专利名称：基于应变片技术的涂层界面结合强度检测方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及涂层质量检测领域，具体涉及基于应变片技术的涂层界面结合强度的检测方法和装置。
背景技术：
界面结合强度是涂层-基体材料体系中的一项重要力学性能指标，在很大程度上决定了涂层-基体材料体系的可靠性和使用寿命，也是涂层制备过程中极为关注的问题； 常用来测量涂层-基体材料界面结合强度的方法有划痕法、压痕法、拉伸法、剪切法、弯曲法、激光层裂法、激光划痕法等；这些方法都存在一定的局限性，有各自的适用范围，还没有一种方法适合于各类涂层-基体材料体系；并且同一种方法测量数据不稳定，不同种方法测得的数值可能会相差几个数量级，甚至会产生定性的差异。与本发明接近的技术为激光划痕法，激光划痕法是一种新型的涂层界面结合强度检测技术，如授权公告号为CN1296698C的《界面结合强度的准静态激光划痕测量方法及装置》利用连续加载的长脉冲激光准静态加载涂层或薄膜试件表面，利用激光的热效应使表面薄膜剥落，激光束在薄膜表面形成划痕，用薄膜-基体界面剥落处所对应的激光能量表征界面结合强度，该方法适用于各种硬质工具膜、装饰膜系、装饰功能膜、DLC薄膜、复合材料以及其它类型的界面结合强度的测定，但同样也存在膜基界面失效破坏临界位置无法预先确定且无法做出精确判断、无法检测定点的涂层界面结合强度的缺陷。
发明内容
本发明的目的是要提供一种基于应变片技术的涂层界面结合强度检测方法和装置，采用应变片实时在线检测涂层在激光加载下加载点的应变变化，通过工控机上的程序实时将检测到的应变值转化为该点的应力强度值，根据所得的应力强度时间曲线获取界面破坏的临界点，利用涂层界面破坏临界点所对应的应力强度值来表征界面结合强度。本发明的一种基于应变片技术的涂层界面结合强度检测方法，采用脉冲激光器作为外部驱动源作用在涂层表面，调节激光波长、脉冲时间、激光能量和光斑直径，保证单次冲击就能使涂层剥落；冲击前在材料表面上涂吸收层，并在预冲击点光斑周围外贴三轴等角应变花，用STSS-I应力检测模块采集应变片的数据，并通过工控机上的程序实时将采集到的应变数据转化为冲击点的应力强度，得到冲击点的应力强度变化曲线，根据应力强度变化曲线确定涂层界面破坏临界点，并用该临界点所对应的应力强度值来表征该点的涂层界面结合强度。所述的三轴等角应变花由三个应变片组成，外贴在工件表面的方法如下以激光冲击光斑中心为坐标原点建立任意直角坐标系，一个应变片沿y轴粘贴，另外两个应变的粘贴方向位于y轴两侧，分别与y轴成60°夹角，三个应变片轴线的交点与坐标原点重合； 为了减小应变片的测量误差，应变片粘贴位置距光斑中心的距离为3 5mm(如图2所示)。所迷的将釆藥到的应变數掘转化为沖击点的应カ 度的方法如下在エ技攝上编写穩 序，裎序中所用的转化表达式为
权利要求
1.基于应变片技术的涂层界面结合强度检测方法，其特征在于采用脉冲激光器作为 外部驱动源作用在涂层表面，调节激光波长、脉冲时间、激光能量和光斑直径，保证单次冲 击就能使涂层剥落；冲击前在材料表面上涂吸收层，并在预冲击点光斑周围外贴三轴等角 应变花，用STSS-I应力检测模块采集应变片的数据，并通过工控机上的程序实时将采集到 的应变数据转化为冲击点的应力强度，得到冲击点的应力强度变化曲线，根据应力强度变 化曲线确定涂层界面破坏临界点，并用该临界点所对应的应力强度值来表征该点的涂层界 面结合强度。
2.如权利要求1所述的基于应变片技术的涂层界面结合强度检测方法，其特征在于 所述的三轴等角应变花由三个应变片组成，外贴在工件表面的方法如下以激光冲击光斑 中心为坐标原点建立任意直角坐标系，一个应变片沿y轴粘贴，另外两个应变的粘贴方向 位于y轴两侧，分别与y轴成60°夹角，三个应变片轴线的交点与坐标原点重合；为了减小 应变片的测量误差，应变片粘贴位置距光斑中心的距离为3 5mm。如权利要求1所述的基于应变片技术的凃层界面结合 度检測方法,其特征在于所述的将釆集到的应变数据转化为冲击点的应力强度的方法如下在工控机上编写程序，程序中所用的转化表达式为(7 = [^ + 5#|1 + ('111浐_|,其中C为应力强度；f为等效塑性应变；A, B, C和n为材料強度相关系数，与徐
3.中实測的应变率，取IOWfo为标定应变率值，取IO4S-1;等效塑性应变。
4.基于应变片技术的涂层界面结合强度检测装置，由激光系统、定位模块、工件夹具系 统、应力测试装置、激光器电源与功率控制模块和工控机组成，其特征在于所述的应力测 试模块由三轴等角应变花、STSS-I应力检测模块组成，三轴等角应变花布置在工件表面，并 与STSS-I应力检测模块相连，STSS-I应力检测模块与工控机相连。
5.如权利要求4所述的基于应变片技术的涂层界面结合强度检测装置，其特征在于 所述的激光系统包括脉冲激光器、可调光阑、导光系统和聚焦镜组成，脉冲激光器一端与激 光器电源与功率控制模块相连，脉冲激光器发出的激光通过可调光阑、导光系统、和聚焦镜 汇聚在工件夹具系统的工件表面。CN 102539321 A
6.如权利要求4所述的基于应变片技术的涂层界面结合强度检测装置，其特征在于 所述的工件夹具系统包括约束层、吸收层、工件、夹具、工作台和进给机构，工作台安装在进给机构上，夹具位于工作台上，工件安装在夹具内；吸收层涂布在工件表面；约束层覆盖在吸收层上；进给机构与工控机相连，可实现工件的二维平面运动。
7.如权利要求4所述的基于应变片技术的涂层界面结合强度检测装置，其特征在于 所述的定位模块由He-Ne激光器、反射镜、聚焦镜组成，He-Ne激光器与激光器电源与功率控制模块相连；He-Ne激光器发出的激光通过反射镜、聚焦镜汇聚在工件夹具系统的工件表面。
8.激如权利要求4所述的基于应变片技术的涂层界面结合强度检测装置，其特征在于光器电源与功率控制模块分别与激光器、He-Ne激光器和工控机相连。
全文摘要
本发明涉及涂层质量检测领域，具体涉及基于应变片技术的涂层界面结合强度的检测方法和装置。采用三轴等角应变花实时在线检测涂层在激光加载下加载点的应变变化，通过工控机上的程序实时将检测到的应变值转化为该点的应力强度值，根据所得的应力强度时间曲线获取界面破坏的临界点，利用涂层界面破坏临界点所对应的应力强度值来表征界面结合强度。本发明的方法和装置可以实现定点定量涂层界面结合强度的检测，而且操作简单，可靠性强。
文档编号G01N19/04GK102539321SQ20121000097
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月5日 优先权日2012年1月5日
发明者冯爱新, 卢轶, 施芬, 李彬, 聂贵锋, 谢永, 韩振春 申请人:江苏大学