ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA STROJNÍ TECHNOLOGICKÉ POSTUPY

Transkript

1 ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA STROJNÍ Ústav strojírenské technologie TECHNOLOGICKÉ POSTUPY 1. Hodnocení přilnavosti odtrhem (ČSN EN ISO 4624) 2. Tribologická analýza Tribometr TOP 3

2 1. Hodnocení přilnavosti odtrhem (ČSN EN ISO 4624) Na (Obr. 1) je schematicky znázorněn počet vrstev aplikovaných na ocelový podklad. Technologický postup: 1) Na zaschlý povrch nátěru se pomocí vhodného lepidla (dvousložkové epoxidové) nalepí zkušební terč. 2) Před nalepením je nezbytné povrch lehce přebrousit smirkovým papírem pro zajištení drsnosti povrchu pro lepší zakotvení lepidla. 3) Po zaschnutí lepidla je nutné okolí zkušebního terče ofrézovat až na podkladový kov. 4) Na připravený terč je možné instalovat zkušební zařízení. 5) Po odtržení (speciálním odtrhávacím zarízením) muže dojít buď k lomu koheznímu nebo adheznímu. 6) Adhezní lom nastává, dojde-li k oddělení mezi jednotlivými vrstvami (např. adhezní lom B/C adhezní lom mezi 1. vrstvou a 2. vrstvou). 7) Kohezní lom nastává pouze v jediné vrstvě (např. kohezní lom B jedná se o lom pouze v první vrstvě základní vrstvě nátěru). Obr. 1 Schéma odtrhové zkoušky dle ČSN EN ISO Příklad hodnocení provedeného odtrhu: O3Č = 0,87 MPa (50% kohezní lom B, 25% adhezní lom B/C, 25% kohezní lom C ) 2

3 2. Tribologická analýza Tribometr TOP 3 Tribometr TOP 3 (Obr. 2) je zařízení provozované na Ústavu strojírenské technologie (Ú12133) Fakulty strojní ČVUT v Praze. Mezi funkčními dvojicemi dochází k translačně oscilačnímu pohybu (TOP). Tento tribometr je určen především pro měření adhezivního tření a opotřebení materiálů nebo povrchových vrstev funkčních dvojic. Obr. 2 Tribometr TOP 3 skladba zařízení Princip : Translačně oscilační pohyb je odvozen od elektromotoru se šnekovou převodovkou a klikového mechanismu (jedná se tedy o nerovnoměrně zrychlený pohyb). Frekvenční měnič zde slouží pro nastavení otáček, resp. počtu cyklů, které budou vykonány během jedné minuty. Třecí kontakt může být konformní ( plocha-plocha ) nebo nekonformní ( plocha-koule ). Normálové zatížení je vyvíjeno pákovým mechanismem paralelogramu. Velikost normálového zatížení lze libovolně měnit v rozsahu 0 250N. Pohyblivý člen zde reprezentuje deska upnutá ve valivě uloženém vozíku. Zkušební tableta (kulička) je přitlačována definovanou silou na zkušební desku, která osciluje stanovenou rychlostí. Průměrná rychlost vratného pohybu nabývá hodnoty až 0,192 m.s -1. Princip snímání třecí síly: Na Obr. 3 vpravo je zobrazena skladba ramene paralelogramu a uspořádání funkční dvojice v zařízení tribometru TOP 3. Na Obr. 3 vlevo je zobrazen průběh třecí síly a koeficientu tření (1 cyklus) v závislosti na čase. Pro zjišťování velikosti třecí síly slouží piezokrystalický snímač Kistler 9251, který je umístěn v zatěžovacím sloupku (Obr. 3). Třecí síla, která vzniká od normálového zatížení ve funkční dvojici, je přenášena na tento piezoelektrický prvek a v závislosti na velikosti jeho deformace dochází ke generování elektrického náboje (řádově v jednotkách [pc]). Tento elektrický signál je veden pomocí koaxiálního kabelu do vyhodnocovací jednotky Kistler V jednotce dochází dle kalibrační křivky k převádění elektrického signálu na sílu v jednotkách [N]. 3

4 Průběh F T Průběh µ [-] Třecí síla [N] Koef. tření [-] čas [s] čas [s] 1 Paralelogram; 2 PES Kistler 9251; 3 Tableta; 4 Deska Obr. 3 Vlevo: primární signál třecí síly a výsledný průběh koeficientu tření. Vpravo: sestava ramene paralelogramu Způsob vyhodnocení naměřených dat Hodnoty třecí síly detekované snímačem 9251 jsou v režimu on-line přenášeny z vyhodnocovací jednotky (převodníku Kistler) přes sériový kabel RS 232 do počítače. Pomocí programu Charge Meter 5015A jsou data zaznamenávána do grafu (velikost třecí síly a počet detekovaných dat) viz Obr. 4. Naměřená data jsou ukládána jako textový soubor a každé jedno měření pak reprezentuje jednu proměřenou stopu. Data každé stopy jsou následně vyhodnocena v prostředí programu Matlab (Obr. 5). Tento program byl sestaven speciálně pro účely stanovení činitele tření z dat získaných tribometrem TOP 3. Obr. 4 Záznamový software Charge Meter 5015A, průběh třecí síly a počet detekovaných dat. 4

5 Obr. 5 Praktická ukázka stanovení koeficientu tření v prostředí Matlab Zkušební vzorky Zkušební vzorky mohou být vyrobeny např. z dostupné konstrukční oceli (S235JR). Vzorky mohou být testovány jak bez povlaku, tak i s různými kombinacemi povlaků. Materiál a povrch zkušebních vzorků musí se musí být maximálně shodný s reálně exponovanou funkční dvojicí. Zkušební vzorek deska Na Obr. 6 je zobrazena zkušební deska s rozměry 135 x 50 x 8 mm s průměrnou drsností Ra = 0,2µm. Obr. 6 Skica desky - vlevo, skica tablety - vpravo. Zkušební vzorek tableta Na Obr. 6 je zobrazena zkušební tableta o průměru d = 20 h11 mm, výšky 8 mm. Zkosení hran 0,5x45. 5

6 Obr. 7 Zkušební vzorky. Na levé straně deska Zn-PTFE, napravo tablety (horní ZnPTFE, dolní bez povrchové úpravy) Metodika tribologické analýzy unifikace podmínek měření Předtím, než jsou zkušební vzorky podrobeny samotnému tribologickému testu, je nezbytné provést tyto doprovodné úkony: Měření drsnosti: Hodnota drsnosti Ra je měřena na čistých vzorcích před nanesením povlaků a následně po vytvoření funkční vrstvy. Změna hodnoty drsnosti má na průběh tribologického testu velký vliv a značně ovlivňuje výsledný činitel tření. Proto je nezbytné veškeré zkušební vzorky předupravit na stejném brousícím zařízení, stejným brousícím kotoučem pro dosažení opakovatelné hodnoty drsnosti Ra. Výsledkem měření drsnosti je porovnání hodnoty drsnosti před pokovením a po pokovení. Obr. 8 Drsnoměr Mitutoyo SJ 301. Měření hmotnosti: Před samotným tribologickým testem je nutné zvážit zkušební vzorky (tablety) s přesností 0,01 mg, k čemuž slouží analytické váhy (Obr. 9). Další vážení následuje až po vytvoření otěrové stopy na vzorku. Rozdílem hodnot je hmotnostní úbytek povlaku při určitém koeficientu smykového tření. 6

7 Úbytek hmotnosti [mg] µ DYN [-] ČVUT v Praze Technologická návodka Povrchové úpravy Obr. 9 Analytické vážky Mettler H64 a Ohaus Explorer Pro EP413. Měření tloušťky povlaku: Měření tloušťky povlaku je prováděno pomocí tloušťkoměru Elcometer 456 (Obr. 10). Tloušťka povlaku má rozhodující vliv hlavně na trvanlivost funkční dvojice při tribologickém testu. Obr. 10 Digitální tloušťkoměr Elcometer 456. Příklad nastavení parametrů tribologického testu: FN = 9,81N (m = 1,00kg) Suché tření, Plocha styku: deska - tableta, Teplota měření 20 C, Doba testu - 1. úsek 3 minuty Doba testu pro hmotnostní úbytky opakovaně 2 min Počet cyklů za minutu 35, 1 cyklus = dráha 190mm, Vzorkovací frekvence 250Hz, Kalibrační křivka (lineární): 1N = 6,934pC 2,0 Porovnání úbytků hmotnosti (tableta) ZnPTFE - ZnPTFE 0,5 Vývoj koeficientu tření v čase ZnPTFE - ZnPTFE 1,5 1,0 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0, , a-V3 7b-V3 6e-V3 6a-V1 6d-V1 6a-V2 6d-V2 7a-V3 7b-V3 6e-V3 6a-V1 6d-V1 6a-V2 6d-V2 Obr. 11 Příklad: Finální porovnání testovaných vzorků. 7