Технические науки/8. Обработка материалов в машиностроении

Закопец О.И.

Самарский государственный технический университет, Россия

Методы оценки качества ионно-плазменных покрытий

Существует мнение о том, что на качество напыленного слоя влияют более 60 факторов. К свойствам, характеризующим качество покрытия можно отнести: прочность сцепления, когезионную прочность, пористость, остаточные напряжения, толщину [1].

Методики оценки внешнего вида и толщины покрытий приведены в ГОСТ 9.302-88 [2].

Контроль внешнего вида покрытий основан на выявлении дефектов поверхности покрытия внешним осмотром и применим для деталей любой формы и габаритных размеров. Контроль проводят осмотром деталей невооруженным глазом на расстоянии 25 см от контролируемой поверхности при естественном или искусственном освещении. Освещенность должна быть не менее 300 лк при применении ламп накаливания и не менее 500 лк при применении люминесцентных ламп. Необходимость применения оптических приборов с указанием кратности увеличения должна быть оговорена в технической документации на изделие. Оценку качества внешнего вида покрытий допускается проводить на соответствие образцам-эталонам, форма, размеры и внешний вид которых должны быть согласованы с заказчиком. При оценке внешнего вида покрытий необходимо учитывать состояние поверхности детали перед нанесением покрытий.

Для определения толщины покрытия применяют металлографический метод. Данный метод основан на измерении толщины покрытия на металлографическом шлифе поперечного разреза образца (детали). Для покрытий толщиной до 20 мкм увеличение должно быть 500-1000 крат.

Толщину измеряют с помощью металлографических микроскопов. Следует проводить не менее пяти измерений на отрезке длиной 5 мм в установленном месте шлифа. При необходимости подробного изучения шлифа применяют растровый электронный микроскоп. Относительная погрешность метода ±0,8 мкм для покрытий толщиной до 25 мкм.

Более точно измерить толщину покрытия можно методом «косого среза». Сущность метода заключается в следующем. Делают срез детали с покрытием под острым углом к поверхности детали, замеряют ширину среза или его горизонтальную проекцию и определяют толщину покрытия.

Пористость покрытия определяют с использованием микроскопа путем подсчета количества пор на единице площади. Среднее число пор N_ср вычисляют по формуле:

,

где N_общ – общее число пор на контролируемой поверхности, S – площадь контролируемой поверхности, см³.

Одной из самых главных характеристик покрытий любого назначения является адгезия, то есть прочность сцепления покрытия с основой.

Адгезия покрытия определяется с использованием клейкой ленты [3]. Через покрытие делается крестообразный надрез до подложки, на который накладывается чувствительная к давлению липкая лента и затем снимается. Адгезия оценивается качественно по шкале 0 –5. Ширина полупрозрачной клейкой ленты составляет 25 мм. Для определения адгезии необходимо:

-выбрать участок без дефектов или небольших изъянов поверхности. Затем сделать два реза в покрытии длиной около 40 мм каждый, которые пересекаются около своей половины, с меньшим углом между 30 и 45º. Делая разрез, необходимо использовать линейку и одним ровным движением прорезать через покрытие до подложки.

-просмотреть разрезы на отражение света от металлической подложки, чтобы удостовериться в том, что пленка покрытия прорезана насквозь. Если нет, сделать другой крестообразный рез в другом месте;

-наложить центр ленты на перекрестие резов, чтобы лента шла в том же направлении, что и меньшие углы;

-пригладить пальцем ленту в месте разрезов. В течение 90 ± 30 с после наложения снять ленту, взяв ее за свободный конец и быстро стянуть ее (не дергая) на себя;

-осмотреть область крестообразного разреза на удаление покрытия с подложки или степень адгезии;

-повторить это испытание на двух других местах каждого изделия. Для больших структур сделать достаточно испытаний, чтобы убедиться, что оценка адгезии применима для всей поверхности.

Литература:

1. Пузряков А.Ф. Теоретические основы технологии плазменного напыления: Учебное пособие по курсу «Технология конструкций из металлокомпозитов». – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2003. – 360 с.

2. ГОСТ 9.302-88. Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Методы контроля.

3. ASTM D3359 - 09e2. Standard Test Methods for Measuring Adhesion by Tape Test