УДК 621.771.07 Валки. типы и конструкции
УДК 621.787.6 при помощи ударов, струйной обработкой
Прочность сцепления лакокрасочного покрытия на поверхности холоднокатаной полосы является важным показателем для дальнейшей эксплуатации в автомобилестроении. Адгезия характеризуется прочностью сцепления между покрытием и подложкой, которая определяется силой, требующейся для отделения покрытия от подложки. Принято считать, что шероховатость поверхности создает благоприятные условия для хорошей адгезии. Представлены результаты проведенного моделирования микровыступов поверхности с целью определения усилия отрыва. Моделирование производилось на подготовленных образцах диаметром 25 мм из дюралюминия Д16. С использованием фрезерного станка и специально подготовленных режущих инструментов были сформированы микропрофиля различной формы: в виде пирамиды, сферической формы, в виде усеченного конуса и прямоугольной формы. Согласно ГОСТ 32702.2-2014 (ISO 16276-2:2007) на поверхности, смоделированные различными микропрофилями нанесено клеевое покрытие одинаковой толщины. Для обеспечения одинаковых условий подготовки к проведению испытаний для склеивания поверхностей выдерживалось одинаковое прижимное усилие. После отверждения клея, приклеенные заготовки подвергают испытанию на растяжение (испытание на отрыв). Для выполнения практической части проводимых исследований было использовано разрывное устройство для испытания на отрыв ГОСТ 32299-2013. По результатам испытаний можно судить о влиянии формы микропрофиля на адгезию между поверхностью и покрытием, а также о влиянии на прочность сцепления формы микровыступа и контактной площади. Используя классификацию адгезионного разрушения, определили тип разрушения исследуемых образцов. Из-за отсутствия в литературе данных об установлении взаимосвязи между формой контактной поверхности и адгезией, авторами экспериментально было установлено влияние формы микровыступов на прочность сцепления с покрытием, путем определения отрывного усилия.
адгезия, микропрофиль, прочность сцепления, отрывное усилие
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. Мензилова М.Г., Лебедев О.Ю. Исследования прочности лакокрасочных покрытий на отрыв // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2024. № 2. С. 21−24. EDN MTXLKQ.
2. Барановская Л.П., Берненко Н.О. Зависимость адгезии покрытия от шероховатости // Актуальные проблемы авиации и космонавтики 2017. Т. 2. С. 760−762.
3. Огарков Н.Н., Звягина Е.Ю. Математическое моделирование процесса репродукции микрогеометрии поверхности валка на дрессируемой полосе на основе критериев подобия и обобщенных координат // Заготовительные производства в машиностроении. 2025. Т. 23, № 2. С. 76−81. DOI:https://doi.org/10.36652/1684-1107-2025-23-2-76-81.
4. Звягина Е.Ю., Огарков Н.Н., Терентьев Д.В., Румянцев М.И. Определение диапазона колебаний параметров микрогеометрии поверхности полосы при дрессировке ее в шероховатых валках дрессировочного стана // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2025. Т. 23. № 1. С. 36−43.
5. Силаева А.А., Кузнецова В.А., Железняк В.Г., Куршев Е.В. Исследование адгезии функциональных лакокрасочных покрытий для защиты поверхности ПКМ// Труды ВИАМ.2021. № 9 (103).
6. Елизарова Ю.А., Захаров А.И. Вопросы адгезии при нанесении высокотемпературных покрытий // Успехи в химии и химической технологии. 2021. № 4 (239).
7. Савельев Д.О., Михеев А.Е., Раводина Д.В. Исследование адгезии лакокрасочного покрытия с материалом подложки из алюминиевого сплава // Актуальные проблемы авиации и космонавтики: Сб. матер. VII Международной научно-практической конференции, посвященной Дню космонавтики: в 3 т., Красноярск, 12–16 апреля 2021 года. Том 1. Красноярск. Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева, 2021. С. 113−115. EDN DPJVTF.
8. Красный В.А. Оценка влияния шероховатости поверхности на повышение прочности сцепления износостойкого напыляемого покрытия // Металлообработка. 2014. № 5 (83). С. 47−51. EDN THBBER.
9. Аюрова О.Ж., Корнопольцев В.Н., Могнонов Д.М., Максанова Л.А. Адгезия пленки политетрафторэтилена к металлическим поверхностям // Вопросы материаловедения. 2011. № 3 (67). С. 96−100. EDN OFWGBV.
10. ГОСТ 32702.2-2014 (ISO 16276-2:2007) Материалы лакокрасочные. Определение адгезии методом отрыва. С. 12.
