一种测量试样的薄涂层‑基体界面结合强度的试验装置的制作方法

本实用新型涉及涂层界面结合强度测量领域，具体是涉及一种测量试样的薄涂层-基体界面结合强度的试验装置。

背景技术：

在实际生活中，各种各样的涂层技术广泛应用于表面工程与材料科学领域中。一般来说，对于工程实际中的多数涂层-基体材料，涂层材料的寿命决定了整个零部件或设备的寿命。工程实际中，涂层-基体材料典型的失效模式为：涂层在基体上的剥落。所以研究表征与评价涂层材料与基体材料界面结合处的力学性能尤关重要。而研究表明表征与评价涂层-基体材料界面结合的力学性能可以基于应力（单位面积上的力）的观点：涂层从基体上剥离时单位面积所需要的力的大小，即涂层与基体的界面结合强度，包括界面拉伸强度和界面剪切强度。

界面拉伸强度是表征涂层-基体材料在结合界面起裂瞬时作用在界面上的最大正应力，反映了涂层-基体结合界面抵抗拉伸破坏的能力。垂直拉伸法是目前广泛采用的一种测量涂层-基体界面拉伸强度的方法，通过将某种胶粘剂将涂层或薄膜涂层的表面粘接在某个能够方便施加载荷的物体上，比如大头钉等，然后在该物体的一端施加拉伸载荷。根据涂层与基体界面断开所对应的载荷除以涂层与界面的接触面积，得出平均拉伸强度，该强度即为界面结合的拉伸强度。

但目前通过查阅相关专利与文献资料，对于测量薄涂层-基体界面结合强度的试验装置很少，因此需要设计一种原理简单、操作方便的测量薄涂层-基体界面结合强度的试验装置，解决薄涂层-基体结合界面拉伸强度不易试验测量的问题。对于薄涂层-基体（尤其是脆性涂层-脆性基体）的界面结合拉伸强度定量研究奠定实验基础。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种原理简单、操作方便的一种测量试样的薄涂层-基体界面结合强度的试验装置，解决了薄涂层-基体结合界面拉伸强度不易试验测量的问题。

本实用新型专利采用的技术方案是：一种测量试样的薄涂层-基体界面结合强度的试验装置，包括高硬脆性材料、试样和通气部；试样包括基体和设在基体端面上的薄涂层；所述的高硬脆性材料位于所述的薄涂层的外端面正上方且粘接在外端面上；所述的基体内部设有一同轴度的圆柱通孔和一系列的小型通孔；所述的通气部位于圆柱通孔外端，可通过圆柱通孔给基体通气。

所述的高硬脆性材料、薄涂层和基体均为圆柱状且直径一致，所述的高硬脆性材料一端面通过粘接剂与所述的薄涂层外端面紧密粘接，所述的高硬脆性材料的厚度远大于所述的薄涂层的厚度，薄涂层的厚度可为0.02mm-2mm。

所述的高硬脆性材料不易变形，防止在气压下高硬脆性材料内部上下错位，造成薄涂层的剪切断裂，所述的薄涂层为脆性涂层，开裂前可忽略其塑性变形，所述的基体为脆性基体。

所述的基体内部的圆柱通孔大小为基体直径的四分之一到五分之一，小型通孔的起始端位于圆柱通孔的内部侧面，中间呈弯曲状，至终止端分叉为两个大小一致的小通孔，小通孔直径大小为圆柱通孔直径大小的二分之一到三分之一，且小型通孔中分叉的两个小通孔共有八组，每组两个小通孔，呈360度均匀分布，每组呈45度夹角。

薄涂层与基体的界面结合强度不能太大，应小于薄涂层与高硬脆性材料粘接处的强度。

本实用新型的有益效果是：本发明原理简单、操作方便；解决了薄涂层-基体结合界面拉伸强度不易试验测量的问题。对于薄涂层-基体（尤其是脆性涂层-脆性基体）的界面结合强度定量研究提供了实验基础。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

图1为本实用新型装置的结构示意图。

图2为本实用新型装置的结构全剖示意图。

图3为本实用新型装置的涂层受力示意图。

图中，1-高硬脆性材料，2-粘接剂，3-薄涂层，4-基体，5-通气部。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1至图3所示，本实用新型一种测量试样的薄涂层-基体界面结合强度的试验装置，包括高硬脆性材料1、试样和通气部5；试样包括基体4和设在基体4端面上的薄涂层3；所述的高硬脆性材料1位于所述的薄涂层3的外端面正上方且粘接在外端面上；所述的基体4内部设有一同轴度的圆柱通孔41和一系列的小型通孔43；所述的通气部5位于圆柱通孔41外端，可通过圆柱通孔41给基体4通气。

所述的高硬脆性材料1、薄涂层3和基体4均为圆柱状且直径一致，所述的高硬脆性材料1一端面通过粘接剂2与所述的薄涂层3外端面紧密粘接，所述的高硬脆性材料1的厚度远大于所述的薄涂层3的厚度，薄涂层3的厚度可为0.02mm-2mm。

所述的高硬脆性材料1不易变形，防止在气压下高硬脆性材料1内部上下错位，造成薄涂层3的剪切断裂，所述的薄涂层3为脆性涂层，开裂前可忽略其塑性变形，所述的基体4为脆性基体。

所述的基体4内部的圆柱通孔41大小为基体4直径的四分之一到五分之一，小型通孔43的起始端位于圆柱通孔41的内部侧面，中间呈弯曲状，至终止端分叉为两个大小一致的小通孔42，小通孔42直径大小为圆柱通孔41直径大小的二分之一到三分之一，且小型通孔43中分叉的两个小通孔42共有八组，每组两个小通孔42，呈360度均匀分布，每组呈45度夹角。

薄涂层3与基体4的界面结合强度不能太大，应小于薄涂层3与高硬脆性材料1粘接处的强度。

具体操作过程如下：

（1）制作一个本发明装置中的试样，其中与薄涂层3同一直径大小的高硬脆性材料1一端面通过粘接剂2与薄涂层3的外端面紧密粘接；

（2）通过通气部5给基体4内的圆柱通孔41缓慢地不断通气，根据理想气体定律：

PV=nRT

当气体的体积V和温度T不变时，气体压强P的大小与气体的量n成正比，则圆柱通孔41和小通孔42内的压强P不断增大，根据压力公式和受力面积公式：

F_气=PS

薄涂层3受到垂直受力面向上的均布载荷压力F_气也不断增大，并且该圆柱通孔41和小通孔42内的压强P变化情况能通过通气部5实时进行测量；

（3）根据公式

其中：为平均拉伸强度，即其界面结合的拉伸强度

F为涂层与基体界面断开所对应的载荷

A为涂层与基体结合处的面积

当不断增大的均布载荷压力F_压大于或等于涂层与基体界面断开所对应的载荷F时，薄涂层3连同高硬脆性材料1一起被气流冲开，记录下此时的气体压强P；

（4）结合上述公式，得出界面结合的拉伸强度:

而P、D、d₁和d₂都是已知的，即可算出薄涂层-基体界面结合处强度值。