Особенности метрологического обеспечения процесса нанесения плазменных покрытий Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Секция «Метрология, стандартизация и сертификация»

УДК 621.793.8

ОСОБЕННОСТИ МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОЦЕССА НАНЕСЕНИЯ ПЛАЗМЕННЫХ ПОКРЫТИЙ

В. В. Кирбижекова1, А. А. Снежко

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: 1nichka-lisichka9@mail.ru

Рассмотрены свойства плазменных покрытий, которые определяются различными методами и измерительными приборами для обеспечения требуемой точности измерений. Предложен способ предварительной оценки адгезионной прочности.

Ключевые слова: адгезионная прочнотсь, пористость, микротвердость, толщина, измерительные приборы, физическая модель.

FEATURES METROLOGICAL SUPPORT OF APPLICATION OF PLASMA COATING

V. V. Kirbizhekova1, A. A. Snezhko

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: 1nichka-lisichka9@mail.ru

The properties of plasma coatings, which are determined by a variety of methods and instrumentation to provide the required accuracy. The way of a preliminary assessment of the adhesive strength.

Keywords: adhesive strength, porosity, micro-hardness, thickness, measuring instruments, physical

model.

Плазменные покрытия находят широкое применение в различных отраслях промышленности, в том числе в авиа- и ракетостроении.

Основными свойствами плазменных покрытий являются пористость, микротвердость, толщина и адгезионная прочность.

Для измерения пористости применяют способ случайных секущих, который осуществляется при помощи электронного микроскопа. Микротвердость определяют методом восстановленного отпечатка при использовании микротвердомера по ГОСТ 9450-76 [1]. Для измерения толщин покрытий рекомендуется применять магнитные толщиномеры с диапазоном измерения от 0 до 500 мкм, относительная погрешность измерения не более 10 %.

Важным параметром плазменных покрытий является адгезионная прочность. Основная проблема измерения адгезии - отрыв не по границе «основа-покрытие», а чаще всего по клею [2]. Данный параметр можно определить несколькими способами: методом решетчатых надрезов, штифтовым методом, методом сдвига и методом отрыва. Все методы основываются на определении силы, необходимой для отрыва покрытия от его основания или для его срезания. Используемые методы не всегда дают ожидаемый результат и являются пассивными методами контроля. Процесс нанесения плазменного покрытия является достаточно сложным. Возможно, для того, чтобы добиться требуемой прочности сцепления, необходимо осуществлять активный контроль, основанный на расчетах физико-математической модели.

Достижение максимальной прочности сцепления возможно в том случае, когда все атомы поверхностного слоя со стороны подложки и покрытия вступили в физический контакт и образовали химические связи. Поэтому расчет прочности сцепления целесообразно производить с учетом уравнения 1:

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2016. Том 2

Ссц =ств • Кф ехр - ^, (1)

где ов - прочность на разрыв наиболее мягкого из соединяемых материалов; КФ - коэффициент контакта, который может изменять свое значение от 0 до 1; Цвз - энергия взаимодействия; ипод - подводимая энергия. Величина подводимой энергии в процессе нанесения в основном состоит из кинетической икин и тепловой £/чпок энергий материала покрытия, тепловой энергии подложки идпод, а также электрической энергии в зоне взаимодействия [3].

Данная формула расчета прочности сцепления применима и рассмотрена на примере при использовании наносимого материала алюминиевого сплава на металлическую подложку, олова на стеклянную подложку, а также цинковых частиц на стальную подложку. Результаты экспериментов показывают, что можно получить необходимую прочность сцепления при достижении достаточной подводимой энергии ипод для взаимодействия материалов в зоне контакта [3].

Предложенная формула расчета является физико-математической моделью процессов в зоне взаимодействия соединяемых материалов, а также позволяет оценивать физико-механические свойства покрытия. Соответственно, при проведении активного контроля, используя физико-математическую модель можно добиться не только желаемой адгезионной прочности, а также производя измерения, например, методом на отрыв, убедиться в том, что прочность сцепления достигнута.

Библиографические ссылки

1. ГОСТ 9450-76. Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников.

2. Кирбижекова В. В., Снежко А. А., Коток О. И. Анализ методов контроля адгезионной прочности покрытий // Решетневские чтения : материалы XIX Междунар. науч. конф. (10-14 ноября 2015, г. Красноярск) : в 2 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2015. С.369-371.

3. Стацура В. В., Моисеев В. А. Нанесение покрытий на изделия РЭА. Томск : МГП «РАСКО», 1993, 177 с.: ил.

© Кирбижекова В. В., Снежко А. А., 2016