直读弯曲角度的冷喷涂试样弯曲性能试验装置的制作方法

本发明属于涂层试样力学性能试验及检测设备技术领域。具体涉及一种便携式可变厚度冷喷涂试样弯曲试验装置。特别是冷喷涂涂层弯曲性能试验及检测的力学试验装置。

背景技术：

涂层试样是指带有涂层的矩形片状试样，由基体、涂层两部分组成。为考核性能，常采用三点弯曲试验来定量分析。通过将待测带涂层的试样弯曲到一定角度，观察涂层试验变形、开裂、剥落情况来评价涂层强度、韧性和涂层/基体界面层间剪切强度等综合性能。传统涂层的弯曲试验通过电子万能试验机完成。弯曲试验时，试验机处于压缩试验模式。设计专用工具，放置于试验机上下压头之间，待测带涂层的试样放置于下压头上的两点支撑夹具上，涂层面朝下，上压头下放置一圆柱，置于待测带涂层的试样中心，见图1所示。启动试验机，压头下移，下面的圆柱顶到待测带涂层的试样上表面中心，在下表面两端支点反作用力下，待测带涂层的试样发生弯曲变形。到达规定的行程后停止试验，取下待测带涂层的试样，测量弯曲角度。

从图1可以看出，传统涂层试样弯曲试验有以下不足：1、无法直观读取弯曲角度数据，只能通过弯曲角度与压力机上下压头之间的相对位移来估算试验停止条件，然后通过二次测量得到待测带涂层的试样弯曲角度数据。2、由于待测带涂层的试样存在弹性变形区，试验机上约束状态下待测带涂层的试样的弯曲角度与非约束状态下的二次测量角度存在差异，特别时对屈服强度较高的材料，二者误差非常大，甚至导致试验结果被误判。3、试验时试样涂层面朝下，实验过程中无法实时观察待测带涂层的变化情况，分析待测带涂层的失效破坏临界点。4、设备庞大、沉重，无法移动，难以适应生产现场快速分析的要求。

技术实现要素：

本发明针对上述不足而提供一种能够直读弯曲角度的冷喷涂试样弯曲性能试验装置，实现试验过程中直接测量、读取弯曲角度，观察待测带涂层的试样变化情况，准确分析待测带涂层的试样失效临界点，同时该装置整体结构紧凑，重量轻，实现便携功能。

本发明的技术解决方案包括底座、角度测量仪、中心定位销及中心支靠套筒、上支撑定位销及上支撑套筒、限位板、加力手柄；底座为一长方体，底座一端装有限位板；底座中部有中心定位销孔、上支撑销安装孔；中心定位销安装于底座中心定位销孔处，中心支靠套筒安装在中心定位销上；上支撑定位销安装于上支撑销安装孔，上支撑套筒安装在上支撑定位销上；加力手柄为框形，加力手柄一端安装于中心定位销上，使加力手柄可绕中心定位销自由转动；加力手柄的框形垂直于底座，加力手柄框形中部有加力套筒；加力套筒经加力销装于加力手柄；底座上有一用于放置角度测量仪的半圆形凹槽，半圆形凹槽的深度为角度测量仪的厚度，角度测量仪放置安装于半圆形凹槽内。

本发明所述加力手柄上的加力套筒至中心支靠套筒距离等于上支撑套筒至中心支靠套筒的距离。

本发明所述角度测量仪的零点位于中心支靠套筒一侧，角度测量仪的零点与中心支靠套筒之间的连接线与限位板平行。

本发明所述角度测量仪的直边与限位板平行，角度测量仪的零点至中心支靠套筒的垂直距离等于角度测量仪的零点至上支撑套筒的垂直距离。

本发明所述角度测量仪置于底座的半圆形凹槽内，角度测量仪上平面低于底座上平面，或与底座上平面平齐。

本发明所述限位板内侧的底座有垫板，垫板的高度与加力手柄下边框高度相同。

本发明加力手柄上装有角度测量指针，用于指示试验过程中加力手柄转过的角度，即待测带涂层的试样弯曲角度。

本发明中心支靠套筒外圆柱面半径为待测带涂层的试样厚度的1-10倍。

本发明上支撑套筒、加力套筒外圆柱面半径为r10±5mm。

与现有技术相比，本发明解决了解决传统力学试验机上进行三点弯曲试验无法实时直观读取试样弯曲角度、无法实时观察试样弯曲过程中的变化、以及由于设备庞大而无法移动到生产现场进行快速试验服务的问题，本发明利用杠杆原理，通过加力手柄手动施力，简化了施力机构，从而使试验装置更加小巧实用，避免了传统液压或电动施力机构庞大、沉重缺点。本发明可以实时读取试样弯曲角度，避免传统力学试验机上三点弯曲需要试样取下进行二次测量，导致试样约束状态改变，从而带来的角度测量系统误差。试验过程中试样变化情况可实时观察。本发明的底座及加力套筒、上支撑套筒、中心支撑套筒结构使待测带涂层的试样在试验过程中处于侧立状态，可方便观察待测带涂层的试样变化及失效过程，而传统试验方法待测带涂层的试样涂层面朝下，在试验过程中无法实时观察，只能在试验结束后，取下待测带涂层的试样进行观察。

本发明具有如下有益的效果：

1、本发明实现了传统力学试验弯曲试验机所不能实现的弯曲角度直读、试验过程中对待测带涂层的试样的实时观察功能，在试验过程中可实时观察试样涂层面变形、开裂、涂层剥落等情况，实时读取弯曲角度数据。

2、本发明解决了约束条件下的弯曲角度测量技术难题，避免了传试验条件下，角度测量时试样回弹造成的弯曲角度测量误差，提高了弯曲试验的准确性。

3、本发明简单，结构紧凑，重量轻，方便携带，解决了传统力学试验机无法移动、难以实现现场快速试验的技术难题。

附图说明

图1为现有技术的工作示意图。

图2为本发明的结构示意图。

图中：1、底座；2、限位板；3、中心支靠套筒；4、中心定位销；5、加力手柄；6、加力销；7、待测带涂层的试样；8、加力套筒；9、角度测量指针；10、角度测量仪；11、上支撑定位销；12、上支撑套筒。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。

图2中，本发明包括底座1、角度测量仪10、中心定位销4及中心支靠套筒3、上支撑定位销11及上支撑套筒12、限位板2、加力手柄5、加力销6及加力套筒8、角度测量指针9。其中，底座1为一长方体，上面加工有中心定位销孔、上支撑销安装孔、限位板安装螺孔；限位板2通过螺钉安装于底座限位螺孔上。角度测量仪10是金属材质标准量角器，方便安装、拆卸，定期检定；底座1上有一用于放置量角器的半圆形凹槽，半圆形凹槽的深度为量角器的厚度，量角器放置安装于半圆形凹槽内，保证安装量角器后，量角器上表面低于待测带涂层的试样放置平面，避免量角器与待测带涂层的试样之间产生干涉。中心定位销4安装于底座中心定位销孔处，中心支靠套筒3安装在中心定位销上。上支撑定位销11安装于上支撑销安装孔，套筒12安装在上支撑定位销上。限位板2通过螺钉安装于底座限位螺孔上。加力手柄5由碳素工具钢制作，经热处理淬火、深冷处理及低温回火，保证了组织稳定性和尺寸稳定性。加力手柄5固定端安装于中心定位销4上，使加力手柄5可绕中心定位销4自由转动，用于指示试验过程中加力手柄转过的角度，即待测带涂层的试样弯曲角度。加力销6固定安装于加力销孔上，加力套筒8安装于加力销上，加力套筒外径按r10加工。角度测量指针9装在加力手柄5上，用于指示试验过程中加力手柄转过的角度，即待测带涂层的试样弯曲角度。

本发明所述的底座1由碳素工具钢制作，经热处理淬火、深冷处理及低温回火，保证了组织稳定性和尺寸稳定性。

本发明所述的中心定位销及中心支靠套筒由碳素工具钢制作，经热处理淬火、深冷处理及低温回火，保证了组织稳定性和尺寸稳定性。按gb/t232金属材料弯曲试验方法对弯曲压头直径的要求，中心支靠套筒外圆柱面半径按被测样件产品标准规定执行，为待测带涂层的试样厚度的8倍。

本发明所述的上支撑定位销及上支撑套筒由碳素工具钢制作，经热处理淬火、深冷处理及低温回火，保证了组织稳定性和尺寸稳定性。上支撑套筒外圆柱面半径按r10加工。

本发明所述的限位板由碳素工具钢制作，经热处理淬火、深冷处理及低温回火，保证了组织稳定性和尺寸稳定性。限位板结构使待测带涂层的试样纵向位置得到控制，保证了试验三点弯曲模式下，待测带涂层的试样相对中心支撑点的对称性。

本发明所述的加力手柄由碳素工具钢制作，经热处理淬火、深冷处理及低温回火，保证了组织稳定性和尺寸稳定性。

本发明所述的加力销及加力套筒由碳素工具钢制作，经热处理淬火、深冷处理及低温回火，保证了组织稳定性和尺寸稳定性。

本发明所述角度测量指针由碳素工具钢制作，经热处理淬火、深冷处理及低温回火，保证了组织稳定性和尺寸稳定性。

进行弯曲试验时，将待测带涂层的试样7放置于底座中心支靠套筒和上支撑套筒、加力套筒之间，使基体面朝向中心支靠套筒、涂层面朝向上支撑套筒、加力套筒。沿待测带涂层的试样纵向推动待测带涂层的试样，使其顶部接触到限位板，保证待测带涂层的试样位置相对中心支靠套筒对称。逆时针轻推加力手柄，使加力套筒、上支撑套筒、中心支撑套筒与待测带涂层的试样接触，调整角度测量仪，使加力手柄上角度测量指针指向0位。逆时针缓慢推动加力手柄，进行弯曲试验，待测带涂层的试样在加力套筒、上支撑套筒、中心支撑套筒三个作用力下发生弯曲变形，此时可实时观察待测带涂层的试样涂层面变形、开裂、涂层剥落等情况，同时读取弯曲角度数据。当试验弯曲到规定角度或发生失效破坏时，试验停止。