用于测量试样的涂层界面结合强度的测量装置和测量方法

文档序号:9522545阅读:336来源:国知局
用于测量试样的涂层界面结合强度的测量装置和测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于测量试样的涂层界面结合强度的测量装置,还涉及用于测量试样的涂层界面结合强度的测量方法。
【背景技术】
[0002]涂层材料的服役性能直接影响整机装备或关键零部件的服役寿命。在服役的过程中,由于涂层材料与基体材料在力学、热学等性能方面上存在着差异,因此在机械、热等外部载荷的作用下会表现出两种材料在应力/应变上的失配,最终导致涂层材料的失效。而涂层与基体的界面结合性能从很大程度上决定着这种材料的服役寿命。良好的界面结合体现在三个方面:一是基体对增强体的润湿;二是两组分之间不产生过量的化学反应;三是生成的界面相能承担传递载荷的功能。在相同的外界载荷下,界面结合的强度越高和界面的韧性越好,就意味着抵抗界面裂纹产生和扩展的能力越强,从而延迟涂层从基体上剥落,最终延长零部件的服役寿命。因此,表征与评价涂层/基体材料界面结合力学性能就显得尤为重要。
[0003]目前,关于薄膜涂层界面结合强度的测试方法相对完善,国内外有很多标准和规范对薄膜界面强度的实验装置和测试过程进行了详细的说明。在这方面国内的标准主要有GB/T8642-1988《热喷涂层结合强度的测定》、GB/T13222-91《金属热喷涂层剪切强度的测定》和JB/T 8554-1997《气相沉积薄膜与基体附着力的划痕试验方法》。但这些方法对于厚涂层及其高强高韧材料具有很大的局限性,难以实施得到厚涂层材料的界面结合强度。

【发明内容】

[0004]本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此,本发明提出一种具有结构简单、易于制造、测试效率高的优点的用于测量试样的涂层界面结合强度的测量装置。
[0005]本发明还提出一种用于测量试样的涂层界面结合强度的测量方法。
[0006]根据本发明第一方面实施例的用于测量试样的涂层界面结合强度的测量装置,所述试样包括基体和设在所述基体的端面上的涂层,所述基体的所述端面的边沿位于所述涂层的边沿的内侧,所述测量装置包括:第一支撑架,所述第一支撑架具有夹持部;和第二支撑架,所述第二支撑架可拆卸地设在所述第一支撑架上,所述第一支撑架与所述第二支撑架之间形成用于容纳所述涂层的容纳腔,其中所述第二支撑架上设有用于通过所述基体的第一部分的通孔,所述通孔在第一方向上与所述夹持部相对,所述通孔的边沿适于位于所述涂层的边沿的内侧。
[0007]根据本发明实施例的用于测量试样的涂层界面结合强度的测量装置具有结构简单、易于制造、测试效率高等优点。
[0008]另外,根据本发明上述实施例的用于测量试样的涂层界面结合强度的测量装置还可以具有如下附加的技术特征:
[0009]根据本发明的一个实施例,所述第一支撑架位于所述第二支撑架的下方,所述第一支撑架包括本体和设在所述本体的下表面上的夹持杆,所述通孔沿上下方向贯通所述第二支撑架且在上下方向上与所述夹持杆相对。
[0010]根据本发明的一个实施例,所述通孔的中心轴线与所述夹持杆的中心轴线重合。
[0011]根据本发明的一个实施例,所述基体、所述涂层和所述夹持杆中的每一个均为圆柱状。
[0012]根据本发明的一个实施例,所述本体的上表面上设有多个安装柱,所述第二支撑架通过多个紧固件安装在多个所述安装柱上。
[0013]根据本发明的一个实施例,所述容纳腔的底壁上设有回收槽。
[0014]根据本发明第二方面实施例的用于测量试样的涂层界面结合强度的测量方法,所述试样包括基体和设在所述基体的端面上的涂层,所述测量方法利用根据本发明第一方面所述的用于测量试样的涂层界面结合强度的测量装置实施,所述测量方法包括以下步骤:
[0015]保持所述基体和所述夹持部中的一个固定不动,对所述基体和所述夹持部中的另一个施加拉力,根据下列公式计算出所述试样的涂层界面结合强度:
[0016]δ = F/A
[0017]其中,δ为所述试样的涂层界面结合强度,F为所述涂层脱离所述基体时所述拉力的大小,A为所述涂层与所述基体的界面面积。
[0018]根据本发明实施例的用于测量试样的涂层界面结合强度的测量方法具有便于实施、测试效率高等优点。
[0019]根据本发明的一个实施例,所述涂层的厚度为3毫米-30毫米,所述涂层的强度为1000MPa-2000MPa,所述涂层的冲击韧性为100焦耳/平方厘米-160焦耳/平方厘米,优选地,所述涂层的厚度为10毫米-25毫米,所述涂层的强度为1200MPa-1800MPa,所述涂层的冲击韧性为110焦耳/平方厘米-150焦耳/平方厘米,更加优选地,所述涂层的厚度为15毫米-20毫米,所述涂层的强度为1500MPa-1600MPa,所述涂层的冲击韧性为130焦耳/平方厘米-140焦耳/平方厘米。
[0020]根据本发明的一个实施例,所述基体与所述涂层的界面处设有退刀槽。
[0021]根据本发明的一个实施例,所述退刀槽为1/4圆弧型退刀槽。
【附图说明】
[0022]图1是根据本发明实施例的用于测量试样的涂层界面结合强度的测量装置的结构示意图;
[0023]图2是根据本发明实施例的用于测量试样的涂层界面结合强度的测量装置的第一支撑架的结构示意图;
[0024]图3是由根据本发明实施例的用于测量试样的涂层界面结合强度的测量装置得到的载荷-变形曲线,其中基体材料为FV520B,涂层材料为FeCrNi合金。
【具体实施方式】
[0025]下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
[0026]下面参考附图描述根据本发明实施例的用于测量试样20的涂层界面结合强度的测量装置10。如图1和图2所示,试样20包括基体21和设在基体21的端面上的涂层22,基体21的端面的边沿位于涂层22的边沿的内侧。换言之,涂层22在基体21的端面所在平面上的投影位于基体21的端面的边沿的外侧。
[0027]根据本发明实施例的用于测量试样20的涂层界面结合强度的测量装置10包括第一支撑架101和第二支撑架102。第一支撑架101具有夹持部1011。第二支撑架102可拆卸地设在第一支撑架101上,第一支撑架101与第二支撑架102之间形成用于容纳涂层22的容纳腔1021。其中,第二支撑架102上设有用于通过基体21的第一部分211的通孔1022,通孔1022在第一方向上与夹持部1011相对,通孔1022的边沿适于位于涂层22的边沿的内侧,由此可以使涂层22抵靠在第二支撑架102上。
[0028]下面参考图1和图2描述用于测量试样20的涂层界面结合强度的测量方法。根据本发明实施例的用于测量试样20的涂层界面结合强度的测量方法利用根据本发明实施例的用于测量试样20的涂层界面结合强度的测量装置10实施。根据本发明实施例的用于测量试样20的涂层界面结合强度的测量方法包括以下步骤:
[0029]保持基体21和夹持部1011中的一个固定不动,对基体21和夹持部1011中的另一个施加拉力,根据下列公式计算出试样20的涂层界面结合强度:
[0030]δ = F/A
[0031]其中,δ为试样20的涂层界面结合强度,F为涂层22脱离基体21时该拉力的大小,Α为涂层22与基体21的界面面积。
[0032]由于通孔1022在该第一方向上与夹持部1011相对且基体21的第一部分211通过通孔1022,因此基体21的第一部分211在该第一方向上与夹持部1011相对。保持基体21和夹持部1011中的一个固定不动,对基体21和夹持部1011中的另一个施加拉力,从而可以使涂层22抵靠在第二支撑架102上,由此基体21和涂层22受到的力大小相等、方向相反。当基体21和涂层22受到的力(例如上述的拉力)等于试样20的涂层界面结合力时,涂层22脱离基体21。
[0033]也就是说,当涂层22脱离基体21时该拉力的大小等于试样20的涂层界面结合力的大小。将该拉力除以涂层22与基体21的界面面积,即可得到试样20的涂层界面结合强度。其中,涂层22与基体21的界面面积等于基体21的该端面(即设有涂层22的端面)的面积。
[0034]根据本发明实施例的用于测量试样20的涂层界面结合强度的测量装置10通过在第二支撑架102上设置用于通过基体21的第一部分211且在该第一方向上与夹持部1011相对的通孔1022,从而可以使基体21的第一部分211在该第一方向上与夹持部1011相对,以及使涂层22抵靠在第二支撑架102上。由此可以通过对基体21和夹持部1011施加大小相等、方向相反的作用力,来使涂层22脱离基体21,从而得到试样20的涂层界面结合力的大小,进而得到试样20的涂层界面结合强度。
[0035]因此,根据本发明实施例的用于测量试样20的涂层界面结合强度的测量装置10具有结构简单、易于制造、测试效率高等优点。
[0036]根据本发明实施例的用于测量试样20的涂层界面结合强度的测量方法具有便于实施、测试效率高等优点。
[0037]其中,可以利用电子万能试验机进行准静态拉伸试验,拉伸速率为0.05mm/s,基体材料为FV520B,涂层材料为FeCrNi合金,得到的载荷-变形曲线如图3所示。
[0038]如图1所示,在本发明的一些实施例中,用于测量试样20的涂层界面结合强度的测量装置10包括第一支撑架101和第二支撑架102,第一支撑架101位于第二支撑架102的下方。有利地,第一支撑架101和第二支撑架102均由高强高韧合金钢制成。
[0039]在本发明的一个实施例中,如图1和图2所示,第一支撑架101包括本体1012和设在本体1012的下表面上的夹持杆1013。换言之,夹持杆1013为夹持部1011。通孔1022沿上下方向贯通第二支撑架102,通孔1022在上下方向上与夹持杆1013相对。基体21的第一部分211向上通过通孔1022以便伸出容纳腔1021。
[0040]由此可以保持夹持杆1013固定不动且对基体21的第一部分211施加向上的拉力,或者可以保持基体21的第一部分211固定不动且对夹持杆1013施加向下的拉力。换言之,基体21的第一部分211受到向上的第一拉力,夹持杆1013受到向下的第二拉力,该第一拉力和该第二拉力大小相等、方向相反。
[0041]如图1和图
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