СПОСОБ ОЦЕНКИ ГАЗОСОДЕРЖАНИЯ МАТЕРИАЛОВ С ПОКРЫТИЯМИ

Изобретение относится к области исследования качества деталей с гальваническими покрытиями, в частности к оценке степени газосодержания поверхностей деталей с защитными гальваническими покрытиями.

Известен аналогичный способ определения наводороживания металлических поверхностей [1], заключающийся в том, что из исследуемой детали с гальванопокрытием изготавливают микрошлифы и оценивают наводороживание материала по выявленным металлографическим признакам (подповерхностная полость и внутренняя округлая зона с трещинами), а также характеристикам подповерхностных дефектов, выявляемых с помощью микроскопов, имеющих увеличение 170…600 крат.

Недостатком данного способа является трудоемкость, высокая длительность и необходимость в специальном оборудовании (микроскоп, оборудование для пробоподготовки).

В качестве прототипа выбран способ анализа газосодержания материалов, при котором исследуемый материал исследуют с использованием стандартных методов [2] и специализированных приборов для металлофизических исследований (RH-2, ЕАН-220 и др.). Способ-прототип реализуются следующим образом. Изготавливают не менее трех компактных образцов исследуемого материала. Подготавливают прибор к анализу путем прогрева, градуировки по стандартным образцам. Далее производят дегазацию тигля или керамического контейнера путем его нагрева и выдержки при определенной температуре. Помещают тигель или контейнер с исследуемым образцом в специализированный прибор. Проводят анализ содержания газов в образцах методом нагрева или плавления в вакууме при нагреве образцов до температур 1600…2000°C. Рассчитывают массовую долю анализируемых газов в процентах.

Недостатком прототипа является большая длительность и трудоемкость проведения испытаний, а также необходимость приобретения дорогостоящего оборудования и стандартных образцов.

Технический результат данного изобретения заключается в ускорении, упрощении и удешевлении процедуры оценки газосодержания материалов с покрытиями.

Технический результат достигается тем, что деталь или образец с покрытием нагревают до температуры, при которой давление газа, выделяющегося и расширяющегося под покрытием, превысит предел текучести материала покрытия при данной температуре, а степень газосодержания определяют по относительной площади вздутия покрытия.

Физическая сущность изобретения заключается в следующем. Известно, что в процессе нанесения покрытий (например, меднении, серебрении, цинковании и др.) вместе с осаждением покрытия происходит выделение газа (преимущественно водорода), часть которого диффундирует в поверхностный слой покрываемой детали (наводороживание). При нормальных условиях осаждаемый слой защитного покрытия служит барьером для выхода накопленных поверхностью газов наружу. Нагрев детали с покрытием приводит, с одной стороны, к увеличению давления выделяющихся и расширяющихся газов под покрытием и, с другой стороны, к снижению прочности (пластификации) покрытия. Когда температура достигает величины, при которой давление, оказываемое газами под покрытием, оказывается выше предела текучести, на детали с покрытием образуются вздутия. Причем, чем больше выделяется газов, тем образуется большее количество вздутий и увеличивается площадь каждого вздутия. Поэтому относительная площадь вздутий может быть принята в качестве критерия газосодержания материалов с покрытиями. А вышеописанный способ может использоваться как экспресс-тест для оценки газосодержания деталей с защитными покрытиями.

Температура, до которой требуется производить нагрев материала для образования вздутий на насыщенной газом поверхности с покрытием может быть найдена эмпирическим или расчетно-графическим методом. Эмпирический метод оценки температуры нагрева заключается в быстром нагреве детали или образца с покрытием, например, в открытом пламени газовой горелки и фиксации температуры, при которой на поверхности детали с покрытием произойдет образование вздутий. Расчетно-графический метод оценки температуры нагрева заключается в нахождении точки пересечения эмпирической кривой «предел текучести - температура» и расчетной прямой «давление газа - температура», определяемой из уравнения состояния идеального газа.

Заявляемый способ реализуется по следующим этапам. Исследуемую деталь с покрытием нагревают до появления на исследуемой поверхности вздутий покрытия (эмпирический метод оценки температуры нагрева) или нагревают выше температуры, найденной в точке пересечения графиков зависимостей «давление газа - температура» и «предел текучести - температура» (расчетный метод оценки температуры нагрева). Затем деталь остужают до комнатной температуры и оценивают площадь вздутий, образованных на поверхности детали с покрытием в виде пузырей и относят эту площадь к общей площади детали с покрытием. При равномерном распределении вздутий на поверхности детали относительную площадь вздутий оценивают на выделенной из общей площади поверхности нормированной площади, например, участка поверхности площадью 1 см².

Пример. Наносили серебряно-алмазное покрытие на бронзовые шайбы опор буровых долот в дицианоаргентатном электролите. Перед серебрением на шайбу наносили медный подслой толщиной 1 мкм. Толщина серебряного покрытия - 20 мкм; микротвердость по Виккерсу - 750 МПа. Шайбу нагревали в пламени газовой горелки. При нагреве до температуры 600°C на поверхности детали начали появляться вздутия покрытия в виде отдельных пузырей. Методом планиметрирования оценивали площадь (в единицах [см²]), занимаемую пузырями на поверхности детали площадью 1 см². Относительная площадь вздутий на детали составила 0,12.

Литература

1. Патент №2089623. Способ определения необратимого водородного охрупчивания. / Карпов Л.П. Опубл. 10.09.1997.

2. ГОСТ 17745-90. Стали и сплавы. Методы определения газов. - М.: Изд-во стандартов, 1990. - 11 с.