[發(fā)明專(zhuān)利]界面裂紋擴(kuò)展阻力表征涂層附著強(qiáng)度的測(cè)試方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710044481.6
• 申請(qǐng)日: 2007-08-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101109696A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-01-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈耀;聶璞林;周滔;蔡珣
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N19/04
• 分類(lèi)號(hào): G01N19/04;G01N19/08;G06F19/00
• 代理公司: 上海交達(dá)專(zhuān)利事務(wù)所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種界面裂紋擴(kuò)展阻力表征涂層附著強(qiáng)度的測(cè)試方法。

背景技術(shù)

材料表面改性是當(dāng)前材料科學(xué)與工程一個(gè)重要的研究領(lǐng)域，通過(guò)在基體材料表面附著一層涂層，改善基體材料的耐磨性能與抗腐蝕性能，提高材料的使用壽命。但是低的涂層附著強(qiáng)度往往導(dǎo)致涂層在各種應(yīng)力作用下脫離基體，縮短材料的服役期。因此涂層的附著強(qiáng)度是涂層一個(gè)重要的性能參數(shù)。為準(zhǔn)確表征涂層附著強(qiáng)度，在過(guò)去十年中進(jìn)行了大量關(guān)于如何測(cè)量涂層附著強(qiáng)度的研究，提出了許多定性或定量的涂層附著強(qiáng)度測(cè)試方法，如劃痕法、鼓泡法等。劃痕法是通過(guò)硬質(zhì)壓頭在涂層表面滑動(dòng)，同時(shí)在壓頭上施加壓力并隨壓頭的移動(dòng)不斷增加，促使涂層脫離基體表面。通過(guò)聲發(fā)射信號(hào)或摩擦力判斷涂層是否脫離基體表面，將涂層最初脫離基體時(shí)壓頭受到的下壓載荷定義為臨界載荷，以臨界載荷值定性衡量涂層附著強(qiáng)度。缺陷在于臨界載荷只是涂層附著強(qiáng)度的間接反映量。

經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)CN1540309A，公開(kāi)日2004年10月27日，發(fā)明的名稱(chēng)為《內(nèi)漲鼓泡法檢測(cè)金剛石涂層附著強(qiáng)度的測(cè)試技術(shù)》，該專(zhuān)利公開(kāi)了利用壓力油從基體背面預(yù)加工的窗口容腔內(nèi)對(duì)涂層施加壓強(qiáng)，使涂層受到均布載荷的作用產(chǎn)生變形，再根據(jù)帕斯卡定律及板殼理論推導(dǎo)出涂層附著強(qiáng)度的定量測(cè)試方法。但是該方法不足之處是：在基體背面加工窗口容腔，需要通過(guò)顯微加工，試樣制作工藝復(fù)雜；光刻顯微加工方法難于應(yīng)用與金屬基體；容腔中的壓力油對(duì)涂層與基體界面產(chǎn)生污染；涂層脫離基體后產(chǎn)生的界面裂紋不能直接觀察，只能通過(guò)激光干涉條紋間接測(cè)量脫離區(qū)面積，測(cè)量誤差受到光源波長(zhǎng)的限制。由此可見(jiàn)，以上方法都有一定的缺陷，為更加準(zhǔn)確的測(cè)量涂層附著強(qiáng)度，需要進(jìn)一步完善對(duì)涂層附著強(qiáng)度定量測(cè)量方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用涂層界面裂紋擴(kuò)展阻力的測(cè)試方法。本發(fā)明具有簡(jiǎn)單、快速的定量測(cè)量涂層附著強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明利用外加載荷推動(dòng)鑲?cè)牖w中的楔形塊，使附著在楔形塊與基體共同表面上的涂層撓曲，促使裂紋在涂層與基體界面萌生擴(kuò)展，通過(guò)顯微觀察設(shè)備，從涂層基體側(cè)面直接觀察裂紋幾何形狀，通過(guò)斷裂力學(xué)計(jì)算出涂層附著強(qiáng)度。

本發(fā)明具體方法步驟為：

①在涂層基體中預(yù)制一楔形槽；

②使用相同幾何形狀的楔形塊，并與楔形槽緊密配合；

③在基體帶有楔形塊的一側(cè)表面附著一層涂層；

④通過(guò)加載系統(tǒng)推動(dòng)楔形塊，使產(chǎn)生豎直方向的位移，導(dǎo)致涂層與基體界面出現(xiàn)裂紋；

⑤利用顯微觀察設(shè)備從被測(cè)物的截面或表面直接觀測(cè)裂紋形貌，測(cè)量裂紋形狀參數(shù)；

⑥將裂紋幾何形狀參數(shù)與涂層力學(xué)參數(shù)代入斷裂理論模型，計(jì)算出界面裂紋擴(kuò)展阻力G，以裂紋擴(kuò)展阻力G值來(lái)定量表征涂層附著強(qiáng)度。

步驟⑤中，所述的顯微觀察設(shè)備，可以是光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡或超聲顯微鏡等。

步驟⑥中，所述的界面裂紋擴(kuò)展阻力G：

$G=\frac{q^2}{4D}{(3a+b)}^2$

其中：