Экспериментально-теоретический метод оценки жесткости и адгезии покрытия на сферической подложке

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Известные методы и подходы, исходно сформированные на неплоских поверхностях, малоэффективны или вовсе неприменимы при исследовании механических характеристик и адгезии покрытий сложной структуры. Разработано устройство, включающее фрагменты сферических подложек с кольцами для крепления по контуру, источник давления рабочей среды с манометром, магистралью с вентилем для подачи рабочей среды, измерительного комплекса и магистрали для травления рабочей среды. Во фрагменте сферической подложки имеется отверстие малого диаметра, в области которого формируют покрытие по заданной технологии. Через небольшое отверстие в подложке подается рабочая среда. Оторванный от подложки сегмент покрытия образует купол в виде фрагмента эллипсоида. Разрабатывается численная модель деформирования фрагмента покрытия в виде шарового сегмента со сложным контуром, используя известные программные комплексы. На каждом шаге нагружения методом «пристрелки», варьируя модулем упругости и коэффициентом Пуассона, приближаемся к параметрам экспериментального купола и определяем актуальные механические и жесткостные свойства исследуемого покрытия. Вычисляем нормальные усилия отрыва через радиальные усилия, определенные по актуальной численной модели, и определяем далее напряжения сцепления. Разработанный экспериментально-теоретический метод является эффективным инструментом оценки механических свойств и жесткости покрытий сложной структуры, а также адгезии покрытия к сферической подложке.

Об авторах

Самат Нухович Якупов

Федеральный исследовательский центр «Казанский научный центр РАН»

Автор, ответственный за переписку.
Email: tamas_86@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0047-3679

кандидат технических наук, старший научный сотрудник

Казань, Российская Федерация

Габдрауф Габдрашитович Гумаров

Федеральный исследовательский центр «Казанский научный центр РАН»; Казанский физико-технический институт имени Е.К. Завойского

Email: ifoggg@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-6803-2330

кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией радиационной химии и радиобиологии, Казанский физико-технический институт имени Е.К Завойского; старший научный сотрудник, Институт механики и машиностроения, Федеральный исследовательский центр «Казанский научный центр РАН»

Казань, Российская Федерация

Нух Махмудович Якупов

Федеральный исследовательский центр «Казанский научный центр РАН»

Email: yzsrr@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8248-1589

доктор технических наук, ведущий научный сотрудник

Казань, Российская Федерация

Список литературы

  1. Dry C. Procedures developed for self-repair of polymeric matrix composite materials. Composite Structures. 1996;35(3):263-269. https://doi.org/10.1016/0263-8223(96)00033-5
  2. Montemor M.F. Functional and smart coatings for corrosion protection: A review of recent advances. Surface and Coatings Technology. 2014;258:17-37. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2014.06.031
  3. Yakupov S.N., Yakupov N.M. Research of mechanical characteristics thin coating. Scientific Technical Conference on Low Temperature Plasma during the Deposition of Functional Coatings 5-8 November 2018, Kazan University, Kazan, Russian Federation. Journal of Physics: Conference Series. 2019;1328:012103. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1328/1/012103
  4. Sripada J.V.S.N., Saha D.C., Saha G.C., Jahed H. Bonding mechanism and mi-crostructural evolution in mechanicallyalloyed nanodiamond-reinforced Al6061 composite particle deposits in cold spray. Surface and Coatings Technology. 2023;466:129611. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2023.129611
  5. Bochenek K., Węglewski W., Morgiel J., Basista M. Influence of rhenium addition on microstructure, mechanical properties and oxidation resistance of NiAl obtained by powder metallurgy. Materials Science and Engineering: A. September 2018;735:121-130. https://doi.org/10.1016/j.msea.2018.08.032
  6. Liu S., Wu H., Xieetal X. Tribological properties of cold-sprayed 7075Al coatings reinforced with hybrid nano- TiB2/micro-SiC particles. Surface and Coatings Technology. 2023;458:129323. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2023.129323
  7. Maurya S.S., Pandey K.K., Sharma S., Kumari S., Mirche K.K., Kumar D., Pandey S.M., Keshri A.K. Microstructural, mechanical and tribological behavior of nanodiamonds reinforced plasma sprayed nickel-aluminum coating. Diamond and Related Materials. 2023;133:109714. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2023.109714
  8. Awotunde M.A., Olubambi P.A., Chen D. Compressive deformation behaviour and toughening mechanisms of spark plasma sintered NiAl-CNT composites. Ceramics International. 2022;48(11):16072-16084. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.02.153
  9. Ahmad S., Gupta A.P., Sharmin E., Alam M., Pandey S.K. Synthesis, characterization and development of high performance siloxane-modified epoxy paints. Progress in Organic Coatings. 2005;54(3):248-255. https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2005.06.013
  10. Qian M., Soutar A.M., Tan X.H., Zeng X.T., Wijesinghe S.L. Two-part epoxy-siloxane hybrid corrosion protection coatings for carbon steel. Thin Solid Films. 2009;517(17):5237-5242. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2009.03.114
  11. Xue D., Van Ooij W.J. Corrosion performance improvement of hot-dipped galvanized (HDG) steels by electrodeposition of epoxy-resin-ester modified bis-[tri-ethoxy-silyl] ethane (BTSE) coatings. Progress in Organic Coatings. 2013; 76(7-8):1095-1102. https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2013.03.004
  12. Diaz I., Chico B., de la Fuente D., Simancas J., Vega J.M., Morcillo M. Corrosion resistance of new epoxysiloxane hybrid coatings. A laboratory study. Progress in Organic Coatings. 2010;69(3):278-286. https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2010.06.007
  13. Holness R.J., Williams G., Worsley D.A., McMurray H.N. Polyaniline Inhibition of Corrosion-Driven Organic Coating Cathodic Delamination on Iron. Journal of The Electrochemical Society. 2005;152(2):B73. https://doi.org/10.1149/1.1850857
  14. Hosseini M.G., Jafari M., Najjar R. Effect of polyaniline-montmorillonite nanocomposite powders addition on corrosion performance of epoxy coatings on Al 5000. Surface and Coatings Technology. 2011;206(2-3):280-286. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2011.07.012
  15. Zhang X., He Q., Gu H., Colorado H.A., Wei S., Guo Z. Flame-retardant electrical conductive nanopolymers based on bisphenol F epoxy resin reinforced with nano polyanilines. ACS Application. Material. Interfaces. 2013;5:898-910. https://doi.org/10.1021/am302563w
  16. Oliver W.C., Pharr G.M. An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments. Journal of Materials Research. 1992;7:1564-1583. https://doi.org/10.1557/JMR.1992.1564
  17. Яновский Ю.Г., Никитина Е.А., Никитин С.М., Карнет Ю.Н. Квантово-механические исследования механизма деформации углеродных нанотрубок // Механика композиционных материалов и конструкций. 2009. Т. 15. № 3. С. 345-368.
  18. Galimov N.K., Yakupov N.M., Yakupov S.N. Experimental-Theoretical Method for Determining Mechanical Characteristics of Spherical Films and Membranes of Complex Structure. Mechanics of Solids. 2011;3:380-386. https://doi.org/10.3103/S0025654411030058
  19. Таплин Д. (ред.) Механика разрушения. Разрушение материалов. М.: Изд-во Мир. 1979. 239 c.
  20. Якупов С.Н., Губайдуллин Р.И. Жесткость, адгезия и расслоение покрытия в системе «подложка-покрытие» // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2022. Т. 18. № 3. С. 204-214. http://doi.org/10.22363/1815-5235-2022-18-3-204-214
  21. Yakupov S.N., Kiyamov H.G., Yakupov N.M. Mukhamedova I.Z. A new variant of the fem for evaluation the strenght of structures of complex geometry with heterogeneous material structure. Case Studies in Construction Materials. 2023;19:e02360. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2023.e02360
  22. Yakupov S.N., Kiyamov H.G., Yakupov N.M. Modeling a synthesized element of complex geometry based upon three-dimensional and two-dimensional finite elements. Lobachevskii Journal of Mathematics. 2021;42(9):2263-2271. https://doi.org/10.1134/S1995080221090316

© Якупов С.Н., Гумаров Г.Г., Якупов Н.М., 2023

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах