UDC 621.771.07
UDC 621.787.6
The adhesion strength of the paintwork on the surface of the cold-rolled strip is an important indicator for further use in the automotive industry. Adhesion is characterized by cohesive resistance between the coating and the substrate, which is determined by the force required to separate the coating from the base surface. It is generally accepted that surface roughness creates favorable conditions for good adhesion. Simulation results of microasperities within the surface in order to determine the tearing force are presented. The simulation was performed on prepared samples with a diameter of 25 mm made of duralumin D16. Using a milling machine and specially prepared cutting tools, microprofiles were composed diversiform: a pyramid, a spherical shape, a truncated cone and a rectangular one. According to the State Standard 32702.2-2014 (ISO 16276-2:2007), a glue-coating of the same thickness is applied to surfaces modulated with various microfilaments. To ensure the same conditions of preparation for the tests, the same clamping force was applied for bonding surfaces. After the glue has cured, the glued work materials are subjected to a tensile test (tear-off test). To carry out the practical part of the research, a pull test machine was used for the tear test (State Standard 32299-2013). According to the test results, it is possible to make conclusions about a microprofile shape effect on the adhesion between the surface and the coating, as well as the effect on the adhesion strength of microasperity shape and the contact area. Using the classification of adhesive fracture, the type of fracture of the studied samples was determined. Due to the lack of data in the references concerning the relationship between the shape of the contact surface and adhesion, the authors experimentally found out that the effect of the microasperities shape on the adhesion strength to the coating by determining the tear-off force.
adhesion, microprofile, adhesion strength, tear-off force
Введение
От качества поверхностного слоя зависят не только эксплуатационные свойства (сопротивление усталости, износостойкость, коррозионная стойкость, сопротивление контактной усталости) но и адгезия покрытия. В связи с интенсификацией эксплуатационных процессов, увеличением скоростей перемещения рабочих органов, повышением температур и давлений роль качества поверхностного слоя значительно возрастает. Связь характеристик качества поверхностного слоя с эксплуатационными свойствами деталей свидетельствует о том, что оптимальная поверхность должна быть достаточно твёрдой, должна иметь мелкодисперсную структуру, сглаженную форму микронеровностей с большой площадью опорной поверхности [1 − 3], и определенного диапазона значений высотных и шаговых параметров шероховатости [4, 5].
Для лакокрасочных покрытий адгезия определяет качество сцепления с поверхностью, глубину проникновения в поры и срок службы покрытия. Чем выше адгезионные свойства, тем прочнее и долговечнее будет окраска [6 − 8]. Если сцепление слабое, покрытие может откалываться или расходиться тонкими слоями, что приводит к коррозии и ухудшению характеристик основания [9].
Методика проведения экспериментов
Подготовленный образец диаметром
25 мм из дюралюминия Д16 закреплялся в тисах фрезерного станка с ЧПУ (рис. 1, а, б).
По заранее составленной программе (рис. 1, б) к поверхности образца подводился режущий инструмент (рис. 2, а) формирующий микропрофиль различной формы. Схема обработки представлена на рис. 2, б.
Согласно ГОСТ 32702.2-2014 (ISO 16276-2:2007) «Материалы лакокрасочные. Определение адгезии методом отрыва продукт, подвергаемый испытанию, наносят на пластины одинаковой толщины и текстуры поверхности. После сушки лакокрасочной системы, цилиндрические заготовки приклеивают непосредственно к окрашенной поверхности пластины с помощью клеящего вещества. После отверждения клея, приклеенные заготовки подвергают испытанию на растяжение (испытание на отрыв) под контролем, измеряют усилие, потребовавшееся для отрыва покрытия от поверхности [10]. Схема устройства для испытания на отрыв представлена на рис. 4.
Обработка результатов
Прочность при отрыве рассчитываем по формуле:
где P 
разрывное усилие, Н; 
площадь поперечного сечения, мм2 .
Результат испытания представляет собой растягивающее усилие, необходимое для разрушения самой слабой границы раздела (нарушение адгезии) или самого слабого компонента (нарушение когезии) в испытуемом образце. Также может произойти смешанное разрушение клея и приклеенного компонента. Значения контактной площади 
в зависимости от значений 
представлены в табл. 1.
На разрывной машине, общий вид которой представлен на рис. 7., испытывали на отрыв образцы 1 − 4. Для фиксации образцов в разрывных губках, предусматривали вкручивание в торец образца металлических саморезов 6×80 мм.
При проведении испытания на отрыв автоматически фиксируется нагрузка, необходимая для отрыва образца. Результаты разрывных усилий представлены на рис. 8.
Условное обозначение типов разрушений представлено на рис. 9. Авторами работы [10] подробно освещено адгезионное и когезионное разрушение.
Согласно классификации типов разрушения по результатам испытаний, представленных в табл. 3 определяли тип разрушения исследуемых образцов 1 − 4.
Выводы
По результатам экспериментов и оценивая полученные результаты, можно сделать вывод о влиянии формы микропрофиля на адгезию между поверхностью и покрытием. Наибольшее отрывное усилие понадобилось при разделении микропрофиля, смоделированного в виде пирамиды, что может свидетельствовать о лучших адгезионных свойствах из-за наклона микропрофиля поверхности. При разрыве образца 3, смоделированного в виде усеченного конуса, влияние наклонной боковой поверхности не наблюдалось, из-за когезионного разрушение слоя клея. Образцы 2 и 4 имеют одинаковые отрывные усилия, но из-за моделирования микропрофиля разной формы вид разрушения отличается. При разрушении образца 2 наблюдается адгезионное разрушение между клеем и заготовкой, а образец 4 − когезионное разрушение.
Полученные экспериментальные данные могут судить о возникновении различных видов разрушения при определении адгезионного взаимодействия между поверхностями, смоделированной различными микровыступами и слоем наносимого клея или ЛКМ.
1. Menzilova M.G., Lebedev O.Y. Studies of the tear-off strength of paint coatings // Scientific problems of transport in Siberia and the Far East. 2024, no. 2. Pp. 21−24. EDN MTXLKQ.
2. Baranovskaya L.P., Bernenko N.O. The dependence of coating adhesion on roughness // Actual problems of aviation and cosmonautics 2017. vol. 2. Pp. 760−762.
3. Ogarkov N.N., Zvyagina E.Yu. Mathematical modeling of the reproduction process of microgeometry of the roll surface on a trained strip based on similarity criteria and generalized coordinates // Procurement in mechanical engineering. 2025. vol. 23. no. 2. Pp. 76−81. DOI:https://doi.org/10.36652/1684-1107-2025-23-2-76-81.
4. Zvyagina E.Yu., Ogarkov N.N., Terentyev D.V., Rumyantsev M.I. Determination of the range of fluctuations in the microgeometry parameters of the strip surface during its training in rough rolls of a training mill. // Bulletin of Magnitogorsk State Technical University named after G.I. Nosov. 2025, vol. 23, no. 1, pp. 36−43.
5. Silaeva A.A., Kuznetsova V.A., Zheleznyak V.G., Kurshev E.V. Research of adhesion and adhesive durability of functional paint coatings for protection of polimer composite surface (PCS) // Proceedings of VIAM, 2021, no. 9 (103).
6. Elizarova Yu.A., Zakharov A.I. Adhesion issues when applying high temperature coatings // Advances in chemistry and chemical technology, 2021, no. 4 (239).
7. Savelyev D.O., Mikheev A.E., Ravodina D.V. Study of adhesion of paint and varnish coating with aluminum alloy substrate material // Actual problems of aviation and cosmonautics: Proceedings of the VII-th International Scientific and Practical Conference dedicated to Cosmonautics Day: in 3 volumes, Krasnoyarsk, April 12–16, 2021. Volume 1. Krasnoyarsk. Siberian State University of Science and Technology named after Academician M.F. Reshetnev, 2021. pp. 113−115. EDN DPJVTF.
8. Krasniy V.A. Assessment of the effect of surface roughness on increasing the adhesion strength of a wear-resistant sprayed coating. // Metalworking, 2014, no. 5 (83), pp. 47−51. EDN THBBER.
9. Ayurova O.Zh., Kornopoltsev V.N., Mognonov D.M., Maksanova L.A. Adhesion of PTFE-film to metal surfaces // Voprosy materialovedeniya. 2011. No. 3 (67). Pp. 96−100. EDN OFWGBV.
10. State Standard 32702.2-2014 (ISO 16276-2:2007) Paint and varnish materials. Determination of adhesion by the tear-off technique, p. 12.
