一种涂层样块的拉伸试验工装及方法与流程

本发明属于材料力学性能测试领域，涉及一种涂层样块的拉伸试验工装及方法。

背景技术：

新型的涂层涂覆工艺发展十分迅速，涂层与基材结合强度是评价涂层性能的重要指标。拉开法是测试涂层结合强度的传统方法：用胶结的方法将涂层试块粘在拉伸试样中部，使涂层和基材的结合界面垂直于拉伸试样轴线；在指定的速度下，对试样进行拉伸试验，当拉伸试样从涂层与基材界面断裂时，其最大拉伸载荷与界面面积的比值就是涂层结合强度。但是随着涂层工艺的进步，涂层与基材的结合强度大大提升，现有的拉伸试验通常会在胶结面处断裂而不是涂层与基材的结合面处断裂，导致试验数据无效，结合强度无法准确测出。

近年来，有用锥台喷涂的方法进行高强度涂层结合力测试的（参照中国专利公布号：cn104007065a，公布日：2014.08.27）。然而，这种方法其工装与涂层样件是一体的，其结构与实际工件差异太大，只能识别喷涂工艺条件的稳定性，无法对工件涂层实际结合强度给出定量参考。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现况存在的上述问题，提出了一种涂层样块的拉伸试验工装，本发明所要解决的技术问题是设计涂层样块，避免胶结，使涂层与基体结合界面成为试样中强度最低的部位，拉伸过程中从该界面处断裂，以保证能准确测定涂层与基体界面结合强度。

本发明的另一目的是提供一种涂层样块的拉伸试验方法。

本发明的技术方案是：一种涂层样块的拉伸试验工装，包括用于与拉力试验机一端连接的上连接座、用于与拉力试验机另一端连接的下连接座、用于将涂层样块固定于上连接座和下连接座之间的扣环组件；所述涂层样块包括基体、涂层，基体与涂层之间的结合处为涂层与基体结合界面；基体为台阶形结构，包括大头部、与大头部连接的小头部，涂层连接于基体的小头部端部，涂层与基体的大头部之间形成环形卡槽；所述上连接座、下连接座上分别设有卡槽，扣环组件一端卡于卡槽处，扣环组件另一端卡于涂层样块的环形卡槽处；所述扣环组件包括由左半扣环、右半扣环组成的扣环、用于锁紧左半扣环、右半扣环的扣环锁。

所述扣环两端均设有径向向内延伸的凸缘，一凸缘与上连接座或下连接座的卡槽相配合，另一凸缘与涂层样块的环形卡槽相配合，扣环内槽卡于上连接座或下连接座的卡槽与涂层样块的环形卡槽之间。

所述扣环锁为筒状结构，扣环锁远离涂层样块端有径向向内延伸的定位凸缘。

所述左半扣环与右半扣环相对称设置。

所述扣环组件为两组，一组扣环组件与上连接座相对应，另一组扣环组件与下连接座相对应。

两组扣环组件的尺寸大小不同。

两组扣环组件上分别设有标识。两组扣环组件尺寸不同、设置标识，可防止扣环组件混用对试验精度的影响，一对扣环是一个带内槽的圆筒从中切开，可以保证各台阶尺寸一致；若是混用，分两次加工的加工误差，会导致左右扣环尺寸的微小偏差，在拉伸时涂层样块受力会存在不对成，对精度有一定影响。

所述上连接座、下连接座与拉力试验机螺纹连接。

所述扣环锁可沿扣环外壁轴向移动。

一种涂层样块的拉伸试验方法，包括以下步骤：

①先将上连接座与拉力试验机的试样上夹持端螺纹接头沿着螺纹旋转连接，将扣环锁轴向套在上连接座上，扣环锁的定位凸缘端朝向连接座与拉力试验机的连接端；然后将涂层样块设置于上连接座与涂层样块的接触平面处，使用扣环将上连接座与涂层样块的环形卡槽卡扣相连，扣环的一凸缘与上连接座卡槽相配合，扣环的一凸缘另一凸缘与涂层样块的环形卡槽相配合，再将扣环锁沿着轴向套移动在扣环外部，实现上扣环锁径向固定上扣环，使扣环内槽卡在上连接座的卡槽与涂层样块的环形卡槽上；

②重复以上步骤完成下连接座与扣环锁、扣环、涂层样块的连接；

③拉力试验机检测涂层样块的涂层与基体界面结合强度。

本发明能够将涂层样块固定于拉力试验机上，并且保证拉伸作用力仅会对涂层与基材结合面作用，实现了测试涂层结合力的目的。

本拉伸试验工装不使用胶结的方式制作涂层拉伸力学试样，将传统柱状试样结构更改为带环形卡槽的台阶柱状结构，同时设计了一种锁扣工装，其结构包括上下连接座、上下扣环、上下扣环锁，通过扣环与试样、连接座的机械配合将试验机的轴向拉力传递到试样上，实现对试样界面的拉伸试验。

与现有技术相比，本拉伸试验工装具有以下优点：

通过拉力试验机上、下拉伸夹持端螺纹接头与上、下连接座的螺纹旋接，保证了涂层样块稳定连接于拉力试验机；通过扣环及扣环锁的设置，能够使涂层样块以机械形式固定于连接座，避免了传统胶结连接方式从胶结处断裂导致试验得不出有效结果的情况，从而实现高强度涂层结合强度准确测试。

本发明实现了高结合强度涂层结合力测试的同时，其试样通用性好，可以有效代表实际工件状态，避免传统锥台拉伸方法对涂层样块结构的限制。锥台涂层拉伸试样其结构与工件实际差异太大，只能识别工艺条件的稳定性，对工件涂层实际结合力无法给出定量参考。

附图说明

图1是本涂层样块的拉伸试验工装的结构示意图；

图2是涂层样块的结构示意图；

图中，1、上连接座；2、上扣环；3、上扣环锁；4、下扣环；5、下扣环锁；6、下连接座；7、涂层样块；8、基体；9、涂层；10、涂层结合线。

具体实施方式

图1中，本发明提供一种涂层样块的拉伸试验工装技术方案：其结构包括其结构包括上连接座1、上扣环2、上扣环锁3、下扣环4、下扣环锁5、下连接座6，上连接座1与拉力试验机上端相连接，上扣环2将涂层样块7环形卡槽上部与上连接座1的卡槽卡扣住，上扣环锁3安装于上扣环2外部，约束下扣环径向自由度，保证连接可靠。下连接座6与拉伸试验机下端相连接，下扣环4将涂层样块7环形卡槽下部与下连接座6的卡槽卡扣住，下扣环锁5安装于下扣环4外部，约束下扣环4径向自由度，保证连接可靠。

上扣环2是带内部环形槽管状结构，其内部直径、凹槽尺寸与涂层试样及上下连接座凹槽端尺寸匹配一致，将其对称剖开为两半结构，方便将涂层样块7环形卡槽上部与上连接座1的环形槽直接从外卡扣住。上扣环锁3起套筒功能，从上往下轴向移动套在上扣环外部，约束上扣环2径向自由度，保证涂层样块7、上连接座1同轴，上扣环2两端的凸缘能有效传递轴向载荷。下扣环4与上扣环5结构类似，为两半结构，将涂层样块7环形卡槽下部与下连接座6的卡槽从外卡扣住，下扣环锁5从下往上轴向移动套在下扣环4外部，约束下扣环径向自由度，保证试样、连接座同轴，下扣环4两端的凸缘能有效传递轴向载荷。除涂层试样7外，本发明其余零件采用碳钢或不锈钢制造。上扣环2、下扣环4、上扣环锁3、下扣环锁5壁厚不小于1mm，以保障在涂层界面破坏载荷下强度足够。上下扣环及配套的扣环锁长度设计成不一样的，避免扣环混用带来精度误差，也可以在上下扣环及配套的扣环锁上做标识。

本发明解决了现有的拉伸试验方法，使用传统的专用胶黏剂将涂层面与拉力试验机试柱面结合在一起，当胶结强度低于涂层结合强度时，胶结面处断裂而不是涂层与基材的结合面处断裂的问题，本发明通过上述部件的互相组合，在结构上避免了使用传统胶结连接方式，通过底座与连接座的螺纹旋接，保证了涂层样块稳定连接于拉力试验机；通过扣环及扣环锁的设置，能够使样块以机械形式固定于连接座，避免了传统胶结连接方式从胶结处断裂导致试验得不出有效结果的情况，实现了高强度涂层结合强度准确测试。

装配时，先将上连接座1与拉力试验机的试样上夹持端螺纹接头沿着螺纹旋转连接，旋转到顶固定。将上扣环锁3轴向套在上连接座1上，上扣环锁3的定位凸缘端一侧朝向连接座与拉力试验机的连接端。然后将涂层样块7设置于上连接座1与涂层样块7的接触平面处，使用上扣环2将上连接座1与涂层样块7的环形槽卡扣相连，再将上扣环锁3沿着轴向套移动在上扣环2外部，实现上扣环锁3径向固定上扣环2，使上扣环2内槽卡在上连接座1卡槽与涂层样块的环形卡槽上，保证其连接作用。将下连接座6与拉力试验机的试样下夹持端螺纹接头沿着螺纹旋转连接，旋转到顶固定。将下扣环锁5轴向套在下连接座6上，下扣环锁5的定位凸缘端一侧朝向下连接座6与拉力试验机的连接端。调整拉力试验机到合适的位置，能够使下扣环4将下连接座6与涂层样块7的环形槽卡扣相连，再将下扣环锁5沿着轴向套在下扣环4上，实现下扣环锁5径向固定下扣环4，使下扣环4内槽卡在下连接座6卡槽与涂层样块7环形卡槽上，保证其连接作用。然后将下连接座6和下扣环锁5相对位置用胶带固定，避免下扣环所在重力作用下脱落。

图2中，涂层样块7包括基体8、涂层9，基体8与涂层9之间的结合处为涂层与基体结合界面10；基体8为台阶形结构，包括大头部、与大头部连接的小头部，涂层9连接于基体8的小头部端部，涂层9与基体8的大头部之间形成环形卡槽。涂层样块7也可称为试样。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。