專利名稱：涂層與基體的高結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬涂層與基體的高結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
表面噴涂技術(shù)在不改變材料結(jié)構(gòu)的前提下，用較少的費(fèi)用，大幅度提高材料的性能，取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。為此，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)、日本等，已把表面技術(shù)作為材料研究的前沿。我國(guó)對(duì)表面技術(shù)的研究和開發(fā)應(yīng)用也十分重視。
隨著表面涂層技術(shù)的發(fā)展，涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度愈來愈高，從而給涂層結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)定帶來了難度。美國(guó)材料試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)ASTMC633-79提出的方法，由于受到粘膠強(qiáng)度的限制，測(cè)試范圍僅在小于70MPa范圍內(nèi)，已不能用于高結(jié)合強(qiáng)度涂層的結(jié)合強(qiáng)度試驗(yàn)。對(duì)此，國(guó)內(nèi)外先后開展研究，德、日等國(guó)開始比較傾向于劃痕法，后來發(fā)現(xiàn)該法物理意義不明確，所得到的數(shù)據(jù)比較分散，難以有效地評(píng)價(jià)涂層材料的性能。即而俄國(guó)科學(xué)家提出頂推法，但該法受到涂層剪切強(qiáng)度性能的影響，不能對(duì)高結(jié)合強(qiáng)度涂層進(jìn)行評(píng)價(jià)，美國(guó)材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)試驗(yàn)室對(duì)球壓法進(jìn)行研究，但受到基體彈性參數(shù)的影響甚大，而且試樣受力狀態(tài)復(fù)雜，以至不能夠足以對(duì)各種涂層進(jìn)行評(píng)價(jià)，近期法國(guó)提出的印痕法、裂紋法等各種方法，但由于在這些試驗(yàn)方法中，試樣的受力狀態(tài)復(fù)雜，涂層與基體界面開裂應(yīng)力難以計(jì)算，這些方法尚在討論之中，到目前為止，尚未得到一種切實(shí)可行的、物理意義明確的、影響因素小的適合于測(cè)定高結(jié)合強(qiáng)度涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度的評(píng)價(jià)方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種楔形加載法，克服了粘膠結(jié)合強(qiáng)度的限制，能夠用力學(xué)手段評(píng)價(jià)涂層與基體的高結(jié)合強(qiáng)度試驗(yàn)測(cè)試方法。
本發(fā)明是在壓力試驗(yàn)機(jī)上，將試驗(yàn)樣品基體1在基體與涂層2的界面制作一個(gè)角度為α的切口，使切口中心線落在交界面上，切口前端曲率半經(jīng)為(0.05～0.3mm)，涂層的外側(cè)為粘膠3，將基體放在壓力試驗(yàn)機(jī)支座5上，涂層端與支座左端面靠緊并粘接，壓力機(jī)的壓頭為楔形加載壓頭4，壓頭下端制作成α角度，壓頭前沿半徑ρ為(0.1～0.5mm)，壓頭以(1～3mm)的速度加載到試樣斷裂，記錄試驗(yàn)載荷一時(shí)間曲線，涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度的計(jì)算公式如下σg=KPmax2Wh2Ctgα2-1.5Pmax(Lo2-h2tgα2Wh12)]]>公式中α-楔口角度K-修正系數(shù)Pmax-開裂載荷Lo-試樣長(zhǎng)度W-試樣寬度h1-試樣無缺口部高度h2-試樣缺口部高度σg-涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度α為10°-50°h2為0.3-3mmh2/h1為 涂層厚度為0.3-3mm
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是與粘膠法相比，克服了后者由于粘接強(qiáng)度有限，不能用于高結(jié)合強(qiáng)度涂層結(jié)合強(qiáng)度試驗(yàn)的缺點(diǎn)，與其它間接方法相比，本發(fā)明使界面正應(yīng)力斷裂，提高了測(cè)試數(shù)據(jù)的可靠性。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意2為試樣形狀及加載模型示意3為斷裂過程和試樣受力分析示意圖，P1、P1’為垂直斜面上的分力，P2、P2’為P1、P1’分解的水平方向分力，P3、P3’為P1、P1’分解的垂直方向分力圖4為材料修正系數(shù)K與涂層/基體硬度比值系統(tǒng)曲線圖5為實(shí)驗(yàn)載荷時(shí)間曲線具體實(shí)施方式
用本發(fā)明對(duì)超音速噴涂WC/CO涂層，基體材料為Ti合金，WC/CO涂層基體為45#鋼，WOCrW涂層，基體材料為45#鋼，火焰噴涂的NiAl復(fù)合絲，基體材料為45#鋼的結(jié)合強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定的結(jié)果，如表(一)～表(四)。
表(一)WC/Co/Ti合金 超高速噴涂涂層結(jié)合強(qiáng)度數(shù)據(jù)(楔形法)

表(二) WC/Co/45#鋼 超高速噴涂涂層結(jié)合強(qiáng)度數(shù)據(jù)(楔形法)

表(三)CoCrW/45#鋼 超音速噴涂涂層結(jié)合強(qiáng)度數(shù)據(jù)(楔形法)

表(四)NiAl復(fù)合絲/45#鋼基體 火焰噴涂結(jié)合強(qiáng)度數(shù)據(jù)(楔形法)

關(guān)于材料修正系數(shù)K楔形切口試樣在楔型加載下受力時(shí)，切口尖端點(diǎn)受到最大拉應(yīng)力σmax的作用。由于材質(zhì)的力學(xué)參數(shù)不同將對(duì)應(yīng)力產(chǎn)生一定的影響效應(yīng)，其影響程度用修正系數(shù)K來表示。實(shí)驗(yàn)測(cè)得材料修正系數(shù)K與涂層材料的維氐硬度和基體材料的維氏硬度之比值有關(guān)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù)點(diǎn)擬合的關(guān)系曲線如圖(4)所示，曲線用最小二乘法擬合，相關(guān)系數(shù)ρxy為0.986。可以看出材料修正系數(shù)K與涂層基體維氏硬度之比為Hv涂/Hv基呈線性相關(guān)性，所擬合的方程式如下K＝0.164+0.5(Hv涂/Hv基)用楔形法測(cè)定涂層結(jié)合強(qiáng)度時(shí)，將涂層與基體維氏硬度比值代入公式，求出相應(yīng)的材料修正系數(shù)K，從而進(jìn)行涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度σg的計(jì)算。
權(quán)利要求
1.涂層與基體的高結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試方法，其特征是在壓力試驗(yàn)機(jī)上，將試驗(yàn)樣品基體1在基體與涂層2的界面制作一個(gè)角度為α的切口，使切口中心線落在交界面上，切口前端曲率半經(jīng)為0.05～0.3mm，涂層的外側(cè)為粘膠3，將基體放在壓力試驗(yàn)機(jī)支座5上，涂層端與支座左端面靠緊并粘接，壓力機(jī)的壓頭為楔形加載壓頭4，壓頭下端制作成α角度，壓頭前沿半徑ρ為0.1～0.5mm，壓頭以1～3mm/min的速度加載到試樣斷裂，記錄試驗(yàn)載荷一時(shí)間曲線，涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度的計(jì)算公式如下σg=KPmax2Wh2Ctgα2-1.5Pmax(Lo2-h2tgα2Wh12)]]>公式中α-楔口角度K-修正系數(shù)Pmax-開裂載荷Lo-試樣長(zhǎng)度W-試樣寬度h1-試樣無缺口部高度h2-試樣缺口部高度бg-涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試方法，其特征是楔口角度α為10°-50°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試方法，其特征是h2為0.3-3mm，h2/h1為120-2.]]>
全文摘要
本發(fā)明屬涂層與基體的高結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試領(lǐng)域。本發(fā)明在壓力試驗(yàn)機(jī)上用楔形壓頭作負(fù)載，試樣基體上制作一個(gè)角度為α的切口，使切口中心線落在涂層與基體交界面上，涂層的一端與壓力機(jī)支座左面粘接，壓頭以1～3mm/min的速度加載到試樣斷裂，記錄試驗(yàn)載荷數(shù)據(jù)，用強(qiáng)度計(jì)算公式準(zhǔn)確可靠地計(jì)算出結(jié)合強(qiáng)度，本發(fā)明與粘膠法相比，克服了由于粘膠強(qiáng)度有限，不能用于涂層與基體的高結(jié)合強(qiáng)度試驗(yàn)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠性較高。
文檔編號(hào)G01N19/00GK1629617SQ20031012112
公開日2005年6月22日 申請(qǐng)日期2003年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月15日
發(fā)明者朱其芳, 孫澤明, 王福生, 黃桂成 申請(qǐng)人:北京有色金屬研究總院