушающих методов. Более прогрессивными являются неразрушающие методы экспресс-оценки, обеспечивающие невысокие материальные затраты на контроль качества и более высокую достоверность результатов контроля. Вместе с тем технологические схемы реализации подобных методов контроля весьма затруднительны.

Одним из прогрессивных неразрушающих методов экспресс-оценки качества износостойких покрытий для режущего инструмента является метод, основанный на использовании явления акустической эмиссии (АЭ), возникающей при индентировании образца (режущей пластины) с  покрытием алмазным индентором. Данный метод позволяет получать информацию о динамике развития элементарных актов разрушения покрытия в реальном масштабе времени. Каждый элементарный акт разрушения целостности покрытия (образование элементарной микротрещины) сопровождается акустическим импульсом. Численность акустических импульсов, генерируемых в результате нагружения индентором образца с покрытием, дает достоверную дискретную информацию о количестве элементарных актов разрушения целостности покрытия или сцепления покрытия с основой. Большое количество акустических импульсов свидетельствует о высокой вероятности разрушения покрытия и, следовательно, низком качестве покрытия, и наоборот.

Прибор для регистрации сигналов АЭ (рисунок 1) состоит из программируемого источника сигнала нагружения 1, усилителя мощности 2, нагружающего устройства с усилителем нагружения, пьезоакустического преобразователя 3, жестко связанного с измерительным столиком, на котором устанавливается образец. Сигнал с преобразователя усиливается усилителем 4 и подается на блок обработки информации, состоящий из формирователя счетных импульсов 5, счетного устройства 6 и двухкоординатного самописца 7. В качестве индентора используется алмазная пирамидка из прибора для измерения микротвердости ПМТ-3. Максимальное усилие нагружения P = 9 Н. Под   действием нагрузки под индентором в образце возникают микротрещины, зарождение которых сопровождается появлением сигналов АЭ. По виду нарастающей зависимости суммарного количества импульсов АЭ можно судить о степени активности источника АЭ и определить момент разрушения покрытия.

На рисунке 2 представлена типичная диаграмма зависимости суммы импульсов АЭ при нагружении и разгрузке твердосплавной пластины с  покрытием от величины нагрузки при вдавливании индентора.

Рисунок 1 – Блок-схема прибора для регистрации сигналов АЭ

Рисунок 2 – Характерная зависимость суммы импульсов АЭ при нагружении и разгрузке твердосплавной пластины с покрытием от величины нагрузки при вдавливании индентора

В соответствии с диаграммой (рис. 2) цикл измерения имеет четыре характерных участка, отмеченных точками A, B, C, D. Рассмотрим каждый участок в отдельности:

OA – происходит процесс накопления повреждений, источник АЭ не активен и не интенсивен;

AB – активность источника АЭ возрастает, происходит слияние микротрещин;

BC – резкий рост активности АЭ, возникновение макроскопической трещины;

CD – поднятие индентора, рост числа импульсов АЭ, отслаивание и отрыв покрытия от основы.

В качестве показателя адгезионной прочности сцепления износостойкого покрытия с основой принят коэффициент K_А адгезионной прочности, равный отношению числа импульсов АЭ при нагрузке к числу импульсов АЭ при разгрузке :

. (1)

В качестве показателя трещиностойкости износостойкого покрытия принят коэффициент трещиностойкости K_Т, равный отношению суммарного числа импульсов АЭ для образца с покрытием к числу импульсов АЭ для образца без покрытия :

. (2)

Результаты экспресс-оценки качества различных типов покрытия могут быть представлены в таблице, соответствующей форме таблицы 14.

Результаты экспресс-оценки качества различных типов покрытия могут быть представлены в таблице, соответствующей форме таблицы 14.

Число импульсов АЭ для образца без покрытия принимается равным = 1500.

В таблице указываются измеренные значения количества импульсов АЭ при нагружении и разгрузке, вычисленные значения коэффициентов K_А и K_Т, а также известные из экспериментальной практики значения коэффициента повышения стойкости К_ст режущей пластины для каждого покрытия.

Таблица 14 – Результаты экспресс-оценки качества различных типов износостойких покрытий методом АЭ

№ п/п	Тип износостойкого покрытия и технология нанесения	Количество импульсов N		KА	KТ	Кст
		при нагрузке NН	при разгрузке NР
1	TiN (КИБ)	2510	2686			1,40
2	ZrN (КИБ)	3180	3657			1,30
3	(TiAl)N (КИБ)	1700	1768			1,93
4	(TiCr)N (КИБ)	2100	2247			1,55
5	ZrN+NbN (КИБ)	3800	4180			1,28
6	Mo+ZrN (КИБ)	2812	3234			1,30
7	Zr+ZrN (КИБ)	2150	2257			1,55
8	TiC+TiN (КИБ)	5000	6120			1,10
9	Ti (КИБ) + N+ (ИИ)	2050	2132			2,30

На основании данных, представленных в таблице, могут быть получены зависимости: К_ст = f(K_А) и К_ст = f(K_Т). Теснота функциональной зависимости между показателями иллюстрируется величиной коэффициента достоверности аппроксимации экспериментальных зависимостей уравнением, получаемым с помощью команд табличного редактора Microsoft Excel 2000 в соответствии с рекомендациями п. 6 порядка выполнения задачи.