[實用新型]一種材料表面冰黏附強度法向力測試裝置

有效

• 申請號: 201220166422.2
• 申請日: 2012-04-19
• 公開（公告）號: CN202710449U
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 金敬福;陳廷坤;李微微;曹敏;齊迎春;宋鵬飛;叢茜
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01N19/04
• 分類號: G01N19/04
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 朱世林;王壽珍

技術領域

本實用新型涉及材料表面冰黏附強度法向力測試裝置。這種測量方法和裝置能夠用于評價材料(涂層)表面的防結冰能力，對于低溫零部件的設計具有參考價值。

背景技術

表面結霜、結冰問題是在低溫環境下由于存在水分或水蒸汽而產生的一種粘附現象，例如汽車玻璃上的結霜、電力傳輸設備上的結冰；飛機翼上的結冰，制冷設施和空調的結霜等問題。合理、快捷地評價材料(或涂層)、不同的表面形態的冰黏附特性并分析材料(涂層)和表面形態的黏附規律是工程領域中開發研制防凍黏技術的基礎。目前，針對材料表面的冰黏附特性的評價研究方法主要有：美國寒冷地區研究與工程試驗室ASTM?D3528-96(1996)測試標準；ISO8131997規定了法向測試黏附力的標準；國內專利200910005590.6(一種測試覆冰或涂層結合強度的裝置和方法)是一種用于測試覆冰與金屬材料或涂料之間的粘結強度的測試裝置和方法等。以上幾種測試冰黏附強度方法和裝置的主要問題有：(1)試驗裝置過于復雜，需配別過多的附加裝置；(2)試驗的可重復性不好，試驗結果無法定量化等。

針對以上現有表面測試黏附強度的方法和裝置的一些問題，本實用新型提出一種簡便、可重復性強、能同時適用于材料(或涂層)的表面冰黏附強度的測試方法和裝置。本實用新型首先利用黏附探頭沾取定量的水，然后壓在已制冷的待測試樣表面，使其與測試樣表面結冰；然后通過推拉機構往上拉，利用測力傳感器，可以得出此時最大的法向剝離力。由于本裝置每次黏附探頭沾取定量的水結冰、試樣表面制冷溫度可控，因此可以得到定量化的試驗結果，試驗可重復性能夠得到保證，并且結構簡單，操作方便。

發明內容

針對材料表面對冰的法向黏附特性評價，本實用新型提出一種原理簡單，可定量化、試驗重復性強，操作簡便，能夠適用于包括涂層在內的材料表面的冰黏附強度測試裝置。

本實用新型的測試原理如下：首先對待測試樣進行制冷，達到預定的制冷溫度，并保持制冷溫度的恒定。再利用黏附探頭在水皿內沾取定量的水，并對黏附探頭施加一定的載荷，使其與待測試樣表面緊密接觸，待其與待測試樣表面結冰。然后對黏附探頭施加一定的法向拉伸力，使其結冰剝離，通過力傳感器可以得出剝離過程中的最大法向力，此值即用于表征待測試樣表面冰黏附力。由于本裝置每次試驗都沾取定量的水、待測試樣表面制冷溫度可控并保持溫度不變，在試驗裝置簡便的條件下，可以保證試驗的可重復性，操作方便。

本實用新型所述的材料表面冰黏附強度法向力測試方法和裝置，需按以下步驟進行：

第一步：制備待測試樣3，保證其表面的平整度；

第二步：待測試樣安裝于機架兼試樣固定臺1上，并保證待測試樣3與裝在機架兼試樣固定臺1上的制冷單元2接觸良好，開啟制冷控制單元8，對待測試樣3及機架兼試樣固定臺1進行制冷，制冷溫度根據測試要求而設定，待測試樣3表面溫度達到設定溫度后保持穩定狀態；

第三步：待測試樣3表面溫度達到測試溫度時，用黏附探頭4浸泡于水皿9中，保證黏附探頭4表面吸附的水分定量；將黏附探頭4快速安裝于裝有力傳感器5的推拉桿6上，通過調整推拉桿6使黏附探頭4與待測試樣3表面良好接觸；

第四步：保持黏附探頭4對待測試樣3表面的壓力恒定，直至黏附探頭4和待測試樣3表面水凍結黏結；根據界面結冰狀態保持一定時間，使其凍黏界面10穩定；

第五步：拉動推拉桿6，使黏附探頭4與待測試樣3表面發生剝離；通過測力傳感器5測量剝離過程最大拉力；并通過界面黏附面積的換算，得出待測試樣3的法向冰黏附強度。

所述待測試樣3表面法向冰黏附強度的測量溫度可調，調整范圍在-35～0℃；黏附探頭4表面吸附的水量可控。

所述制冷溫度控制以及黏附探頭的沾水、加載、剝離過程由人工方式或通過電動方式完成。

一種用于上述的材料表面冰黏附強度法向力測試方法的裝置，主要由機架兼試樣固定臺1、制冷單元2、黏附探頭4、力傳感器5、推拉機構6和定量水皿9組成，黏附探頭4通過力傳感器5安裝于推拉機構6上，并通過推拉機構6沿垂直于待測試樣3表面法向方向滑動，對試樣表面加壓或拉拖剝離，待測試樣3通過制冷單元2裝在機架兼試樣固定臺1上，制冷單元2的溫度通過溫度控制器8控制。

傳感器可以得出此時最大剝離力。由面積可以換算出表征材料表面或涂層的黏附強度。

以上的制冷單元通過調節直流電源控制和保持溫度，精確控制待測試樣的制冷溫度，制冷溫度的調節范圍根據選用不同的制冷單元而不同(一般在-35～0℃)。