[發(fā)明專利]一種基于光功率計技術(shù)的激光劃痕界面結(jié)合狀況檢測方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010124945.6
• 申請日: 2010-03-16
• 公開（公告）號: CN101876627A
• 公開（公告）日: 2010-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馮愛新;孫淮陽;曹宇鵬;徐傳超
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號: G01N19/04
• 分類號: G01N19/04
• 代理公司: 南京知識律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明裝置涉及激光檢測與材料性能檢測技術(shù)領(lǐng)域，特指一種膜基界面和涂層界面結(jié)合強度檢測的激光劃痕裝置，采用光功率計實時在線檢測涂層在激光加載下加載點處反射光強度的變化獲得界面破壞的臨界點。

發(fā)明背景

涂層技術(shù)是一種重要的表面處理和材料復(fù)合的先進技術(shù)，其核心是保證涂層在壽命期內(nèi)與基體具有良好的結(jié)合性能。針對涂層一基體結(jié)合強度的測量問題，國內(nèi)外學(xué)者展開一系列研究，并提出劃痕法、壓痕法、激光層裂法等多種結(jié)合強度檢測方法，縱觀這些方法尚存在檢測結(jié)果不穩(wěn)定或不同方法檢測結(jié)果差別較大等問題。

激光劃痕法綜合了傳統(tǒng)的劃痕法和激光測量技術(shù)的優(yōu)點，是一種新型的薄膜測量技術(shù)。江蘇大學(xué)的馮愛新，張永康，周明，謝華琨，蔡蘭利用準(zhǔn)靜態(tài)激光劃痕界測量面結(jié)合強度并申請專利：界面結(jié)合強度的準(zhǔn)靜態(tài)激光劃痕測量方法及裝置，申請?zhí)枺?2138512；其特征在于以長脈沖紅外激光束對薄膜試件表面的準(zhǔn)靜態(tài)加熱使薄膜產(chǎn)生剝落，激光束在薄膜表面形成劃痕，檢測信號傳輸?shù)叫盘柌杉瘷z測系統(tǒng)進行檢測判斷。該方法較之傳統(tǒng)的接觸式劃痕具有劃痕機制明確、可對試樣進行直接檢測、非接觸測量、適用面廣等優(yōu)點，但也同樣存在諸如：設(shè)備裝置較為繁瑣，且不能建立完整的激光功率與膜基強度間的關(guān)系，對膜基界面失效破壞臨界位置無法作出精準(zhǔn)判定等問題。

光功率計技術(shù)是一項前途廣闊的高新技術(shù)，利用光功率計進行檢測具有如下優(yōu)點：

1.不受客觀環(huán)境影響。光功率計主要是通過采集光強度數(shù)值來進行分析，不受聲波、溫度等客觀因素影響，從而可以準(zhǔn)確記錄劃痕過程中激光對試件表面的準(zhǔn)靜態(tài)加載過程。

2.顯示方式直觀。光功率計采集的光強度數(shù)值可以通過數(shù)據(jù)接口實時與計算機通訊，并且將反饋的數(shù)據(jù)自動繪成曲線，顯示方式直觀，便于操作者觀察分析。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是要提供一種基于光功率計技術(shù)的激光劃痕界面結(jié)合狀況檢測方法，通過光功率計實時在線檢測涂層在激光加載下加載點處反射光強度的變化獲得界面破壞的臨界點，用臨界點所對應(yīng)的激光功率參數(shù)來表征界面結(jié)合強度。對典型膜基系統(tǒng)進行檢測，建立一種研究檢測涂層結(jié)合強度實驗方法。

該方法所涉及的系統(tǒng)由劃痕系統(tǒng)、試件夾具系統(tǒng)、工作臺系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和支架組成，其特征在于：還包括光功率計實時在線檢測涂層在激光加載下加載點處反射光強度的變化獲得界面破壞的臨界點。

其中，所述劃痕系統(tǒng)包括有半導(dǎo)體激光器、激光擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)、反射鏡、匯聚透鏡，其中，激光擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)位于激光器出光口部位，反射鏡在激光擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)和匯聚透鏡之間。

其中，所述試件夾具系統(tǒng)包括有試件和夾具，其中，試件由夾具裝夾在工作臺上，試件位于匯聚透鏡的正下方。

其中，所述工作臺系統(tǒng)包括有一維電控平移臺X、一維電控平移臺Z、二維電控平移臺，其中，所述反射鏡安裝在一維電控平移臺X上，所述匯聚透鏡安裝在一維電控平移臺Z上，所述試件夾具系統(tǒng)安裝在二維電控平移臺上。工作臺均由支架承載。

其中，所述檢測系統(tǒng)設(shè)有功率計、顯微鏡、CCD成像系統(tǒng)，與工控機相連，分布于試樣的四周。

其中，所述控制系統(tǒng)包括有半導(dǎo)體激光器電源及其控制、運動控制卡、工控機和伺服電機，其中，半導(dǎo)體激光器電源及其控制在半導(dǎo)體激光器和工控機之間，運動控制卡在二維電控平移工作臺和工控機之間，伺服電機安裝在一維電控平移臺和二維電平移臺上。

本發(fā)明實施過程如下：

通過采用單脈沖激光對涂層進行單點單次加載，隨著激光能量的增加形成了深度逐漸增加的點狀離散劃痕，加載的同時采用光功率計檢測加載點處反射光強度。由于加載的激光能量和功率計采集的反射光強度數(shù)值在薄膜未破壞時以同等斜率線性遞增(如圖4所示，激光強度直線的0～b段，反射光強度曲線的a～b段)，即激光強度P_I＝Kt，反射光強度P_R1＝Kt-A，其中K、A＞0均為常數(shù)；隨著膜的破壞，表面變得粗糙，反射率減小，此時反射光強度為P_R2＝K₁t-A，K₁小于K，并隨薄膜的破壞不斷減小(圖4中反射光強度曲線的b～c段)，當(dāng)界面破壞時，反射率及檢測到的反射光強度突然下降，即反射光強度的斜率曲線(K₁-t)曲線發(fā)生階躍，則曲線拐點為膜基界面破壞的判據(jù)，是界面破壞的臨界點。