Устройство для определения адгезии металлических поверхностей

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для определения сил адгезионного взаимодействия и молекулярной составляющей коэффициента трения.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является (изобретение РФ №2539737, МПК G01N 3/56, G01N 19/04, 2015), содержащее образец, стол, электродвигатель, узел замера тягового усилия, нить.

Недостатками данного устройства являются невозможность определения адгезии при пластической деформации (молекулярной составляющей коэффициента трения) и сил адгезионного взаимодействия (адгезии ювенильных поверхностей).

Цель изобретения осуществление возможности исследований адгезии при пластической деформации (молекулярной составляющей коэффициента трения) и сил адгезионного взаимодействия.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве узла замера тягового усилия использован датчик изгибающего момента, предусмотрена возможность проведения испытаний в двух режимах (режим I: определение адгезии при пластической деформации, режим II: определение адгезии ювенильного контакта).

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен вид установки при определении адгезии при пластической деформации (режим I), на фиг. 2 - вид установки при определении сил адгезионного взаимодействия (режим II), на фиг. 3 - вид установки образцов при режиме II.

Устройство содержит электродвигатель 1 (фиг. 1), установленный на основании 2. Электродвигатель посредством нити соединен с датчиком 3, установленным на подвижных рельсах 4, закрепленных на стойке 5. Датчик 3 соединен посредством нити с ползуном 6, который расположен на стойке 19. В ползун 6 установлен вал 7, на который крепится испытуемый образец. Вал 7 зафиксирован с двух сторон в ползуне 6 кольцами 8. К образцу подведен индентор 9, закрепленный в держателе 10. Держатель 10 установлен в паз нагружающего устройства 13 совместно с фиксатором 12. Нагружающее устройство 13 имеет контрольные зажимы 14, 15 и приводится в действие посредством рукояти 11. Нагружающее устройство установлено на плите 16, которая расположена на стойках 17. Исследуемый образец 18 одевается на вал 7 и закрепляется кольцами 8. Стойки 17, 5 и основание 2 установлены на столе 20.

На стойках 5 закреплена панель управления 21. На основании 2 расположен тумблер включения электродвигателя 22.

При испытаниях в режиме II с плиты 16 снимаются индентор 9 (фиг. 1), совместно с нагружающим устройством 13 и его компонентами: держателем 10, рукояткой 11, фиксатором 12, контрольными зажимами 14 и 15. На стойку 19 устанавливается прихват 23 (фиг. 3) и прижимается к ней винтами 24. Исследуемый образец 25 (фиг. 4) устанавливается на контробразец 26, который зажимается винтами 27 с двух сторон. Образец 25 соединяется посредством нити с датчиком 3 (фиг. 3).

В режиме I устройство работает следующим образом.

Определение силы межмолекулярного взаимодействия основано на смещении внедренного индентора в образец. Молекулярная связь считается разорванной в момент, когда образец сдвинулся с места относительно индентора и до наступления момента царапания индентором образца.

Образец 18 необходимо установить на вал 7 и зафиксировать образец кольцами 8. Зафиксированный в ползуне 6 образец 18 необходимо поместить под индентор 9. Вращением рукояти 11 внедрить индентор 9 в образец 18 на глубину не более 1 мм. Включить электродвигатель 1, который начнет наматывать нить, которая другим концом соединена с датчиком 3. Датчик 3 начнет перемещаться в сторону электродвигателя 1 по рельсам 4. Перемещаясь по рельсам 4, датчик 3 начнет тянуть за собой нить, соединенную с ползуном 6, на котором, посредством других конструктивных элементов закреплен образец 18. Индентор 9, внедренный в образец 18, будет препятствовать перемещению образца 18 совместно с ползуном 6. Это будет вызывать изгиб датчика 3. Чем больше датчик 3 будет изгибаться, тем больше силы потребуется, чтобы сместить образец 18 относительно индентора 9. Далее следует наблюдать показания на панели управления 21. В момент, когда молекулярная связь окажется разорванной (образец 18 сместится относительно индентора 9), график панели управления 21 покажет скачок вниз. Значение показанное на панели управления 21 соответствует силе молекулярной составляющей коэффициента трения F, выраженной в дискретных единицах.

Определять молекулярную составляющую коэффициента трения следует по зависимости

где F - сила, которую необходимо приложить, чтобы сдвинуть образец (показания датчика 3); HB - твердость по Бринеллю, Н/м²; h_вн - глубина внедрения индентора, мм; l_от - ширина отпечатка индентора, мм.

В режиме II устройство работает следующим образом.

Шероховатость поверхностей исследуемых образцов не должна превышать Ra 0,04. Образец 25 необходимо прижать к контробразцу 26 с усилием 10 Н., после чего нагрузку следует снять. Включить электродвигатель 1, который начнет наматывать нить, которая другим концом соединена с датчиком 3. Датчик 3 начнет перемещаться в сторону электродвигателя 1 по рельсам 4. Перемещаясь по рельсам 4, датчик 3 начнет тянуть за собой нить, соединенную с образцом 25. Адгезионная связь между образцом 25 и контробразцом 26 будет препятствовать смещению образца 25. Это будет вызывать изгиб датчика 3. Чем больше датчик 3 будет изгибаться, тем больше силы потребуется, чтобы сместить образец 25 относительно контробразца 26. Далее следует наблюдать показания на панели управления 21. В момент, когда адгезионная связь окажется разорванной (образец 25 сместится относительно контробразца 26), график панели управления 21 покажет скачок вниз. Значение, показанное на панели управления 21, соответствует силе F, которая требуется, чтобы разорвать адгезионную связь между образцом 25 и контробразцом 26.

Определять силу адгезии следует по зависимости

где A - сила адгезии, мН; F - сила, которую необходимо приложить, чтобы сдвинуть образец (показания датчика 3); S - площадь поверхности образца, мм²; Ra₁, Ra₂ - среднее арифметическое отклонение шероховатости поверхностей контакта образца и контробразца, мкм.

Выполнение устройства в данном виде позволит определять адгезию при пластической деформации, молекулярной составляющей коэффициента трения и силу адгезионного взаимодействия.