پوشش های مهندسی اعمال شده روی قطعات با چه روش هایی مشخصه یابی می شوند؟ – بخش دوم

دسته بندی روش های ارزیابی خواص مکانیکی لایه پوشش

همانطور که در بخش اول بیان شد، بررسی خواص پوشش از جمله موارد بسیار مهم جهت اطمینان از ویژگی­‌های قطعه پوشش‌­دهی شده می‌­باشد. در این بخش به ارزیابی خواص مکانیکی پوشش شامل سختی، چسبندگی، استحکام کششی، خستگی پرداخته شده است. در شکل زیر روش‌ های مختلف ارزیابی هر کدام از خواص مکانیکی آورده شده است.

پوشش های مهندسی

ارزیابی خواص مکانیکی

سختی

اولین و اصلی‌­ترین ویژگی هر پوشش سختی آن می­‌باشد. به طور کلی، به مقاومت اجسام در برابر تغییر شکل پلاستیک سختی گفته می‌­شود. اساس کلی این آزمون، بررسی محل فرو رفته در اثر اعمال نیرو به کمک ساچمه فلزی روی سطح قطعه است. آزمون سختی سنجی نسبت به سایر آزمون‌­های مربوط به خواص مکانیکی آسان­تر، ارزان­تر و غیرمخرب است.  جهت ارزیابی سختی از دستگاه سختی سنج استفاده می­‌شود.

سختی سنجی در مقیاس ماکرو به روش‌­های زیر قابل محاسبه است :

  • روش راکول (Rockwell)
  • روش برینل (Brinell)
  • روش ویکرز (Vickers)

میکروسختی سنجی نیز روشی برای سختی سنجی در مقیاس میکرونی است. از این روش برای قطعات خیلی ریز و پوشش با ضخامت­‌های خیلی کم استفاده می‌­شود.

تصویر FE-SEM اثر سوزن سختی سنج روی سطح

چسبندگی

یکی دیگر از مشخصات اصلی پوشش­‌ها چسبندگی مناسب آنها به زیرلایه است. نیروی مورد نیاز جهت جداسازی پوشش از زیرلایه، استحکام پوشش به زیرلایه را نشان می­‌دهد.این استحکام در واقع استحکام چسبندگی است که بر اساس نیرو بر واحد سطح، تعریف می شود. در واقع این نیرو هم می تواند در حالت کششی و برشی، اندازه گیری شود.

آزمون­های بسیار زیادی جهت محاسبه استحکام چسبندگی قابل انجام است که در زیر به چند مورد از رایج‌­ترین آنها اشاره شده است.

آزمون خراش (Scratch)

آزمون خراش بر پایه ایجاد خراش­‌های یکنواخت روی سطح است. در این آزمون از دستگاه برش متقاطع جهت ایجاد خراش‌­های عمود برهم روی پوشش اعمالی استفاده می­‌شود. طول خراش در هر حرکت حدود 20 میلی­‌متر است. بعد از ایجاد خراش، سطح پوشش با یک برس نرم تمیز شده و نوار چسب با طول حدودا 75 میلی­متر را روی سطح خراشیده شده می­‌چسبانند. بعد از گذشت 90 ثانیه، چسب را به سرعت از سطح جدا می­کنند. معمولاً برای پوشش­‌های با ضخامت کمتر از 50 میکرون از دستگاه برش با 11 تیغه که فاصله هر تیغه 1 میلی­‌متر است، استفاده می­‌شود.

آزمون کششی (Pull-off)

در این روش، یک پایه فولادی به سطح پوشش متصل می­‌شود. در ادامه، این پوشش تحت نیروی کششی مشخصی قرار می­‌گیرد. این کشش تا زمانی انجام می­‌شود که پوشش از سطح زیرلایه جدا می­‌شود. دقت این آزمون قابل قبول بوده اما پارامترهای دما، سرعت کشش و حتی ابعاد پایه فلزی بر روی نتیجه آزمون تاثیر گذار هستند. برای اتصال پایه به سطح عموماً چسب های رزین اپوکسی عاری از حلال به همراه پلی آمید، استفاده می­‌شوند.

آزمون برشی (Shear-off)

آزمون برشی تا حدودی مشابه روش قبل است. با این تفاوت که در این روش نیروی اعمالی به پایه فلزی از نوع نیروی برشی می‌­باشد. در حقیقت، پوشش مورد نظر تحت تنش برشی قرار گرفته و از سطح جدا می‌­شود.

شماتیک آزمون برش
شکل 5 – شماتیک آزمون برش

روش پوسته‌­ای (Peeling)

روش پوسته­‌ای یکی از معمولی­‌ترین روش‌های تست چسبندگی است. در این روش از نوار چسب جهت بررسی چسبندگی پوشش به زیرلایه بهره گرفته می­‌شود. اساس کار این آزمون بر پایه اعمال نیرو جهت شکستن پیوندهای بین پوشش و زیرلایه است. این نیرو منجر به تخریب پوشش مورد نظر می­‌شود. باید توجه داشت که این آزمون خیلی دقیق نبوده و به پارامترهای بسیاری حساس است. از جمله این عوامل می­توان به نوع  نوار چسب، نرخ نیروی اعمالی، میزان و زاویه اعمال نیرو اشاره نمود.

شماتیک آزمون پوسته‌ای
شکل 6 – شماتیک آزمون پوسته‌ای

سایش

مقاومت در برابر ساییده شدن در معرض جسم ساینده معیاری از سایش را بدست می­‌دهد. میزان سایش از طریق کاهش حجم نمونه ساییده شده تعیین می­‌شود. روش پین روی دیسک (Pin On Disk) روش متداولی برای ارزیابی رفتار سایشی پوشش‌های فلزی، سرامیکی و کامپوزیتی است. در این روش از حرکت لغزشی یک سوزن با سختی بالا روی دیسک جهت ایجاد سایش استفاده می‌شود.

مهمترین عوامل موثر در این آزمایش نیروی عمود بر پین، سرعت خطی دیسک، زمان و مسافت طی شده سایش است. این آزمون می­‌تواند تحت دما و رطوبت مشخصی انجام شود. این آزمون برای پوشش‌­های با تخلخل زیاد و حفرات بزرگ قابل اعتماد نیست. همچنین، نتایج سایش برای سطوح صاف دقت بالاتری نسب به سطوح غیر صاف دارند.

شماتیکی از آزمون سایش
شکل 7 – شماتیکی از آزمون سایش

مقاومت حرارتی

مقاومت به شوک حرارتی یکی از پارامترهایی است که در صنایع هوافضا، نفت و گاز بسیار حائز اهمیت است. این امر با حرارت دادن پوشش تا دمای مورد نیاز برای صنایع مورد نظر و خنک کردن ناگهانی پوشش تعیین می­‌شود.

فلزاتی که به اکسیداسیون حساس هستند، تحت گاز محافظ یا در مایع مناسب حرارت داده می‌­شوند. پس از حرارت دادن، نمونه باید به سرعت درون آب با دمای محیط خنک شود. پس از خنک شدن کامل نمونه، هیچگونه اثری از ترک، شکستگی و پوسته پوسته شدن در سطح پوشش نباید مشاهده شود.

ضربه‌پذیری

جهت بررسی مقاومت به ضربه در پوشش‌­ها از گلوله فلزی با وزن یک کیلوگرم استفاده می‌­شود. در این آزمون، گلوله فلزی از ارتفاع­‌های مختلفی به سمت نمونه پرتاب می‌­شود. این کار در دو حالت مستقیم روی سطح پوشش و غیر مستقیم به پشت نمونه انجام می­‌شود. عمق اثر ایجاد شده روی سطح تا زمان ترک نخوردن پوشش معیاری برای ارزیابی ضربه‌­پذیری  پوشش اعمال شده می‌­باشد.

نمایی از آزمون ضربه‌پذیری با عمق اثرهای مختلف
شکل 8 – نمایی از آزمون ضربه‌پذیری با عمق اثرهای مختلف
 تصویر SEM از آزمون ضربه‌پذیری یک پوشش سرامیکی در حالت غیر مستقیم (شکل‌های بالا) و حالت مستقیم (شکل‌های پایین)
شکل 9 – تصویر SEM از آزمون ضربه‌پذیری یک پوشش سرامیکی در حالت غیر مستقیم (شکل‌های بالا) و حالت مستقیم (شکل‌های پایین)


دیدگاهتان را بنویسید