RU2419084C2 - Method of determining adhesion strength between coating and substrate and device for realising said method - Google Patents
Method of determining adhesion strength between coating and substrate and device for realising said method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2419084C2 RU2419084C2 RU2009127224/28A RU2009127224A RU2419084C2 RU 2419084 C2 RU2419084 C2 RU 2419084C2 RU 2009127224/28 A RU2009127224/28 A RU 2009127224/28A RU 2009127224 A RU2009127224 A RU 2009127224A RU 2419084 C2 RU2419084 C2 RU 2419084C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- tear
- substrate
- adhesion strength
- load
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Force In General (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к исследованиям механических свойств покрытий, а именно к способам определения прочности сцепления покрытия с подложкой.The invention relates to studies of the mechanical properties of coatings, and in particular to methods for determining the adhesion strength of a coating to a substrate.
Известны аналогичные способы оценки прочности сцепления покрытия с подложкой (ГОСТ 9.302-88). Данные способы отличаются простотой, но они позволяют получить лишь качественную оценку прочности сцепления покрытия с подложкой без количественных показателей.Similar methods are known for assessing the adhesion strength of a coating to a substrate (GOST 9.302-88). These methods are simple, but they provide only a qualitative assessment of the adhesion strength of the coating to the substrate without quantitative indicators.
Известны способ и устройство (А.с. 1809370 SU, МПК5 G01N 19/04), в котором прочность сцепления покрытия с подложкой определяют отрывом от покрытия штифта, который вставлен в коническое отверстие матрицы заподлицо с рабочей поверхностью матрицы. При этом реализуется схема испытаний на «чистый отрыв» без заметного наличия изгибающих и срезающих составляющих в фиксируемом усилии отрыва. Данный способ осуществляется посредством устройства, включающего матрицу с конусным отверстием, вставленный в это отверстие заподлицо с рабочей поверхностью матрицы штифт и покрытие, нанесенное на рабочую поверхность матрицы и торец штифта, причем соотношение малого диаметра отверстия и толщины покрытия должны находиться в интервале от 1,0 до 2,0.A known method and device (A.S. 1809370 SU, IPC 5 G01N 19/04), in which the adhesion of the coating to the substrate is determined by separation from the coating of the pin, which is inserted into the conical hole of the matrix flush with the working surface of the matrix. At the same time, a “clean separation” test scheme is implemented without noticeable presence of bending and shearing components in a fixed separation force. This method is carried out by means of a device comprising a matrix with a conical hole, a pin and a coating applied to the working surface of the matrix and the end face of the pin inserted flush with the working surface of the matrix, and the ratio of the small diameter of the hole to the coating thickness should be in the range from 1.0 up to 2.0.
Недостатком данного аналога является невозможность реализации испытаний на срез покрытия, а также высокая вероятность разрушения покрытия по периметру штифта.The disadvantage of this analogue is the impossibility of implementing tests for shear coating, as well as the high probability of destruction of the coating around the perimeter of the pin.
Известны способ и устройство (патент RU 2294531, МПК8 G01N 19/04) для определения прочности сцепления покрытия с подложкой. Способ заключается в отрыве торца штифта от покрытия, нанесенного на рабочую поверхность матрицы и торец штифта, вставленного заподлицо в коническое отверстие в матрице. После нанесения на внешнюю поверхность клеевого слоя, сжатия его накидной гайкой до полного смачивания клеем внутренней поверхности накидной гайки и отверждения клея прикладывают к штифту и накидной гайке нормальное усилие отрыва. Для этого используется устройство, состоящее из матрицы с конусным отверстием и вставленного заподлицо в это отверстие штифта. На рабочую поверхность матрицы и торец штифта нанесено покрытие, со стороны которого на матрицу навинчена накидная гайка до полного соприкосновения с клеевым слоем, нанесенным на внешнюю поверхность покрытия. Причем штифт может быть коническим либо цилиндрическим. В результате наблюдается значительное снижение вероятности разрушения на срез по толщине покрытия по периметру штифта, что приводит к повышению точности определения прочности сцепления покрытия с подложкой.A known method and device (patent RU 2294531, IPC 8 G01N 19/04) for determining the adhesion strength of the coating to the substrate. The method consists in tearing off the end of the pin from the coating deposited on the working surface of the matrix and the end of the pin inserted flush into the conical hole in the matrix. After applying the adhesive layer to the outer surface of the adhesive layer, compressing it with the union nut until the inner surface of the union nut is completely wetted with glue and curing the adhesive, apply the normal tearing force to the pin and union nut. For this, a device is used consisting of a matrix with a conical hole and a pin inserted flush into this hole. A coating is applied to the working surface of the matrix and the end face of the pin, from which a union nut is screwed onto the matrix until it is in full contact with the adhesive layer deposited on the outer surface of the coating. Moreover, the pin may be conical or cylindrical. As a result, there is a significant decrease in the likelihood of shear failure along the coating thickness along the pin perimeter, which leads to an increase in the accuracy of determining the adhesion strength of the coating to the substrate.
Недостатком данного способа является невозможность количественной оценки прочности сцепления покрытия при приложении нагрузки по касательной.The disadvantage of this method is the inability to quantify the adhesion strength of the coating when applied tangentially.
В качестве прототипа выбран способ (Вячеславов П.М., Шмелев Н.М. Контроль электролитов и покрытий. - Л.: Машиностроение, 1985. - 96 с.) определения прочности сцепления покрытия с подложкой, в котором на подложку наносят покрытие, затем часть покрытия удаляют, оставляя в центре основы небольшой покрытый участок, далее к этому участку прикладывают через толкатель касательную нагрузку и определяют усилие, при котором происходит отделение покрытия от подложки. Данная величина усилия служит качественной мерой определения прочности сцепления покрытия с подложкой.As a prototype, the method (Vyacheslavov P.M., Shmelev N.M. Control of electrolytes and coatings. - L .: Mashinostroyenie, 1985. - 96 p.) Was determined for determining the adhesion strength of the coating to the substrate in which the coating is applied, then part of the coating is removed, leaving a small covered area in the center of the base, then a tangential load is applied to the area through the pusher and the force at which the coating is separated from the substrate is determined. This force value serves as a qualitative measure for determining the adhesion strength of a coating to a substrate.
В качестве устройства-прототипа выбрано устройство - адгезиометр фирмы Elcometer (106-109), механический адгезиометр, содержащий отрывной элемент, приклеиваемый к испытуемому покрытию адгезивом, нагружающий механизм, создающий нормальное отрывное усилие на отрывной элемент, и измерительное устройство, указывающее величину приложенной нагрузки.As a prototype device, a device was chosen - an Elcometer adhesionometer (106-109), a mechanical adhesiometer containing a tear-off element glued to the test coating with adhesive, a loading mechanism that creates a normal tear-off force on the tear-off element, and a measuring device indicating the magnitude of the applied load.
Недостатком данного способа является необходимость дополнительной операции обработки основы после нанесения покрытия, а также невозможность определения прочности сцепления покрытия на отрыв при нормальном приложении нагрузки.The disadvantage of this method is the need for an additional operation of processing the base after coating, as well as the inability to determine the adhesion strength of the coating at separation under normal load application.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является обеспечение возможности количественной оценки прочности сцепления покрытия с подложкой как на срез, так и на отрыв.The problem to which the invention is directed, is to enable quantitative assessment of the adhesion strength of the coating to the substrate for both shear and peel.
Поставленная техническая задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в создании как касательной (срезающей), так и нормальной (отрывающей) нагрузки на покрытие относительно подложки путем поворота последней относительно механизма нагружения на угол 90°.The stated technical problem is solved by achieving a technical result, which consists in creating both a tangent (shearing) and normal (tearing) load on the coating relative to the substrate by rotating the latter relative to the loading mechanism by an angle of 90 °.
Указанный технический результат по объекту способ достигается тем, что способ определения прочности сцепления покрытия с подложкой заключается в том, что на поверхность наносят покрытие, на локальном участке покрытия устанавливают отрывной элемент, прикладывают нагрузку и оценивают напряжение, при котором покрытие отрывается от подложки, при этом отрывной элемент прикрепляют к подложке фиксаторами до нанесения покрытия, затем наносят покрытие так, чтобы часть покрытия легла на отрывной элемент, а часть - на подложку через калиброванное отверстие в отрывном элементе, удаляют фиксаторы, нагружают отрывной элемент до отрыва (или сдвига) отрывного элемента и определяют прочность сцепления покрытия с подложкой как отношение максимальной нагрузки, действующей на отрывной элемент, к площади покрытого участка подложки либо к площади калиброванного отверстия отрывного элемента, после испытания с отрывного элемента удаляют покрытие неразрушающим методом.The technical result indicated by the object of the method is achieved in that the method for determining the adhesion strength of the coating to the substrate is that a coating is applied to the surface, a tear-off element is installed on the surface of the coating, a load is applied, and the voltage at which the coating is torn off from the substrate is evaluated, the tear-off element is attached to the substrate with retainers before coating, then the coating is applied so that part of the coating lies on the tear-off element, and part - on the substrate through calibrated e hole in the tear-off element, the clips are removed, the tear-off element is loaded until the tear-off element is torn (or shear) and the adhesion strength of the coating to the substrate is determined as the ratio of the maximum load acting on the tear-off element to the area of the coated portion of the substrate or to the area of the calibrated hole of the tear-off element, after testing, the coating is removed from the tear-off element by a non-destructive method.
Указанный технический результат по объекту устройство достигается тем, что в устройстве для определения прочности сцепления покрытия с подложкой, состоящем из корпуса, отрывного элемента, механизма нагружения, измерителя нагрузки, отрывной элемент имеет коническое углубление, в центре которого выполнено калиброванное отверстие, дополнительно снабжен поворотным механизмом, а тензометрический измеритель силы имеет пиковый детектор, причем сам отрывной элемент выполнен из материала, позволяющего удалять с него покрытия неразрушающим методом.The specified technical result for the object of the device is achieved by the fact that in the device for determining the adhesion strength of the coating to the substrate, consisting of a housing, a tear-off element, a loading mechanism, a load meter, the tear-off element has a conical recess in the center of which a calibrated hole is made, is additionally equipped with a rotary mechanism and the strain gauge force meter has a peak detector, and the tear-off element itself is made of material that allows you to remove non-destructive coatings from it METHODS.
Заявленная группа изобретений соответствует требованию единства изобретения, поскольку группа разнообъектных изобретений образует единый изобретательский замысел, причем один из объектов - устройство предназначен для осуществления другого объекта группы - способ, при этом объекты направлены на решение одной и той же задачи с достижением единого технического результата.The claimed group of inventions meets the requirement of unity of invention, since a group of diverse inventions forms a single inventive concept, moreover, one of the objects — the device is designed to implement another object of the group — is a method, while the objects are aimed at solving the same problem with achieving a single technical result.
Фиг.1-4 представляют устройство для определения прочности сцепления покрытия с подложкой.Figure 1-4 represent a device for determining the adhesion strength of the coating to the substrate.
Фиг.1. Положение поворотного элемента при определении прочности сцепления покрытия с подложкой на отрыв. Фиг.2. Подложка и отрывной элемент в сборке. Фиг.3. Положение поворотного элемента при определении прочности сцепления покрытия с подложкой на срез. Фиг.4. Пример закрепления индикатора в поворотном элементе.Figure 1. The position of the rotary element in determining the adhesion strength of the coating to the substrate on separation. Figure 2. Substrate and tear element in the assembly. Figure 3. The position of the rotary element when determining the adhesion strength of the coating to the substrate in shear. Figure 4. An example of fixing an indicator in a rotary element.
Данное устройство для определения прочности сцепления покрытия с подложкой содержит: 1 - поворотный элемент с хвостовиком, 2 - основание, 3 - плоскую пружину, 4 - нагружающий винт, 5 - индикатор часового типа, 6 - отрывной элемент, 7 - фиксирующий винт, 8 - позиционирующий болт, 9 - стягивающий болт, 10 - тензорезисторы, 11 - толкатель, 12 - подложка, 13, 14 - фиксирующие винты. Кроме того, устройство снабжено измерителем нагрузки (не показано), включающим тензопреобразователь, пиковый детектор и индикатор нагрузки.This device for determining the adhesion strength of the coating to the substrate contains: 1 - a rotary element with a shank, 2 - a base, 3 - a flat spring, 4 - a loading screw, 5 - dial indicator, 6 - tear-off element, 7 - fixing screw, 8 - a positioning bolt, 9 - a tightening bolt, 10 - strain gages, 11 - a pusher, 12 - a substrate, 13, 14 - fixing screws. In addition, the device is equipped with a load meter (not shown), including a strain gauge, peak detector and load indicator.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Отрывной элемент (6), имеющий углубление в виде воронки с центральным калиброванным отверстием, прикрепляют к подложке фиксаторами - винтами (14) до нанесения покрытия так, чтобы поверхность воронки в центре плотно прижималась к основе. Затем наносят покрытие так, чтобы часть покрытия легла на поверхность воронки, а часть - на подложку и через калиброванное отверстие в центре воронки на отрывном элементе (6), затем удаляют фиксаторы-винты (14) так, чтобы отрывной элемент (6) был связан с подложкой только силой сцепления покрытия с основой. Далее отрывной элемент (6) с подложкой закрепляют винтом (7) на поворотном элементе (1) и поворачивают последний вокруг оси относительно нагружающего механизма, состоящего из плоской пружины 3 и нагружающего винта (4). В зависимости от цели испытания данный способ определения прочности позволяет обеспечить возможность приложения к отрывному элементу относительно подложки нормальной отрывающей нагрузки для оценки прочности сцепления покрытия на отрыв или касательной нагрузки для оценки прочности сцепления покрытия на срез. Далее при помощи нагружающего механизма плавно создают усилие, действующее на отрывной элемент (6) до отрыва (или сдвига) отрывного элемента, и с помощью индикатора часового типа 5, а также тензометрического измерительного устройства, снабженного пиковым детектором, позволяющим сохранять максимальное значение прикладываемой нагрузки во время замера, определяют максимальную нагрузку, действующую на отрывной элемент в момент отделения покрытия от подложки. Затем определяют прочность сцепления покрытия с подложкой на отрыв или срез как отношение максимальной нагрузки, действующей на отрывной элемент, к площади калиброванного отверстия. Для более точной оценки измеряемой величины, как вариант вышеуказанного способа, возможно после отделения покрытия от подложки точно определить площадь, на которой покрытие соединялось с подложкой, например, методом планиметрирования. Материал, из которого выполнен отрывной элемент, выбирают для каждого покрытия, что позволяет после испытания удалять с него оставшееся покрытие любым неразрушающим методом для возможности его многократного использования.A tear-off element (6) having a funnel-shaped recess with a central calibrated hole is attached to the substrate with retainers - screws (14) before coating so that the surface of the funnel in the center is firmly pressed against the base. Then, the coating is applied so that part of the coating lies on the surface of the funnel, and part on the substrate and through a calibrated hole in the center of the funnel on the tear-off element (6), then the fixing screws (14) are removed so that the tear-off element (6) is connected with the substrate only by the adhesion force of the coating to the base. Next, the tear-off element (6) with the substrate is fixed with a screw (7) on the rotary element (1) and the latter is rotated around an axis relative to the loading mechanism, consisting of a
Пример 1.Example 1
На подложку из стали У10А через отрывной элемент, изготовленный из стали ШХ-15, через отверстие площадью 1 мм2 наносят износостойкий хром гальваническим методом толщиной 200 мкм. Затем к отрывному элементу прикладывают касательную нагрузку. При достижении величины нагрузки 20 Н наблюдается срез покрытия. Таким образом, установлено, что прочность сцепления покрытия на срез составляет 20 Н/1 мм2 = 20 МПа.Wear-resistant chromium is coated with a 200 μm thick galvanic method through a tear-off element made of ShKh-15 steel through a 1 mm 2 hole on a substrate of U10A steel. Then, a tangential load is applied to the tear-off element. When the load reaches 20 N, a cut of the coating is observed. Thus, it was found that the adhesion strength of the coating to shear is 20 N / 1 mm 2 = 20 MPa.
Пример 2.Example 2
При испытании на отрыв на подложку и отрывной элемент наносят, например, хром толщиной 1 мм2, поворачивают поворотный элемент таким образом, чтобы нагружающий винт принял положение, соосное отрывному элементу. На нагружающем винте расположен толкатель, ножки которого упираются в отрывной элемент через отверстия на подложке. Закрепляем подложку на поворотном элементе покрытия. Затем нагружающим винтом прикладывают нагружающую нагрузку. При усилии 80 Н наблюдается отрыв. Вследствие чего прочность покрытия на отрыв составила 80 Н/мм2 - 80 МПа.In the peeling test, for example, 1 mm 2 of chromium is applied to the substrate and the peeling element, the rotary element is rotated so that the loading screw assumes a position coaxial with the peeling element. A pusher is located on the loading screw, the legs of which abut against the tear-off element through holes on the substrate. We fix the substrate on the rotary element of the coating. Then, a loading load is applied by a loading screw. With a force of 80 N, separation is observed. As a result, the tensile strength of the coating was 80 N / mm 2 - 80 MPa.
После испытаний как на срез, так и на отрыв остатки покрытия с отрывного элемента растворяют неразрушающим способом (например, электрохимическим), который не повреждает отрывной элемент.After tests for both shear and tear off, the remaining coating from the tear-off element is dissolved in a non-destructive way (for example, electrochemical), which does not damage the tear-off element.
Таким образом, достигается высокая точность определения прочности сцепления покрытия с подложкой. Предлагаемый способ прост. Кроме того, данный способ и устройство позволяют количественно определять прочность сцепления покрытия и подложки как на отрыв, так и на срез. Отрывной элемент используется многократно.Thus, a high accuracy of determining the adhesion strength of the coating to the substrate is achieved. The proposed method is simple. In addition, this method and device allows you to quantitatively determine the adhesion strength of the coating and substrate as a separation and shear. The tear-off element is used repeatedly.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009127224/28A RU2419084C2 (en) | 2009-07-14 | 2009-07-14 | Method of determining adhesion strength between coating and substrate and device for realising said method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009127224/28A RU2419084C2 (en) | 2009-07-14 | 2009-07-14 | Method of determining adhesion strength between coating and substrate and device for realising said method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009127224A RU2009127224A (en) | 2011-01-20 |
| RU2419084C2 true RU2419084C2 (en) | 2011-05-20 |
Family
ID=44733866
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009127224/28A RU2419084C2 (en) | 2009-07-14 | 2009-07-14 | Method of determining adhesion strength between coating and substrate and device for realising said method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2419084C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU179920U1 (en) * | 2016-12-28 | 2018-05-29 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Объединение "Техномаш" | Device for determining the adhesion of coatings to the substrate |
| EA037491B1 (en) * | 2018-02-28 | 2021-04-02 | Государственное Научное Учреждение "Объединенный Институт Машиностроения Национальной Академии Наук Беларуси" | Hydraulic cylinder rod restoration method |
-
2009
- 2009-07-14 RU RU2009127224/28A patent/RU2419084C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| ВЯЧЕСЛАВОВ П.М., ШМЕЛЕВ Н.М. Контроль электролитов и покрытий. - Л.: Машиностроение, 1985, с.96. * |
| ГОСТ 9.302-88. Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Методы контроля. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU179920U1 (en) * | 2016-12-28 | 2018-05-29 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Объединение "Техномаш" | Device for determining the adhesion of coatings to the substrate |
| EA037491B1 (en) * | 2018-02-28 | 2021-04-02 | Государственное Научное Учреждение "Объединенный Институт Машиностроения Национальной Академии Наук Беларуси" | Hydraulic cylinder rod restoration method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2009127224A (en) | 2011-01-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8443678B2 (en) | Apparatus for evaluation of coated parts | |
| EP3076153B1 (en) | Method for calculating an indenter area function and quantifying a deviation from the ideal shape of an indenter | |
| JP4799267B2 (en) | Fatigue sensor and fatigue damage degree estimation method | |
| CZ306556B6 (en) | An indentation head, an instrumented measurement system and a method of determining mechanical properties of materials the indentation method | |
| US9709481B2 (en) | Method for determining the tack of a material | |
| EP2365315A3 (en) | An apparatus and a method of testing the adhesion strength and/or cohesive strength of a coating | |
| RU2682109C1 (en) | Method for determining adhesive strength of adhesion of polymer coating with metal basis | |
| EP4280259A3 (en) | Bond test apparatus, cartridge for a bond test apparatus and method of measuring a force in a bond test apparatus | |
| US6328878B1 (en) | Adhesive tape sensor for detecting and evaluating coating and substrate degradation utilizing electrochemical processes | |
| WO2016017193A1 (en) | Method and device for nondestructive testing of anchor bolt | |
| RU2419084C2 (en) | Method of determining adhesion strength between coating and substrate and device for realising said method | |
| JP2008139220A (en) | Inspection method of nano-indentation test | |
| RU2302610C1 (en) | Mode of definition of strain-deformed state of constructions without relieving loadings | |
| RU179920U1 (en) | Device for determining the adhesion of coatings to the substrate | |
| JPH07234202A (en) | Adhesion testing method for coating material and its device | |
| RU2294531C1 (en) | Method for determining strength of engagement of cover with substrate and device for realization thereof | |
| RU2525144C1 (en) | Determination of strength of coat adhesion to substrate and device to this end | |
| RU2413098C1 (en) | Procedure for facilitating bearing capacity of metal structure with bolts of high strength | |
| JP3959413B2 (en) | Film thickness measuring method and film thickness meter by nondestructive inspection of elastic coating film | |
| JPS60196644A (en) | Adhesion evaluating method | |
| US4279164A (en) | Metallurgical specimen tester | |
| RU2590941C1 (en) | Method of testing flat specimens from organic glass on pure shift | |
| RU2523037C2 (en) | Stand for fragile and unstable material sample tests | |
| RU2507478C1 (en) | Method to manufacture sensors to control cyclic deformations | |
| Duncan et al. | Adhesion durability assessment. |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110715 |