Разработка проекта стандарта организации "Технический контроль термостойких защитных керамических покрытий" для предприятий наноиндустрии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Разработка проекта стандарта организации «Технический контроль термостойких защитных керамических покрытий» для предприятий наноиндустрии

Иванова Ольга Владимировна

Лазарева Мария Сергеевна

Халиков Рауф Музагитович



Термостойкие защитные материалы, в частности, покрытия разнообразных составов и назначений широко применяются в современной промышленности: авиастроении, ракетно-космической технике, металлургии [1-3]. В последние десятилетия получила актуальность проблема конструирования термостойких керамических покрытий для защиты металлов и сплавов от повышенных температур. По мере повышения требований к керамическим защитным покрытиям, роль оценки качества в процессе изготовления становится все более значимой. Технический контроль термостойких защитных керамических покрытий является выходным контролем качества готовых изделий [4, 5, 7].

В рамках исследования контроля качества термостойких защитных керамических покрытий разработан проект стандарта организации СТО «Технический контроль термостойких защитных керамических покрытий» с соблюдением всех требований, предъявляемых к стандартам и нормативной документации. Для его разработки нами использованы экспериментальные методики и подходы, описанные в источниках [8, 9, 11].

Настоящий стандарт организации разработан в соответствии с требованиями Федерального закона № 184-ФЗ «О техническом регулировании», ГОСТ Р 1.4-2004 «Стандартизация в Российской Федерации. Стандарты организаций. Общие положения» и ГОСТ Р 1.5-2012 Стандартизация в Российской Федерации. Стандарты национальные. Правила построения, изложения, оформления и обозначения».

Стандарт создан в целях:

удовлетворения жестких требований со стороны заказчиков и потребителей;

повышения качества термостойких защитных керамических покрытий;

подъема престижа продукции с термостойкими защитными керамическими покрытиями на внутреннем и внешнем рынке;

повышение конкурентоспособности предприятия.

Область применения

Настоящий стандарт распространяется на контроль качества термостойких защитных керамических покрытий изделий, рекомендованных нормативными документами предприятия к применению.

Стандарт устанавливает порядок проведения контроля, методы, объемы и нормы оценки качества термостойких защитных керамических покрытий.

Ответственность за пересмотр и внесение изменений в данный стандарт возложена на главного технолога предприятия.

Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие нормативные документы:

ГОСТ Р 1.4-2004 «Стандартизация в Российской Федерации. Стандарты организаций. Общие положения».

ГОСТ Р 1.12-2004 «Стандартизация в Российской Федерации. Термины и определения».

ГОСТ ISO 9000-2011 «Системы менеджмента качества. Основные положения и словарь».

ГОСТ ISO 9001-2011 «Системы менеджмента качества. Требования».

ГОСТ 15467-79 «Управление качеством продукции. Основные понятия. Термины и определения».

ГОСТ 16504-81 «Система государственных испытаний продукции. Испытания и контроль качества продукции. Основные термины и определения».

ГОСТ Р ИСО/МЭК 17025-2006 «Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий»

ГОСТ 7875.0-94 «Изделия огнеупорные. Общие требования к методам определения термической стойкости».

ГОСТ 7875.1-94 «Изделия огнеупорные. Метод определения термической стойкости на кирпичах».

ГОСТ 6507-90 «Микрометры. Технические условия».

ГОСТ 8926-68 «Щупы цилиндрические для станочных приспособлений. Конструкция».

ГОСТ 427-75 «Линейки измерительные металлические. Технические условия».

ГОСТ 28489-90 «Микроскопы световые. Термины и определения».

ГОСТ 25706-83 «Лупы. Типы, основные параметры. Общие технические требования».

ГОСТ Р 54161-2010 «Зеркала. Общие технические условия».

ГОСТ 22345-77 «Клей ВС-10Т теплостойкий. Технические условия». ГОСТ 28840-90 «Машины для испытания материалов на растяжение, сжатие и изгиб. Общие технические требования».

ГОСТ 25.505-85 «Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Метод испытаний на малоцикловую усталость при термомеханическом нагружении».

ГОСТ 30247.0-94 «Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования».

ГОСТ 8.286-78 «Государственная система обеспечения единства измерений. Секундомеры электрические. Методы и средства поверки».

ГОСТ 28243-96 «Пирометры. Общие технические требования».

ГОСТ 24104-2001 «Весы лабораторные. Общие технические требования».

ГОСТ 14919-83 «Электроплиты, электроплитки и жарочные электрошкафы бытовые. Общие технические условия».

ГОСТ 3145-84 «Часы механические с сигнальным устройством. Общие технические условия».

Термины и определения

Адгезия - возникновение связи между поверхностными слоями двух разнородных (термостойких керамических покрытий с металлической подложкой) тел, приведённых в соприкосновение.

Визуальный контроль - органолептический контроль, осуществляемый органами зрения.

Внутренний дефект - дефект, характеризуемый локальным нарушением целостности керамического покрытия, целиком расположенный внутри соединения и не имеющий выхода на внутреннюю и внешнюю поверхности соединения.

Дефект - каждое отдельное несоответствие продукции требованиям, установленным нормативной документацией.

Допустимый дефект - дефект или совокупность дефектов, вид, количество и геометрические параметры которого(ых) не превышают принятые нормы.

Измерительный контроль - контроль, осуществляемый с применением средств измерения.

Испытания - техническая операция, заключающаяся в определении одной или нескольких характеристик данной продукции, процесса или услуги в соответствии с установленной процедурой.

Качество - совокупность свойств и характеристик продукции (термостойких керамических покрытий), которые придают им способность удовлетворять обусловленные или предполагаемые потребности.

Контроль - оценка соответствия путем соответствующего наблюдения и сделанного на его основе заключения, сопровождаемые соответствующим измерением или проверкой.

Образец для испытаний - продукция или ее часть, или проба, подвергаемая, непосредственно, эксперименту при испытаниях.

Термостойкость (термическая стойкость) - способность огнеупорных материалов противостоять, не разрушаясь, термическим напряжениям. Обычно оценивается числом теплосмен (циклов нагрева и охлаждения), выдерживаемых образцом (изделием) до появления трещин или разрушения, либо (реже) температурным градиентом, при котором возникают трещины.

Термическая усталость - разрушение материала, постепенно развивающееся под действием многократно повторяющихся температурных напряжений.

Технический контроль - проверка соответствия объекта установленным техническим требованиям.

Толщина покрытия - расстояние между поверхностью керамического покрытия и металлической поверхностью.

Требования - потребность или ожидание, которое установлено, обычно предполагается или является обязательным.

Ультразвуковой контроль - неразрушающий контроль, основанный на возбуждении в контролируемом материале упругих колебаний и анализ дальнейшего процесса распространения ультразвуковых волн.

Химическая (коррозионная) стойкость - способность керамических покрытий противостоять разрушающему действию агрессивных сред.

Квалификационные требования к лабораториям и специалистам, проводящим контроль качества термостойких защитных керамических покрытий

Требования к лаборатории. Контроль качества термостойких защитных керамических покрытий (физическими методами, а также визуальный и измерительный контроль) выполняется специалистами лаборатории (группы) контроля качества, которая должна быть аттестована.

Лаборатория (группа) контроля качества должна быть укомплектована обученными, аттестованными работниками, обеспечена необходимой нормативной документацией, оснащена оборудованием, приборами и инструментами.

Требования к специалистам. К работам по контролю качества допускаются аттестованные специалисты контроля качества. Они должны пройти обучение, успешно выдержать квалификационные испытания и получить удостоверения установленной формы.

Аттестованные специалисты контроля качества, у которых имеется удостоверение на право производства работ и выдачи заключений по результатам контроля качества допускаются к руководству лабораторией (группой) контроля качества. Стаж работы по данной специальности не должен составлять не менее 3 лет. Аттестацию на знание правил, норм и инструкций по безопасному ведению работ на объектах предприятия наноиндустрии должны проходить аттестованные специалисты контроля качества, которые осуществляют руководство работами по контролю качества и выполняющие контроль качества. Правом выдачи заключений по результатам контроля качества обладают специалисты, имеющие II и III уровень квалификации.

К работам по визуальному измерительному контролю допускаются аттестованные специалисты контроля качества, прошедшие обучение с учетом специфики контроля термостойких защитных керамических покрытий, и производственную стажировку с опытным дефектоскопистом, по соответствующему методу контроля, в течение не менее двух месяцев.

Порядок проведения визуального и измерительного контроля

Требования настоящего раздела распространяются на визуальный и измерительный контроль качества термостойких керамических покрытий.

Визуальный и измерительный контроль керамических покрытий выполняют с целью подтверждения их соответствия предъявляемым требованиям. Он должен выполняться до проведения неразрушающего контроля физическими методами. Выявленные дефекты, при визуальном и измерительном контроле должны быть исправлены до выполнения последующей технологической операции.

Проведение визуального контроля.

Внешнюю поверхность керамического покрытия проверяют с помощью визуального вида контроля, т.е. равномерность нанесенного покрытия и наличие трещин и посечек.

Применяемые приборы:

- лупы согласно ГОСТ 25706-83;

- зеркала согласно ГОСТ 54161-2010.

Выполнение контроля. Визуальный контроль покрытий проводится невооруженным глазом и с применением оптических приборов (луп, зеркал).

Место изгиба рассматривают через просмотровую лупу ЛП-1-10Х по ГОСТ 25706. Допускается применение многолинзовой просмотровой или измерительной лупы по ГОСТ 25706.

Проведение измерительного контроля.

Сущность контроля. С помощью измерительного контроля определяют размеры поверхностных дефектов, выявленных при визуальном контроле; толщину нанесенного покрытия.

Применяемые приборы и реактивы:

- линейки измерительные металлические по ГОСТ 427-75;

- телевизионный микроскоп типа «Квантимет»;

- смола ФР-12;

- родамин;

- микроскоп МИН-8 согласно ГОСТ 28489-90

- микрофотонасадка МФН-12;

- лупа с делительной шкалой по ГОСТ 25706-83;

- щупы по ГОСТ 8926-68;

- микрометр по ГОСТ 6507-90.

Определение трещин на термостойких керамических покрытиях.

Образец изделия предварительно пропитывают смолой ФР-12 с родамином. Фотографирование ведут под микроскопом МИН-8 с помощью микрофотонасадки МФН-12. Родамин дает красный цвет, который не фиксируется на фотопластинке, а на фотоизображении в дальнейшем проявляется в виде черного тона. Фотоизображение расшифровывают телевизионным микроскопом типа «Квантимет».

Определение ширины и длины трещин и посечек на керамических покрытиях.

Лупу с делительной шкалой используют для определения ширины посечек и трещин. Измерительной линейкой определяют длины посечек и трещин. За длину посечек или трещин, проходящих через ребро по двум смежным сторонам изделий, принимают их общую длину.

Определение глубины трещин и посечек на керамических покрытиях.

Измеряют глубину трещин и посечек с помощью гибких металлических щупов различной длины и толщины в зависимости от раскрытия трещины. Глубину измеряют в миллиметрах.

Определение толщины термостойких защитных керамических покрытий.

Микрометром определяют толщину керамического покрытия. Точки выбирают, в которых должны быть проведены измерения. Точки измерения должны быть свободны от дефектов поверхности и расположены на расстоянии не менее 20 мм от края покрытия на расстоянии приблизительно 50 мм друг от друга.

Вокруг каждой точки измерения легким нажимом очерчивают окружность диаметром ? 10 мм и ставят рядом порядковый номер. Образец закрепляют так, чтобы все испытуемые точки были доступны для измерения микрометром.

Микрометр располагают так, чтобы пятка микрометра находилась в соприкосновении с обратной стороной измеряемого образца непосредственно под первой точкой измерения. Медленно вращая барабан микрометрического винта, перемещают измерительный стержень к исходной точке до отказа, при этом измерительный стержень далее не двигается при повороте трещотки.

Отмечают показания микрометра, пользуясь в случае необходимости зеркалом. Ослабляют зажимы, снимают микрометр и повторяют всю процедуру в следующей точке измерения.

Порядок определения адгезионной прочности сцепления защитного керамического покрытия с подложкой

Требования настоящего раздела стандарта распространяются на контроль качества адгезионной прочности сцепления защитного керамического покрытия с подложкой. В испытаниях участвуют лабораторные образцы, не имеющие механических повреждений.

Определение прочности сцепления на сдвиг.

Сущность метода. Измерение разрушающей нагрузки при испытании образца в заданных условиях путем приложения с помощью специального приспособления усилий.

Применяемые приборы:

- пресс, позволяющий проводить испытание на сдвиг со скоростью движения подвижного захвата машины 0,5 - 5 мм/мин и обеспечивающее измерение нагрузки с погрешностью не более 1% по ГОСТ 28840-90;

- приспособления для закрепления и испытания образцов;

- микрометр по ГОСТ 6507-78 или любой другой инструмент для измерения толщины образца с погрешностью не более 0,01 мм.

Проведение испытания.

Измеряют толщину образца в четырех местах. Образец изделия закрепляют на прессе, оборудованном соответствующим устройством для приложения нагрузки. Для установки образцов в испытательную машину применяют захватные муфты, закрепляемых в испытательной машине.

Испытания проводят при постоянной скорости движения подвижного захвата машины. В процессе испытания определяют максимальную нагрузку.

Наблюдают за поведением образца, отмечая моменты появления трещин, потрескивания и устанавливают характер его разрушения.

Определение прочности сцепления на удар.

Сущность метода. Метод определения прочности сцепления покрытия на удар основан на деформации керамического покрытия, нанесенного на металл, при свободном падении груза на покрытие.

Аппаратура и приборы для испытания:

- устройство типа У-2М для определения прочности покрытий при ударе согласно ГОСТ 4765-73;

- микрометр по ГОСТ 6507-78 для измерения толщины покрытия;

- лупа по ГОСТ 25706-83;

- шарик-груз диаметром 32 мм.

Проведение испытания.

Определяют толщину керамического покрытия с помощью микрометра. Образец изделия помещается покрытием вверх на наковальню под боек. Груз поднимают и с помощью стопорного винта устанавливают на определенной высоте, а затем нажатием на кнопку освобождается груз, который свободно падает на боек. Боек передает удар металлу, лежащему на наковальне. После удара груз поднимают, вынимают образец и рассматривают покрытие в лупу на наличие трещин.

Если дефекты отсутствуют, то испытание повторяют, увеличивая высоту сбрасывания груза до тех пор, пока не обнаружится разрушение покрытия при ударе.

Определение прочности сцепления покрытия на отрыв.

Сущность метода. Метод состоит в измерении силы, необходимой для отрыва покрытия от подложки в направлении, перпендикулярном плоскости покрытия с помощью динамометра.

Приборы и материалы для испытания:

- машина для испытания образца на растяжение согласно ГОСТ 28840-90;

- клей, имеющий адгезию к испытываемому покрытию по ГОСТ 22345-77;

- металлический шпатель;

- металлическая (проволочная) и волосяная щетка;

- наждачная бумага для сухого шлифования.

Проведение испытания.

Покрытие наносят на плоский торец цилиндрического образца ш 25 мм и затем приклеивают к другому такому же образцу. Цилиндры свободными концами закрепляют в захватах растягивающего устройства машины для испытания образца на растяжении.

Величину силы растяжения, при которой произошел отрыв, определяют по шкале динамометра. Фиксируют зону и вид разрушения в месте отрыва.

Учитывают те результаты, когда разрыв происходит по границе металл-покрытие. Если разрушение происходит по линии склеивания, то можно считать, что прочность сцепления покрытия с металлом выше, чем известная прочность клеевого соединения.

Вычисление результатов. Прочность сцепления определяется по следующей формуле:

где Р - растягивающая сила, кг;

D - диаметр образца, см.

Определение прочности сцепления на разрыв.

Сущность метода. Определение усилия, вызывающего разрушение керамического покрытия с металлической подложкой.

Аппаратура и материалы для испытания:

- разрывные и универсальные машины по ГОСТ 28840-90;

- гайки для механического закрепления по ГОСТ 15073-75.

Проведение испытания.

Для испытания на разрыв образец для испытания помещают в разрывную машину и нагружают до разрыва по кольцевому нанесенному слою.

Образец для испытания на разрыв состоит из двух деталей. В детали 1 имеется специальный палец 3, который вставляется в деталь 2, центрируя ее. С помощью штифта 4 осуществляют соединение деталей 1 и 2,после чего наносят покрытие. Измерения производят в зоне А, где должно происходить разрушение покрытия при испытании на растяжение. Гайки 5 служат для механического закрепления покрытия с основой.

Определение считается ошибочным, если разрушение происходит вне зоны А.

Вычисление результатов. Прочность кольцевого слоя при разрыве определяют по следующей формуле:

где Р--растягивающее усилие, кг;

D -- наружный диаметр в зоне А см;

d -- диаметр образца без покрытия в зоне А, см.

Порядок определения термических свойств керамических покрытий

Требования настоящего стандарта распространяются на определение у термостойких керамических покрытий стойкости к высоким температурам, термостойкости, термической усталости. Способность термостойкого защитного керамического сопротивляться действию тепловых напряжений характеризует его работоспособность и долговечность в условиях воздействия высоких температур.

Испытания стойкости к высоким температурам.

Сущность метода заключается в выдерживании образца для испытания при высокой температуре, непрерывной регистрации происходящих в материале процессов и определении стойкости материалов к воздействию высокой температуры.

Аппаратура приборы для испытания:

- печь для испытаний огнеупоров по ГОСТ 30247.0-94;

- пирометры согласно ГОСТ 28243-96;

- лупы согласно ГОСТ 25706-83.

Проведение испытания.

Образец с покрытием помещают в высокотемпературную печь и выдерживают при заданной температуре в течение определенного времени.

Для регистрации температуры испытуемого образца используют пирометр. Фиксируют температуру, при которой началось растрескивание, откалывание или отслаивание покрытия. При осмотре поверхности с керамическим покрытием используют лупы.

Испытания на термостойкость.

Сущность метода. Способность покрытия выдерживать очень большие напряжения, вызванные быстрым изменением температуры (тепловой удар), характеризует ею термостойкость

Аппаратура и приборы для испытания:

- кислородно-ацетиленовая горелка;

- регулятор воздушного потока.

Проведение испытания.

Образец для испытаний подвергают тепловому удару нагревом с помощью кислородно-ацетиленовой горелки. Образец с покрытием устанавливается на заданном расстоянии от сопла горелки. Изменяют пропорцию газов, поступающих в горелку, создают окислительные, восстановительные или нейтральные условия. Температура пламени составляет 2600-3500°С. Циклы повторяют до появления трещин на керамических покрытиях. Охлаждают воздушным потоком заданного времени и темпа.

Вычисление результатов. Определение коэффициент теплопередачи б.



где л - коэффициент теплопроводности покрытия;

T_s - мгновенная температура поверхности.

Вычисление максимально допустимого изменения температуры покрытия ДT_f.

где у_p- разрушающее напряжение;

м - коэффициент Пуассона;

А - фактор формы;

Е-- модуль упругости покрытия.

Чем больше теплопроводность покрытия и меньше коэффициенты теплового расширения и теплопередачи, тем большую термостойкость покрытие имеет.

Испытания на термическую усталость.

Сущность метода. Сущность методов состоит в выдерживание термостойких керамических покрытий циклическим изменениям температур до образования трещин.

Аппаратура и приборы для испытания:

- установка для испытания на термическую усталость по ГОСТ 25.505-85;

- секундомер по ГОСТ 8.286-78.

Проведение испытаний.

При испытаниях образец изделия нагревают до температуры 1000^оС в течение некоторого времени, а затем охлаждают до комнатной или другой относительно низкой температуры (100-150^оС). Эти циклы повторяются до образования трещин на керамическом покрытии.

Порядок определения химической стойкости керамических покрытий

Требования настоящего раздела стандарта распространяются на контроль химической стойкости керамических покрытий.

Определение стойкости против кислот и щелочей.

Сущность метода. Выдерживание термостойких защитных керамических покрытий в растворах щелочей и кислот до начала разрушения покрытия.

Приборы и реактивы для испытаний:

- растворы щелочей и кислот;

- электроплитка нагревательная по ГОСТ 14919-83;

- весы лабораторные по ГОСТ 24104-2001.

Проведение испытаний.

Определяют исходную массу покрытия взвешиванием.

Образцы для испытаний помещают в растворы щелочей и кислот.

Кипячение образцов проводят до начала разрушения покрытия. Проводят повторное взвешивание.

Вычисление результатов. Величину кислото- и щелочестойкости К (%) вычисляют по формуле:

где М₁ - исходная масса покрытия, кг;

М₂ - масса покрытия после испытания, кг.

Определение шлакостойкости.

Сущность метода. Определение площади разъедания термостойких керамических покрытий, покрытых шлаком.

Аппаратура и приборы:

- образец из шлака размером 10Ч10 мм;

- электрическая печь по ГОСТ 14919-83;

- планиметр;

- часы по ГОСТ 3145-84.

Проведение испытания.

На подготовленную поверхность термостойкого защитного керамического покрытия ставят образец (цилиндр 10Ч10 мм) из шлака. Затем их помещают в электрическую печь и нагревают со скоростью 3-4^оС/мин. Температуру печи должна быть выше температуры плавления шлака.

Выдержка при окончательной температуре должна длиться от 20 до 120 мин. После испытания образец вынимают из печи, очищают от прилипшего шлака.

Определяют шлакостойкость. Ее оценивают по измерению площади, разъеденной и пропитываемой шлаком.

Отдельные положения данного проекта стандарта организации были апробированы при реализации образовательных программ «ФИОП РОСНАНО» [12] и создании универсальных подходов формирования профессиональных компетенций [6, 11].

Таким образом, разработанный проект стандарта организаций может быть предложен для внедрения на предприятиях отрасли наноиндустрии, производящие термостойкие керамические защитные покрытия для повышения качества и конкурентоспособности продукции.



Список литературы

качество наноиндустрия защитный покрытие

1. Абраимов Н.В. Высокотемпературные материалы и покрытия для газовых турбин. - М.: Машиностроение, 1993. - 336 с.

2. Аппен А.А. Температуроустойчивые неорганические покрытия. - Л.: Химия, 1976. - 296 с.

3. Демиденко Л.М. Высокоогнеупорные композиционные покрытия. - М.: Металлургия, 1979. - 216 с.

4. Иванова О.В. Словарь основных терминов управления качеством. - Уфа: РИЦ БашГУ, 2014. - 68 с.

5. Иванова О.В., Афанасьева А.С., Гильванова Д.М. Организация входного контроля продукции из наноструктурированной композиционной керамики // Тез. докл. IV Всерос. конф. «Химия и технология новых веществ и материалов». - Сыктывкар: КНЦ УрО РАН, 2014. - С. 80-82.

6. Иванова О.В., Халиков Р.М., Чудинов В.В. Технологичные механизмы формирования общепрофессиональных компетенций у бакалавров направления подготовки «Управление качеством» // Успехи современной науки и образования. - 2016. - № 9-1. - С. 73-76.

7. Сафина Г.З. Иванова О.В. Стандарты организаций и методы контроля качества продукции // В сб. Всерос. конф. «Качество жизнеобеспечения населения». - Уфа: БГМУ, 2016. - С. 115-119.

8. Сысоев Э.П. Нанокерамические материалы. Ч.1.Пленки, покрытия, мембраны. - Владимир: Изд-во ВГУ, 2008. - 90 с.

9. Солнцев Ст.С., Розененкова В.А., Миронова Н.А. Высокотемпературные стеклокерамические покрытия и композиционные материалы //Авиационные материалы и технологии. 2012. № 5. С. 359-368.

10. Халиков Р.М., Иванова О.В. Технологические схемы решения экологических проблем регионального производства материалов // Nauka-Rastudent.ru. - 2014. - № 3 (03). - С. 10.

11. Хокинг М., Васантасри В., Сидки П. Металлические и керамические покрытия. Получение, свойства и применение. - М.: Мир, 2000. - 518 с.

12. Шаяхметов У.Ш., Фахретдинов И.А., Халиков Р.М., Иванова О.В., Чудинов В.В., Гончаренко Е.А. Процесс формирования профессиональных компетенций у бакалавров-материаловедов в области термостойких наноструктурированных композитов // Вестник Башкирского университета. - 2014. - Т.19. - № 1. - С. 248-252.

Размещено на Allbest.ru

...