專利名稱：基于應(yīng)變片技術(shù)的涂層界面結(jié)合強(qiáng)度檢測(cè)方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及涂層質(zhì)量檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及基于應(yīng)變片技術(shù)的涂層界面結(jié)合強(qiáng)度的檢測(cè)方法和裝置。
背景技術(shù)：
界面結(jié)合強(qiáng)度是涂層-基體材料體系中的一項(xiàng)重要力學(xué)性能指標(biāo)，在很大程度上決定了涂層-基體材料體系的可靠性和使用壽命，也是涂層制備過程中極為關(guān)注的問題； 常用來測(cè)量涂層-基體材料界面結(jié)合強(qiáng)度的方法有劃痕法、壓痕法、拉伸法、剪切法、彎曲法、激光層裂法、激光劃痕法等；這些方法都存在一定的局限性，有各自的適用范圍，還沒有一種方法適合于各類涂層-基體材料體系；并且同一種方法測(cè)量數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，不同種方法測(cè)得的數(shù)值可能會(huì)相差幾個(gè)數(shù)量級(jí)，甚至?xí)a(chǎn)生定性的差異。與本發(fā)明接近的技術(shù)為激光劃痕法，激光劃痕法是一種新型的涂層界面結(jié)合強(qiáng)度檢測(cè)技術(shù)，如授權(quán)公告號(hào)為CN1296698C的《界面結(jié)合強(qiáng)度的準(zhǔn)靜態(tài)激光劃痕測(cè)量方法及裝置》利用連續(xù)加載的長脈沖激光準(zhǔn)靜態(tài)加載涂層或薄膜試件表面，利用激光的熱效應(yīng)使表面薄膜剝落，激光束在薄膜表面形成劃痕，用薄膜-基體界面剝落處所對(duì)應(yīng)的激光能量表征界面結(jié)合強(qiáng)度，該方法適用于各種硬質(zhì)工具膜、裝飾膜系、裝飾功能膜、DLC薄膜、復(fù)合材料以及其它類型的界面結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)定，但同樣也存在膜基界面失效破壞臨界位置無法預(yù)先確定且無法做出精確判斷、無法檢測(cè)定點(diǎn)的涂層界面結(jié)合強(qiáng)度的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種基于應(yīng)變片技術(shù)的涂層界面結(jié)合強(qiáng)度檢測(cè)方法和裝置，采用應(yīng)變片實(shí)時(shí)在線檢測(cè)涂層在激光加載下加載點(diǎn)的應(yīng)變變化，通過工控機(jī)上的程序?qū)崟r(shí)將檢測(cè)到的應(yīng)變值轉(zhuǎn)化為該點(diǎn)的應(yīng)力強(qiáng)度值，根據(jù)所得的應(yīng)力強(qiáng)度時(shí)間曲線獲取界面破壞的臨界點(diǎn)，利用涂層界面破壞臨界點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力強(qiáng)度值來表征界面結(jié)合強(qiáng)度。本發(fā)明的一種基于應(yīng)變片技術(shù)的涂層界面結(jié)合強(qiáng)度檢測(cè)方法，采用脈沖激光器作為外部驅(qū)動(dòng)源作用在涂層表面，調(diào)節(jié)激光波長、脈沖時(shí)間、激光能量和光斑直徑，保證單次沖擊就能使涂層剝落；沖擊前在材料表面上涂吸收層，并在預(yù)沖擊點(diǎn)光斑周圍外貼三軸等角應(yīng)變花，用STSS-I應(yīng)力檢測(cè)模塊采集應(yīng)變片的數(shù)據(jù)，并通過工控機(jī)上的程序?qū)崟r(shí)將采集到的應(yīng)變數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為沖擊點(diǎn)的應(yīng)力強(qiáng)度，得到?jīng)_擊點(diǎn)的應(yīng)力強(qiáng)度變化曲線，根據(jù)應(yīng)力強(qiáng)度變化曲線確定涂層界面破壞臨界點(diǎn)，并用該臨界點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力強(qiáng)度值來表征該點(diǎn)的涂層界面結(jié)合強(qiáng)度。所述的三軸等角應(yīng)變花由三個(gè)應(yīng)變片組成，外貼在工件表面的方法如下以激光沖擊光斑中心為坐標(biāo)原點(diǎn)建立任意直角坐標(biāo)系，一個(gè)應(yīng)變片沿y軸粘貼，另外兩個(gè)應(yīng)變的粘貼方向位于y軸兩側(cè)，分別與y軸成60°夾角，三個(gè)應(yīng)變片軸線的交點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)重合； 為了減小應(yīng)變片的測(cè)量誤差，應(yīng)變片粘貼位置距光斑中心的距離為3 5mm(如圖2所示)。所迷的將釆藥到的應(yīng)變數(shù)掘轉(zhuǎn)化為沖擊點(diǎn)的應(yīng)カ 度的方法如下在エ技攝上編寫穩(wěn) 序，裎序中所用的轉(zhuǎn)化表達(dá)式為
權(quán)利要求
1.基于應(yīng)變片技術(shù)的涂層界面結(jié)合強(qiáng)度檢測(cè)方法，其特征在于采用脈沖激光器作為 外部驅(qū)動(dòng)源作用在涂層表面，調(diào)節(jié)激光波長、脈沖時(shí)間、激光能量和光斑直徑，保證單次沖 擊就能使涂層剝落；沖擊前在材料表面上涂吸收層，并在預(yù)沖擊點(diǎn)光斑周圍外貼三軸等角 應(yīng)變花，用STSS-I應(yīng)力檢測(cè)模塊采集應(yīng)變片的數(shù)據(jù)，并通過工控機(jī)上的程序?qū)崟r(shí)將采集到 的應(yīng)變數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為沖擊點(diǎn)的應(yīng)力強(qiáng)度，得到?jīng)_擊點(diǎn)的應(yīng)力強(qiáng)度變化曲線，根據(jù)應(yīng)力強(qiáng)度變 化曲線確定涂層界面破壞臨界點(diǎn)，并用該臨界點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力強(qiáng)度值來表征該點(diǎn)的涂層界 面結(jié)合強(qiáng)度。
2.如權(quán)利要求1所述的基于應(yīng)變片技術(shù)的涂層界面結(jié)合強(qiáng)度檢測(cè)方法，其特征在于 所述的三軸等角應(yīng)變花由三個(gè)應(yīng)變片組成，外貼在工件表面的方法如下以激光沖擊光斑 中心為坐標(biāo)原點(diǎn)建立任意直角坐標(biāo)系，一個(gè)應(yīng)變片沿y軸粘貼，另外兩個(gè)應(yīng)變的粘貼方向 位于y軸兩側(cè)，分別與y軸成60°夾角，三個(gè)應(yīng)變片軸線的交點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)重合；為了減小 應(yīng)變片的測(cè)量誤差，應(yīng)變片粘貼位置距光斑中心的距離為3 5mm。如權(quán)利要求1所述的基于應(yīng)變片技術(shù)的凃?qū)咏缑娼Y(jié)合 度檢測(cè)方法,其特征在于所述的將釆集到的應(yīng)變數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為沖擊點(diǎn)的應(yīng)力強(qiáng)度的方法如下在工控機(jī)上編寫程序，程序中所用的轉(zhuǎn)化表達(dá)式為(7 = [^ + 5#|1 + ('111浐_|,其中C為應(yīng)力強(qiáng)度；f為等效塑性應(yīng)變；A, B, C和n為材料強(qiáng)度相關(guān)系數(shù)，與徐
3.中實(shí)測(cè)的應(yīng)變率，取IOWfo為標(biāo)定應(yīng)變率值，取IO4S-1;等效塑性應(yīng)變。
4.基于應(yīng)變片技術(shù)的涂層界面結(jié)合強(qiáng)度檢測(cè)裝置，由激光系統(tǒng)、定位模塊、工件夾具系 統(tǒng)、應(yīng)力測(cè)試裝置、激光器電源與功率控制模塊和工控機(jī)組成，其特征在于所述的應(yīng)力測(cè) 試模塊由三軸等角應(yīng)變花、STSS-I應(yīng)力檢測(cè)模塊組成，三軸等角應(yīng)變花布置在工件表面，并 與STSS-I應(yīng)力檢測(cè)模塊相連，STSS-I應(yīng)力檢測(cè)模塊與工控機(jī)相連。
5.如權(quán)利要求4所述的基于應(yīng)變片技術(shù)的涂層界面結(jié)合強(qiáng)度檢測(cè)裝置，其特征在于 所述的激光系統(tǒng)包括脈沖激光器、可調(diào)光闌、導(dǎo)光系統(tǒng)和聚焦鏡組成，脈沖激光器一端與激 光器電源與功率控制模塊相連，脈沖激光器發(fā)出的激光通過可調(diào)光闌、導(dǎo)光系統(tǒng)、和聚焦鏡 匯聚在工件夾具系統(tǒng)的工件表面。CN 102539321 A
6.如權(quán)利要求4所述的基于應(yīng)變片技術(shù)的涂層界面結(jié)合強(qiáng)度檢測(cè)裝置，其特征在于 所述的工件夾具系統(tǒng)包括約束層、吸收層、工件、夾具、工作臺(tái)和進(jìn)給機(jī)構(gòu)，工作臺(tái)安裝在進(jìn)給機(jī)構(gòu)上，夾具位于工作臺(tái)上，工件安裝在夾具內(nèi)；吸收層涂布在工件表面；約束層覆蓋在吸收層上；進(jìn)給機(jī)構(gòu)與工控機(jī)相連，可實(shí)現(xiàn)工件的二維平面運(yùn)動(dòng)。
7.如權(quán)利要求4所述的基于應(yīng)變片技術(shù)的涂層界面結(jié)合強(qiáng)度檢測(cè)裝置，其特征在于 所述的定位模塊由He-Ne激光器、反射鏡、聚焦鏡組成，He-Ne激光器與激光器電源與功率控制模塊相連；He-Ne激光器發(fā)出的激光通過反射鏡、聚焦鏡匯聚在工件夾具系統(tǒng)的工件表面。
8.激如權(quán)利要求4所述的基于應(yīng)變片技術(shù)的涂層界面結(jié)合強(qiáng)度檢測(cè)裝置，其特征在于光器電源與功率控制模塊分別與激光器、He-Ne激光器和工控機(jī)相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及涂層質(zhì)量檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及基于應(yīng)變片技術(shù)的涂層界面結(jié)合強(qiáng)度的檢測(cè)方法和裝置。采用三軸等角應(yīng)變花實(shí)時(shí)在線檢測(cè)涂層在激光加載下加載點(diǎn)的應(yīng)變變化，通過工控機(jī)上的程序?qū)崟r(shí)將檢測(cè)到的應(yīng)變值轉(zhuǎn)化為該點(diǎn)的應(yīng)力強(qiáng)度值，根據(jù)所得的應(yīng)力強(qiáng)度時(shí)間曲線獲取界面破壞的臨界點(diǎn)，利用涂層界面破壞臨界點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力強(qiáng)度值來表征界面結(jié)合強(qiáng)度。本發(fā)明的方法和裝置可以實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)定量涂層界面結(jié)合強(qiáng)度的檢測(cè)，而且操作簡單，可靠性強(qiáng)。
文檔編號(hào)G01N19/04GK102539321SQ20121000097
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月5日
發(fā)明者馮愛新, 盧軼, 施芬, 李彬, 聶貴鋒, 謝永, 韓振春 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)