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. Yanovsky Yu.G., Nikitina E.A., Nikitin S.M., Karnet Yu.N. Quantum mechanical studies of the mechanism of deformation of carbon nanotubes. Mechanics of Composite Materials and Structures. 2009;15(3):345-368. (In Russ.)
  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. Taplin J. (ed.) Fracture mechanics. The destruction of the materials. Congressional reports, Waterloo. Canada, June 19-24, 1977. Moscow: Mir Publ.; 1979. (In Russ.)
  20. Yakupov S.N., Gubaidullin R.I. Rigidity, adhesion and delamination of the coating in the “substrate - coating” system. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2022;18(3):204-214. (In Russ.) 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

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».