專利名稱：一種冰層結(jié)合強度的測試方法
技術領域：
本發(fā)明涉及材料性能檢測技術領域，特指一種界面冰層結(jié)合強度的物理測量方法，適用于平板表面、微陣列表面以及修飾的上述表面的界面冰層結(jié)合強度的測定。
背景技術：
在工程應用中，低溫環(huán)境下常常會發(fā)生結(jié)冰現(xiàn)象，水凝固成冰的過程中體積增大，流動性減弱，材料表面會有冰層駐留在甚至形成冰塊，冰塊 的積聚會造成材料受重的急劇增加，有些情況下會對人們的日常生活和國家的經(jīng)濟建設帶來很多不便甚至不可想象的災難。例如，飛機在空中飛行時，在翼面前緣和發(fā)動機進氣道內(nèi)易發(fā)生結(jié)冰，致使飛機操穩(wěn)特性惡化，甚至造成機毀人亡；天上落下凍雨，掉在電線上立刻就會結(jié)成堅實的冰，這樣下來，結(jié)的冰柱會越來越大，越來越重，供電網(wǎng)就會承受不了，造成破壞成災；冬天由于路面結(jié)冰，易出現(xiàn)交通事故。面對這些問題，就需要研制防冰除冰材料，而材料與冰層的結(jié)合強度就成為了一個關鍵性的指標。飛行中，飛機的結(jié)冰主要是由云中過冷水滴碰到飛機機體后結(jié)冰形成，也可由大氣中水汽直接在機體表面凝華而成。這里所說的過冷水滴指的是一種高空云層中普遍存在的不穩(wěn)定的，稍受震動便立馬凍結(jié)成冰的水顆粒，這種微小的水顆粒分布于許多云團中。當飛機在這樣的云團中穿行時，一旦機體表面溫度低于o°c，過冷水滴就會在機體表面某些部位凍結(jié)，并聚積成冰。飛機的突出部位通常是較容易結(jié)冰的，比如，機翼/尾翼的前緣、翼面、發(fā)動機螺旋槳葉片、發(fā)動機進氣口、空速管、飛機風擋、天線等。概括起來，結(jié)冰對飛機的危害主要有以下幾個方面破壞飛機的空氣動力性能；降低動力裝置效率，甚至使發(fā)動機產(chǎn)生故障；影響儀表和通訊，妨礙飛行員目視飛行。電線冰會造成以下危害1.損壞桿塔，線路覆冰過厚，會使桿塔機械荷重越載而折斷。2.線路跳閘，對于導線垂直排列的線路，當下層導線上的覆冰先脫落時(導線上的覆冰不一定同時脫落)，導線就會迅速上升或上、下跳躍，造成相間短路，使線路開關跳閘，供電中斷；3.絕緣子串傾斜、導線嚴重下垂。線路各檔距內(nèi)的覆冰厚度不均勻時，導線弧垂將發(fā)生很大變化，造成懸垂絕緣子串傾斜，在覆冰過厚的檔距內(nèi)，會造成導線嚴重下垂而發(fā)生接地事故；4.絕緣子串覆冰后，會大大降低絕緣性能，而當懸垂絕緣子串覆冰溶化時，可能形成冰柱，使絕緣子串短路，造成接地事故。對于天氣寒冷而又潮濕的南方來說，導線覆冰嚴重影響著輸電線路的安全運行，覆冰帶來了安全生產(chǎn)方面的危害，并加大了維護的工作量，增加了企業(yè)成本。因此有效地避免和防止冰災對輸電線路造成的危害，是電力、線纜企業(yè)等必須面對的課題。經(jīng)檢索，公開號為101482489A的中國專利，提供了一種測試覆冰或涂層結(jié)合強度的裝置和方法，該發(fā)明中“一種測試覆冰或涂層結(jié)合強度的裝置，包括堵塞(2)和中心具有通孔的堵塞支撐裝置(I)，所述堵塞(2)能夠插入所述堵塞支撐裝置(I)的通孔內(nèi)，其中所述堵塞(2)的插入部分(11)與所述堵塞支撐裝置(I)的通孔配合，且插入部分(11)的長度小于所述堵塞支撐裝置(I)通孔的深度，所述堵塞的插入部分(11)的頂端可拆卸的連接有覆料基體(3)，所述覆料基體(3)是與覆冰接觸的表面或帶有涂層表面的基體，其截面積適于隨所述堵塞的插入部分(11)從所述通孔內(nèi)抽出。該發(fā)明只需一個堵塞就能完成各種材料之間的粘合強度的測試，應用范圍廣，制作成本低?！钡藴y試方法還存在著很大的缺陷首先，其結(jié)冰過程在冰柜中完成，測試過程在室溫下進行，而室溫下冰塊會融化，造成測試結(jié)果的不準確；其次，測試材料須加工成特定形狀，這提高了對測試材料的要求 ’另夕卜，要得到結(jié)合強度，該方法須進行兩次測試，較繁瑣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決上述問題，提出一種冰層結(jié)合強度的測試方法將基底上的冰塊等化為一個孤島，利用結(jié)合力測試儀直接對冰層與基底的結(jié)合力進行破壞性測試，進而得到冰層與基底的結(jié)合強度，本發(fā)明適用于平板表面、微陣列表面以及修飾的上述表面與冰層結(jié)合力的測試。 為解決上述問題，本發(fā)明采用了以下技術方案本發(fā)明所述的一種冰層結(jié)合強度的測試方法，具體為在冷庫中將測試材料固定在載物平臺上，同時操縱力學傳感器探頭和工作臺作進給運動，對凝結(jié)在測試材料表面的冰層進行破壞性測試，使得冰層從基底脫落。力學傳感器將推力的連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C中，由于進行的是破壞性測試，推力峰值即為冰層與基底的結(jié)合力，結(jié)合力和冰層與基底之比即為結(jié)合強度。進一步的，上述測試方法按照以下步驟進行步驟一將冷庫溫度區(qū)間設置為-3°c -rc,在在冷庫中水結(jié)冰之前,利用移液器在測試樣品上滴上水滴。步驟二 繼續(xù)降溫，使水滴結(jié)冰，溫度區(qū)間設置為_13°C -15°c。降溫時間酌情而定，直到水滴結(jié)冰為止。步驟三水滴結(jié)冰后，進行結(jié)合力測試。將冷庫溫度升到-4°C _6°C之間，使電腦可以工作，待溫度穩(wěn)定。步驟四將測試樣品固定在載物平臺上，同時操縱力學傳感器探頭和工作臺作進給運動，對凝結(jié)在測試樣品表面的冰層進行破壞性測試，使得冰層從基底脫落。步驟五力學傳感器將推力的連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C中，得到冰層與基底的結(jié)合力，進而得到結(jié)合強度。由于進行的是破壞性測試，推力峰值即為冰層與基底的結(jié)合力，結(jié)合力和冰層與基底之比即為結(jié)合強度。在所述步驟五之后，進一步進行步驟六，即回溫步驟測試結(jié)束后，關閉電腦、結(jié)合力儀。冷庫溫度設置為-rc -3°c，打開除濕機(設置為低風檔)，一小時后如果冷庫墻面沒有明顯的水汽凝結(jié)，將溫度升到1°C 5°C，繼續(xù)階段式升溫直至達到室溫。所述測試材料包括Ti、Al、Ni等金屬及其合金；環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺、橡膠等各類聚合物；玻璃、陶瓷等非金屬。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果首先，結(jié)冰和測試過程均在冷庫中進行，保證了測試結(jié)果的準確性；其次，本發(fā)明對材料及其尺寸和粗糙度均無特殊要求 ’另夕卜，本發(fā)明對結(jié)合強度進行直接測試，可一次性獲得大量實驗數(shù)據(jù)。本發(fā)明適用于平板表面、微陣列表面以及修飾的上述表面與冰層結(jié)合力的測試。


圖I為本發(fā)明一實施例使用的冷庫測試環(huán)境的示意圖。附圖中標記表示為1.風幕機，2.溫度控制箱，3.蒸發(fā)器，4.制冷機組。圖2為本發(fā)明測試方法的原理圖。附圖中標記表示為1.力學傳感器探頭，2.冰塊，3. Ni微陣列，4.基底。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例以本發(fā)明技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
如圖I所示，為一實施例使用的冷庫測試環(huán)境的示意圖，其中1.風幕機，2.溫度控制箱，3.蒸發(fā)器,4.制冷機組。該冷庫最小尺寸2. OmX I. 5mX2. Om,可達到的最低溫度為-20°C。外接制冷機組、蒸發(fā)器、溫度控制箱、風幕機，冷庫電源為380V。地冷庫面要水平，有落水口。這些技術均為現(xiàn)有技術，不再累述。本實施例提供一種冰層結(jié)合強度的測試方法。如圖2所示，為測試方法的原理圖，將基底上的冰塊等化為一個孤島，利用結(jié)合力測試儀對冰層與基底的結(jié)合力進行破壞性測試，進而得到冰層與基底的結(jié)合強度。本實施例中，測試樣品為采用常規(guī)微加工方法制備的Ni微陣列結(jié)構。本實施例的測試方法通過以下步驟進行步驟一將冷庫溫度區(qū)間設置為_3°C _rC,在在冷庫中水結(jié)冰之前,利用移液器在測試樣品上滴上水滴。步驟二 繼續(xù)降溫，使水滴結(jié)冰，溫度區(qū)間設置為_13°C _15°C。降溫時間酌情而定，直到水滴結(jié)冰為止。步驟三水滴結(jié)冰后，進行結(jié)合力測試。將冷庫溫度升到-4°C _6°C之間，使電腦 可以工作，待溫度穩(wěn)定。步驟四將測試樣品固定在載物平臺上，同時操縱力學傳感器探頭和工作臺作進給運動，對凝結(jié)在測試樣品表面的冰層進行破壞性測試，使得冰層從基底脫落。步驟五力學傳感器將推力的連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C中，得到冰層與基底的結(jié)合力，進而得到結(jié)合強度。步驟六測試結(jié)束后，關閉電腦、結(jié)合力儀。冷庫溫度設置為_rC _3°C，打開 除濕機(設置為低風檔)，一小時后如果冷庫墻面沒有明顯的水汽凝結(jié)，將溫度升到l°c 5°C，隨后正常升溫至室溫。由于本實施例使用的結(jié)合力測試儀的最低使用溫度為5°C，而實驗中的最低溫度可達到_18°C，如果正?；販貢е吕鋷靸?nèi)的水汽凝結(jié)，會對實驗設備造成損傷，所以需要回溫步驟。以上實施例中所使用的實驗設備均為現(xiàn)有技術，在此不再做詳細說明。實施例中沒有詳細描述的操作按照現(xiàn)有常規(guī)技術手段進行。上述實施例測得的冰層結(jié)合強度在冷庫中進行，孤島法實現(xiàn)了冰層結(jié)合強度的直接測試，保證了測試結(jié)果的準確性，采用此方法易于在不同的材料上一次性獲得大量測試數(shù)據(jù)。相對于公開號為101482489A的專利，本方法可以一次性在一塊材料上得到多組的結(jié)合力數(shù)據(jù)，并且可以將多種材料一次置于冷庫中并進行結(jié)合力測量。盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的 描述不應被認為是對本發(fā)明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應由所附的權利要求來限定。
權利要求
1.一種冰層結(jié)合強度的測試方法，其特征在于在冷庫中將測試材料固定在載物平臺上，同時操縱力學傳感器探頭和工作臺作進給運動，對凝結(jié)在測試材料表面的冰層進行破壞性測試，使得冰層從基底脫落；力學傳感器將推力的連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C中，得到冰層與基底的結(jié)合力，進而得到測試材料與冰層的結(jié)合強度。
2.根據(jù)權利要求I所述的冰層結(jié)合強度的測試方法，其特征在于所述測試方法按照以下步驟進行 步驟ー將冷庫溫度區(qū)間設置為-3°c -rc，在在冷庫中水結(jié)冰之前，利用移液器在測試樣品上滴上水滴； 步驟ニ 繼續(xù)降溫，使水滴結(jié)冰，溫度區(qū)間設置為_13°C -15°C，降溫時間酌情而定，直到水滴結(jié)冰為止； 步驟三水滴結(jié)冰后，進行結(jié)合力測試，將冷庫溫度升到_4°C _6°C之間，使電腦可以工作，待溫度穩(wěn)定； 步驟四將測試樣品固定在載物平臺上，同時操縱力學傳感器探頭和工作臺作進給運動，對凝結(jié)在測試樣品表面的冰層進行破壞性測試，使得冰層從基底脫落； 步驟五力學傳感器將推力的連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C中，得到冰層與基底的結(jié)合力，進而得到結(jié)合強度，推力峰值即為冰層與基底的結(jié)合力，結(jié)合力和冰層與基底之比即為結(jié)合強度。
3.根據(jù)權利要求2所述的冰層結(jié)合強度的測試方法，其特征在于在所述步驟五之后，進ー步進行步驟六，即回溫步驟。
4.根據(jù)權利要求3所述的冰層結(jié)合強度的測試方法，其特征在于所述回溫步驟具體為測試結(jié)束后，關閉電腦、結(jié)合力儀，將冷庫溫度設置為_1°C _3°C，打開除濕機，ー小時后如果冷庫墻面沒有明顯的水汽凝結(jié)，將溫度升到1°C 5°C，繼續(xù)階段式升溫直至達到室溫。
5.根據(jù)權利要求1-4任一項所述的冰層結(jié)合強度的測試方法，其特征在于所述冷庫為小型冷庫，最小尺寸2. OmX I. 5mX2. 0m，可達到的最低溫度為-20°C。
6.根據(jù)權利要求1-4任一項所述的冰層結(jié)合強度的測試方法，其特征在于所述小型冷庫外接制冷機組、蒸發(fā)器、溫度控制箱、風幕機。
7.根據(jù)權利要求1-4任一項所述的冰層結(jié)合強度的測試方法，其特征在于所述測試材料表面包括平板表面、微陣列表面以及修飾的上述表面。
8.根據(jù)權利要求7所述的冰層結(jié)合強度的測試方法，其特征在于所述測試材料包括Ti、Al、Ni各類金屬及其合金；環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺、橡膠各類聚合物；玻璃、陶瓷各類非金腐。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種冰層結(jié)合強度的測試方法，即采用孤島法，在冷庫中將測試材料固定在載物平臺上，同時操縱力學傳感器探頭和工作臺作進給運動，對凝結(jié)在測試材料表面的冰層進行破壞性測試，使得冰層從基底脫落。力學傳感器將推力的連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C中，得到冰層與基底的結(jié)合力，進而得到測試材料與冰層的結(jié)合強度。本發(fā)明適用于平板表面、微陣列表面以及修飾的上述表面與冰層結(jié)合力的測試，測試結(jié)果準確；對材料及其尺寸和粗糙度均無特殊要求；另外，本發(fā)明對結(jié)合強度進行直接測試，可一次性獲得大量實驗數(shù)據(jù)。
文檔編號G01N19/04GK102735608SQ201210196979
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月14日 優(yōu)先權日2012年6月14日
發(fā)明者丁桂甫, 姚錦元, 張叢春, 李艷春, 汪紅, 葛亮 申請人:上海交通大學