8.4. Механические испытания покрытий

Прочность сцепления покрытия и основного металла является одним из важных факторов, характеризующих возможность применения металлического покрытия.

Состояние поверхности основного металла перед покрытием определяет прочность сцепления. Очистка поверхности детали перед покрытием имеет решающее значение, так как следы загрязнения в значительной степени влияют на прочность сцепления. Сцепление тем лучше, чем больше шероховатость поверхности основного металла, т. е. увеличена площадь соприкосновения между основным металлом и покрытием. Поэтому такие методы подготовки под покрытие как дробеструйная обработка, шлифование, травление благоприятно влияют на качество сцепления. Нобходимо отметить, что на прочность сцепления покрытия влияют не только предварительная подготовка поверхности основы, но также состав электролита и режим электролиза.

В цеховой практике чаще всего применяют качественные методы определения прочности сцепления, которые основаны на различии физико-механических свойств металлов покрытий и основного металла детали. Большей частью качественные методы основаны на сильной деформации образца, происходящей с разрушением покрытия или основного металла. Метод контроля выбирают в зависимости от металла покрытия, вида и назначения детали. Для контроля допускается применять оборудование и приспособления различных типов (полировальные и крацевальные круги, щетки, тиски, муфельные печи и т. п.).

Метод полирования заключается в полировании поверхности покрытия в течение не менее 15 с. С этой целью применяют специальные пасты (крокусная, хромовая и др.) и круги из бязи, фетра и других материалов. Скорость полирования 20 — 30 м/с. После полирования на контролируемой поверхности не должно быть вздутия или отслаивания покрытия.

Метод крацевания рекомендует крацевать поверхность покрытия также не менее 15 с. Для этого применяют стальные и латунные щетки (для мягких покрытий) с диаметром проволоки 0,1—0,3 мм и частотой вращения 1500—2800 об/мин. После крацевания на контролируемой поверхности также не должно быть вздутия или отслаивания поверхности.

Метод нанесения сетки царапин заключается в том, что на поверхность контролируемого покрытия стальным острием наносят четыре-шесть параллельных линий глубиной до основного металла на расстоянии 2—3 мм друг от друга и четыре-шесть параллельных линий, перпендикулярных первым. На контролируемой поверхности покрытия не должно наблюдаться отслаивания.

Метод изгиба состоит в том, что детали с покрытием подвергают изгибу под углом 90° в обе стороны до излома. В месте излома покрытие не должно отслаиваться.

При распиловке образца не должно наблюдаться отслаивания покрытия в месте распиловки. Спиливание кромки целесообразно вести таким образом, чтобы направление штрихов напильника содействовало отрыву покрытия от основного металла.

Для оценки сцепления методом удара применяют боек, падающий с определенной высоты. Прочность сцепления тем выше, чем больше ударов бойка выдерживает испытуемый участок поверхности до отслаивания.

При методе вдавливания используется пресс Эриксена для проверки пригодности листового материала к глубокой деформации (штамповка). Результаты испытаний считают хорошими, если трещины появляются при одинаковой глубине вдавливания на образцах с покрытием и без него, причем при образовании трещин на образце с покрытием не обнаруживается отслаивания покрытия от основы.

Метод нагрева основан на нагреве деталей с покрытием в течение 0,5—1 с и охлаждении на воздухе. Температура нагрева для деталей из различных материалов различная. После нагрева на контролируемой детали не должно наблюдаться вздутия или отслаивания покрытия.

Количественные методы определения прочности сцепления основаны в большей или меньшей степени на определении силы, необходимой для отрыва покрытия от его основания или для его срезывания. Количественные методы измерения по сравнению с качественными имеют преимущества, так как дают абсолютные величины, хотя применение их в производственных условиях ограничено высокой стоимостью испытательных станков и трудоемкостью изготовления специальных образцов.

для измерения прочности сцепления применяется образец, представляющий собой цилиндрик диаметром 10 мм с коническим отверстием, в которое вставлена конусная шпилька. На торцевую поверхность цилиндрика и конусной шпильки нанесен слой металла толщиной 10 мкм. Поверх него для предотвращения сквозного разрыва наращивают дополнительный слой металла (толщиной не менее 150 мкм) из «скоростной» ванны. Боковая поверхность образца при осаждении покрытия изолирована полихлорвиниловой трубкой.

Прочность сцепления определяется силой отрыва шпильки от покрытия при помощи разрывной машины. Отрыв производят с постоянной скоростью, так как скорость отрыва влияет на абсолютное значение полученных результатов. Диаметр торцов шпилек измеряют на микроскопе с точностью до 0,1 мм.

Твердость покрытий измеряется методом статического вдавливания алмазной пирамидки под малыми нагрузками (от 0,02 до 2 Н) или так называемым методом измерения микротвердости.

Микротвердость измеряют с помощью специального прибора — микротвердомера ПМТ-3. Основные элементы прибора — вертикальный микроскоп и приспособление 2, несущее наконечник для вдавливания. Устройство для вдавливания состоит из штока, укрепленного на двух пружинах. В нижний конец штока вставлена оправка с алмазным наконечником, а на утолщенную часть штока кладут груз. Для вдавливания вращают ручку арретира, освобождающую шток с грузом. Полученный ромбический отпечаток наблюдают под микроскопом, а диагональ ромба измеряют с помощью окулярмикроскопа.

По мере увеличения нагрузки значения микротвердости приближаются к постоянной величине. Для получения сравнимых данных измерение микротвердости следует производить при постоянной длине диагонали отпечатка, для чего нагрузки на алмазную пирамиду регулируют до получения отпечатка с требуемой длиной диагонали.