Способ определения сплошности покрытия изделия
Владельцы патента RU 2480733:
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие "РОССИЙСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ЯДЕРНЫЙ ЦЕНТР - ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ ИМЕНИ АКАДЕМИКА Е.И. ЗАБАБАХИНА" (RU)
Изобретение относится к неразрушающим методам контроля, в частности к области газовой дефектоскопии, может применяться при контроле сплошности покрытий с низкой водородопроницаемостью, наносимых на поверхность крупногабаритных металлических изделий сложной конфигурации. Способ определения сплошности покрытия заключается в том, что изделие с покрытием помещают в камеру с контрольной средой, создают условия для диффундирования контрольной среды в изделие с последующим измерением количества диффундированной в изделие контрольной среды, устанавливают диагноз. Расчетным путем определяют количество диффундированной контрольной среды в изделие без покрытия, с параметрами воздействия, соответствующими предварительно заданным параметрам воздействия на изделие с покрытием. При этом о диагнозе судят по соотношению количества контрольной среды, определенной экспериментальным путем, к количеству контрольной среды, определенной расчетным путем. Техническим результатом изобретения является обеспечение точности измерения, простоты и оперативности определения сплошности покрытия крупногабаритных изделий и изделий сложной конфигурации из металлов.
Предлагаемый способ относится к испытательной технике, а именно к способам неразрушающего контроля, в частности к области газовой дефектоскопии. Способ может быть использован при определении сплошности (однородности) покрытия изделий в любых отраслях машиностроения, где возникает необходимость оценить качество покрытия изделия при изготовлении или возможности ее дальнейшей эксплуатации.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу и принятым за прототип является способ, реализуемый в изобретении под названием «Способ измерения газопроницаемости покрытия пластиковой стенки и установка для его реализации» [заявка № US 2003/0046982, опубл. 13.03.2003]. По данному способу изделие (пластиковую стенку) с покрытием помещают в камеру с контрольной средой, создают условия для диффундирования контрольной среды в изделие с последующим измерением количества диффундированной в изделие контрольной среды, устанавливают диагноз о качестве покрытия изделия.
Условия для диффундирования контрольной среды в изделие (давление, температуру, время выдержки) создают таким образом, чтобы изделие с покрытием не деформировалось, что влияет на точность измерения.
Данный способ может быть применен в конвейерном производстве изделий с покрытием.
Однако недостатком приведенного способа является применимость только к малогабаритным изделиям из органических материалов (пластик, полиэтилен и поливинилхлорид).
Задачей предлагаемого изобретения является создание способа, обеспечивающего точность измерения, простоту и оперативность определения сплошности покрытия крупногабаритных изделий и изделий сложной конфигурации из металлов.
Технический результат, достигнутый при осуществлении предлагаемого способа, заключается в проникновении контрольной среды через дефекты в покрытии, установлении зависимости коэффициента сплошности покрытия от величины количества контрольной среды, продиффундировавшей в изделие, определенного расчетным и экспериментальным путем.
Способ определения качества сплошности покрытия изделия заключается в том, что изделие с покрытием помещают в камеру с контрольной средой, создают условия для диффундирования контрольной среды в изделие с последующим измерением количества диффундированной в изделие контрольной среды и устанавливают диагноз, согласно изобретению расчетным путем определяют количество диффундированной контрольной среды в изделие без покрытия с параметрами воздействия, соответствующими предварительно заданным параметрам воздействия на изделие с покрытием, а о диагнозе судят по следующему соотношению:
где Q - количество контрольной среды, диффундированное в изделие с покрытием, определенное экспериментальным путем,
Qрасч - количество контрольной среды, диффундированное в изделие без покрытия, определенное расчетным путем.
Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизна».
Новые признаки (расчетным путем определяют количество диффундированной контрольной среды в изделие без покрытия с параметрами воздействия, соответствующими предварительно заданным параметрам воздействия на изделие с покрытием) не выявлены в технических решениях аналогичного назначения. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».
Предлагаемый способ реализуется следующим образом.
Расчетным путем определяют количество контрольной среды, диффундировавшей в испытуемое изделие без покрытия, по следующим формулам:
или
где Qрасч - количество контрольной среды, диффундировавшей в изделие без покрытия, определенное расчетным путем;
КТ - коэффициент растворимости контрольной среды в изделии при заданной температуре Т;
Р - давление атмосферы контрольной среды;
S - площадь поверхности изделия;
DT - коэффициент диффузии контрольной среды в изделие при заданной температуре Т;
t - время выдержки изделия в атмосфере контрольной среды;
L - контрольный размер изделия;
V - объем изделия.
Подбор параметров воздействия, а именно: времени t, температуры Т и давления Р осуществляется с помощью фазовой диаграммы состояния изделие с покрытием - контрольная среда (в данном случае - водород) с целью недопущения химического взаимодействия и при выполнении соотношения:
где Jмс - чувствительность масс-спектрометра;
Qрасч - количество контрольной среды, диффундировавшее в изделие без покрытия, определенное расчетным путем;
t - время выдержки изделия в атмосфере контрольной среды.
Затем определяют количество контрольной среды экспериментальным путем. Для этого испытуемое металлическое изделие (далее по тексту изделие), имеющее покрытие по всей поверхности, помещают в камеру с атмосферой водорода под давлением Р и нагревают до температуры Т. В процессе выдержки атомы водорода задерживаются покрытием и через его дефекты (трещины, поры и т.п.) достигают изделия и растворяются в нем.
Изделие помещают в вакуумную камеру, соединенную с масс-спектрометром, и нагревают до температуры T1, превышающей температуру Т. При нагреве изделия атомы водорода начинают выделяться. Масс-спектрометром измеряют общее количество водорода, выделившегося из изделия, получая экспериментальное количество контрольной среды, диффундированной в изделие с покрытием.
С помощью полученных данных рассчитывают коэффициент сплошности покрытия по формуле:
где s - коэффициент сплошности покрытия;
Q - количество контрольной среды, диффундированной в изделие с покрытием, определенное экспериментальным путем;
Qрасч - количество контрольной среды, диффундированной в изделие без покрытия, определенное расчетным путем.
Таким образом, если коэффициент сплошности s=0, то покрытие на изделии не пропускает водород, а значит сплошное, но если 0<s≤1, то покрытие имеет дефекты. Промежуточные значения определяют степень дефектности, которая в общем случае зависит от свойств покрытия (пористое, с трещинами и т.д.).
Степень несплошности при промежуточных значениях 0<s<1 зависит от индивидуальных свойств покрытия и может быть определена путем предварительной калибровки по изделиям с покрытием известной степени несплошности.
Пример реализации способа
Были испытаны две цилиндрические детали из никеля (основной размер детали L, принятый за высоту h=5 мм, диаметр d=12 мм), покрытые пленкой алюминия толщиной 20 мкм.
Детали выдерживали в атмосфере водорода под давлением Р=200 мм рт. ст. и нагревали до температуры Т=300°С в течение времени t=1 час. Коэффициенты растворимости и диффузии водорода в никеле при заданной температуре равны KT=3,26 моль/м3, DT=1,48·10-10 м2/с [«Газы и углерод в металлах», Е.Фромм, Е.Гебхард, М.: Металлургия, 1980 г., 591-592 с.]. По формуле (1) определили количество растворенного водорода: Qрасч=1,3·10-6 моль (Н2).
Детали по отдельности помещали в вакуумную камеру, соединенную с масс-спектрометром, откалиброванным для измерения количества водорода. С помощью масс-спектрометра определили количество выделенного водорода для первой детали Q=5,4·10-7 моль (H2) и для второй детали Q=3,9·10-7 моль (Н2). По полученным данным, используя формулу (4), определены коэффициенты сплошности для первой и второй деталей, они равны s=0,4 и s=0,3 соответственно. На основании полученных данных сделан вывод, что покрытия обеих деталей имеют дефекты, причем дефекты покрытия первой детали более существенны по сравнению с дефектами покрытия второй детали.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет достаточно легко и просто оценить качество нанесенного на металл покрытия и определить коэффициент сплошности покрытия.
Использование настоящего изобретения позволило создать простую и оперативную методику определения сплошности покрытия изделия и обеспечило возможность ее использования для контроля качества покрытия крупногабаритных изделий и изделий сложной конфигурации из металлов.
Таким образом, для заявляемого способа в том виде, в котором он охарактеризован в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты приоритета средств и методов.
Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию «промышленная применимость».
Способ определения качества сплошности покрытия изделия, заключающийся в том, что изделие с покрытием помещают в камеру с контрольной средой, создают условия для диффундирования контрольной среды в изделие с последующим измерением количества диффундированной в изделие контрольной среды, устанавливают диагноз, отличающийся тем, что расчетным путем определяют количество диффундированной контрольной среды в изделие без покрытия с параметрами воздействия, соответствующими предварительно заданным параметрам воздействия на изделие с покрытием, а о диагнозе судят по следующему соотношению:
где Q - количество контрольной среды, диффундированное в изделие с покрытием, определенное экспериментальным путем,
Qрасч - количество контрольной среды, диффундированное в изделие без покрытия, определенное расчетным путем.
