Способ определения прочности сцепления покрытия с подложкой

 

-Изобретение относится к способам испытания многослойных материалов, в частности к способам определения прочности сцепления покрытия с подложкой, и позволяет повысить точность. На материал воздействуют лазерным импульсов длительностью не более с со стороны прозрачного для лазерного импульса слоя до нарушения сцепления покрытия с подложкой и определяют прочность сцепления покрытия с подложкой по площади нарушенных участков. При этом используют лазерный импульс с монотонно изменяющейся по сечению лазерного луча плотностью энергии, а соединение располагают под острым углом по отношению к оптической оси распространения лазерного импульса. При этом увеличивается площадь поверхности материала, подвергнутого лазерному воздействию, при той же энергии лазерного импульса. 6 ил., 3 табл.

союз соВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5н5 G 01 N 19/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ.

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1280498 (21) 4690225/28 (22) 11.05.89 (46) 29.02.92. Бюл. N. 8 (71) Ленинградский технологический инсти-. тут целлюлозно-бумажной промышленности (72) В.А. Миловидов, Б.И. Спесивцев и

Э.Л. Аким (53) 620.179,4(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1280498, кл. G 01 N 19/04, 1985. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ

С ЕПЛКНИЯ l10KPbiTMH C ПОДЛО ККОЙ (57) Изобретение относится к способам испытания многослойных материалов, в частности к способам определения прочности сцепления покрытия с подложкой, и позвоИзобретение относится к испытанию материалов, а именно к способам определения прочности сцепления покрытия с подложкой.

По основному авт. св. N. 1280498 изве-. стен. способ определения прочности сцеп.ления покрытия с подложкой, по которому на соединение воздействуют лазерным импульсом длительностью не более 10 с со стороны прозрачного для лазерного излучения слоя до нарушения сцепления покрытия с подложкой и определяют прочность сцепления по соотношению площадей нарушенных участков.

Известный способ предусматривает оп-. ределение прочности сцепления в образцах с разным ее значением путем воздействия на них лазерными импульсами с практически равной плотностью энергии по сечению. Ы,, 1716394 А2 ляет повысить точность. На материал воздействуют лазерным импульсов длительностью не более 10 с со стороны прозрачного для лазерного импульса слоя до нарушения сцепления покрытия с подложкой и определяют прочность сцепления покрытия с подложкой по площади нарушенных участков. При этом используют лазерный импульс с монотонно изменяющейся по сечению лазерного луча плотностью энергии, а соединение располагают под острым углом по отношению к оптической оси распространения лазерного импульса. При этом увеличивается площадь поверхности материала, подвергнутого лазерному воздействию, при той же энергии лазерного импульса. 6 ил., 3 табл. луча, при этом материал. располагают перпендикулярно к падающему излучению.

При этом при небольших значениях энергии лазерного импульса площадь участка нарушения сцепления покрытия с подложкой равна сечению лазерного импульса.

При проведении испытаний с использованием задиафрагмированного луча, т.е. луча с практически постоянной плотностью энергии по его сечению, в образцах даже с разной адгезией разница в величинах площадей нарушеннь.х участкой сцепления не может превышать 10 .

При больших значениях энергии лазерного луча разрушаемая площадь сцепления увеличивается. Но разница между площадями нарушенных участков сцепления в образцах с разной, особенно высокой адгезией незначительна. Это связано с тем, что зависимость площади разрушения от

1716394 . плотности энергии лазерного импульса при больших ее значениях выходит на насыщение. Т.е. площадь нарушения сцепления практически не изменяется с увеличением

olloTH0cTH энергии

Все это приводит к снижению точности определения сцепления покрытия с подложкой.

Цель изобретения — повышение точности определения прочности сцепления между покрытием и подложкой.

Указанная цель достигается тем, что в способе определения прочности сцепления покрытия с подложкой путем воздействия на соединение лазерным импульсом длительностью не более 10 с со стороны прозрачного для лазерного импульса слоя до нарушения сцепления покрытия с подложкой и определения прочности сцепления по соотношению площадей нарушенных и ненарушенных участков, согласно изобрете-. ния используют лазерный импульс с монотонно изменяющейся по сечению лазерного луча плотностью энергии, а соеди10

20 нение располагают под острым углом к 25 оптической оси распространения лазерного импульса, Изобретение осуществляется следующим образом.

На прозрачную подложку одним из из- 30 вестных способов наносят непрозрачное покрытие или на непрозрачную подложку наносят прозрачное покрытие. На полученное соединение со стороны его прозрачной части воздействуют лазерным импульсом 35 длительностью не более 10 с с монотонно изменяющейся плотностью энергии, при этом соединение располагают н острым углом по отношению к оптической оси распространения лазерного импульса.. 40

Указанный. характер распределения плотности энергии по сечению лазерного луча может быть получен путем пропускания лазерного импульса через светофильтр с изменяющимся коэффициентом поглоще- 45 ния или через рассеивающую или фокусирующую линзу (при этом соединение располагают за.фокусом).

Энергия импульса при попадании йа соединение поглощается непрозрачным сло- 50 ем, в месте поглощения .происходит локальный разогрев, вследствие чего возникают термоупругие напряжения, процессы испарения и термохимической деструкции, идущие на границе сцепления покрытия с 55 подложкой.

Данные процессы протекают на границе покрытия с подложкой и ограничены сечением светового луча. Однако при импульсном нагреве и быстром расширении нагретой области поглощающего слоя в нем возникает волна сжатия, а в другом слое — аналогичная волна отклика, которые раздирают соединение на границе контакта.

При этом разрушение сцепления между покрытием и подложкой происходит только в том месте, где плотность энергии превышает пороговую энергию разрушения.

Сканируя лазерными импульсами по соединению, образуют координатную сетку и определяют площади нарушенных участков сцепления покрытия с подложкой. Прочность сцепления покрытия с подложкой определяют по соотношению площадей с нарушенным сцеплением покрытия с подложкой и участков с ненарушенным сцеплением.

Регистрируя энергию лазерного импульса, который воздействует на сцепление, вычисляют отношение этой энергии и площади нарушенных участков сцепления.

Полученную величину выражают в абсолютных единицах.

Способ испытан в лабораторных условиях.

Для испытания способа были приготовлены образцы соединений с разными подложками и покрытиями, имеющие различную прочность сцепления.

Составы приготовленных материалов приведены в табл. 1.

На соединение воздействовали лазерными импульсами длительностью 10 с с монотонно изменяющейся плотностью энергии по сечению лазерного луча, для чего между лазером 1 и образцом 2 соединения располагали оптически неоднородный элемент 3, На фиг. 1 приведена схема реализации способа с использованием в качестве оптически неоднородного элемента светофильтра с изменяющимся коэффициентом поглощения; на фиг. 2 — график, характеризующий распределение плотности энергии по сечению лазерного пучка (Х вЂ” расстояние от края лазерного луча, Y — плотность энер- . гии излучения на расстоянии Х от края лазерного луча); на фиг. 3 — схема с использованием линзы с изменяющимся по сечению коэффициентом поглощения; на фиг. 4 — соответствующий ей график распределения плотности энергии по сечению лазерного луча; на фиг. 5 — схема с использованием фокчсирующей линзы и расположением образца под углом а- 60 к оптической оси распространения лазерного импульса; на фиг. 6 — соответствующий ей график.

1716394

В качестве лазера использовали импульсный лазер ОГМ-20 (iL= 694 мм, т = 3 х х10 с, размер пучка 0,5 см ). Лазерный луч сканировали по поверхности образца со

° стороны прозрачного слоя, 5

Сканируя лазерный луч по соединению, образовывали координационную сетку из

20 импульсов и на границе сцепления под. ложки с покрытием определяли площади разрушенных участков сцепления. Парал- 10 лельно контроливали величину энергии лазерного импульса по прибору ИКТ-1.

Условия проведейия опытов и полученные результаты приведены в табл. 2.

Был испытан также известный способ. 15

Испытывались те же материалы, что и в предлагаемом способе. На материалы воздействовали импульсом . лазера ОГМ-20 длительностью с практйчески равной 10

; с практически равной плотностью энергий по 20 сечению луча (за счет диафрагмирования).

Результаты испытаний приведены в табл. 3 (для сравнения там же приведены результаты испытаний предлагаемого способа, опыт 1). 25

Как видно из табл. 3, для материалов, имеющих различную адгезию, разница соТа блица 1..Испытуемый об" .разец

Состав покрытия

Прозрачность.

Вид подложки

Компоненты Содержание

Подложки Покрытия

75

Сажа

Поливинилбутираль

Сажа

Иетилцеллюлоза

Целлофан

1 "2

Черная офсетная краска 100

Силикатное стекло 0

Полиэтилентерефталат" Сажа 75 . ная пленка с адгези- Поливинилбуонным подслоем. тираль 25

: 1 Полиэтилентерефта" латная пленка отношений площадей нарушенных и нена- -. рушенных участков по предлагаемому способу значительно больше, что свидетельствует о большей точности предлагаемого способа определения прочности сцепления покрытия с подложкой. Или другими словами, диапазон изменения значений, соотношения площадей нарушенных и ненарушенных участков, определяемых по предлагаемому способу для материалов, имеющих различную адгезию, значительно шире, чем диапазон изменения этих значений, определяемых по известному способупроТотипу, что имеет особенно большое значение при сравнительном испытании материалов значительно различающихся по адгезионной прочности.

Формула изобретения

Способ определения прочности сцепления покрытия с подложкой по авт, св.

Nã 1280498, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, используют лазерный импульс с монотонно изменяющейся rio сечению лазерного луча плотностью энергии, а соединение располагают под острым1 углом к оптической оси распространения лазерного импульса.

1716394

Таблица i

Прочность сцепления покрытия с подложкой

Режим испытаний

Опыт

Вид оптически неоднородного элемента

Площад ь нарушенных участков (дм/мм2) площадь ненарушенйых участков Опыт 1 (фиг. 1) Светофильтр с изменякщимся по сечению:;коэффициентом поглощения,Опыт 2 (Фиг. 1.) Светофильтр с изменяющимся по сечению коэффициентом поглощения

Рассеивающая линза с изменяющимся по сечению коэффи" циентом поглоще" 60 ния фокусирующая линза.

Опыт 3

:, (Фиг.3) ! . Опыт 4

;(фиг.5) Табли ца3

Предлагаемый способ (опыт 1) Известный способ

Энергия лазерного нарушенных участков йенарушенных участков.

Энергия лазерного импульса нарушенных участков, дм/мм нарушенных участков

З» импульса нарушен, уч.дм/ммз ненарушенных участков

2,8х10

3,2х10

5 3х10

5 3х10-з

0,29

0,29

Образец 1

Образец 2

Образец 3

Образец 4

3,7х10 з

595xl 0 3

5,6х10-з

0 20

0,20

5, 2х10

ЮЮ .

Вид материала

Угол наклона образца к оптической оси распространения. лазерного им пульса, град

0,42

033

0,24

0,11

0,46

0,35

0,240 12

0,40

0,32

0,19

0,07

0,45

0,31

ОФ 20.

0,07

0,38

0,30

01230,09

2,5х10. з

3,1х10-з

3 5х10-з

5,0х10

2 5xl0 з

2 9х10 з

3, 7xl 0-3

5 Ох10 з

2 7х10

3,1х10 з

4,0х10 з

5 4х10 з

2,5х10 3

3,1х10 з

4,0х10-з

5,4х10- з

1716394 .,У

Составитель.В.Мил овидов .Редактор M.Êåëåìåø Техред М;Моргентал Корректор Т.Малец

Заказ 607 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комйтета rio изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5.

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101