[發明專利]基于應力和結合強度演變機制的涂層壽命預測方法

在審

• 申請號: 201510657869.8
• 申請日: 2015-10-13
• 公開（公告）號: CN105223125A
• 公開（公告）日: 2016-01-06
• 發明（設計）人: 朱嘉琦;高鴿;代兵;王楊;舒國陽;陳亞楠;劉康;趙繼文
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N17/00
• 分類號: G01N17/00;G06F19/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 楊立超

1.基于應力和結合強度演變機制的涂層壽命預測方法，其特征在于所述方法包括以下步驟：

步驟一、建立殘余應力—時間變化關系和氧化層應力—時間變化關系；根據時間變化關系，將殘余應力—時間變化關系和氧化層應力—時間變化關系按照時間進行疊加，得到涂層內應力—時間變化關系，即涂層應力演變物理模型；

步驟二、熱循環加速試樣老化：

制備大量涂層試樣，將涂層試樣放入試樣老化設備中進行時間長度不等的高低溫循環熱老化處理，得到人工加速老化的試樣i＝(1,2,3,…,N)；

步驟三、XRD衍射及數據處理：

采用X射線衍射儀對人工加速老化的試樣i＝(1,2,3,…,N)進行衍射測試，采用sin2ψ法分別對試樣i＝(1,2,3,…,N)進行試驗，得到人工加速老化的試樣i＝(1,2,3,…,N)的應力值；

根據人工加速老化的試樣i＝(1,2,3,…,N)的時間和應力值，建立試樣應力值—時間關系；

將涂層應力演變物理模型與試樣應力值—時間關系進行對比，針對人工加速老化的試樣i＝(1,2,3,…,N)，找到試樣應力值—時間關系對應應力下的涂層應力演變物理模型的時間，記為t_i1，同時找到相同應力下的試樣應力值—時間關系的時間，記為t_i2，以作為人工加速老化的試樣i＝(1,2,3,…,N)的加速倍數；然后取作為最終加速倍數；

步驟四、劃痕實驗建立結合強度演變過程：

采用劃痕儀對人工加速老化的試樣i＝(1,2,3,…,N)進行結合強度測試，得到不同加速時間的結合強度，即人工加速老化的試樣i＝(1,2,3,…,N)的結合強度，然后擬合出結合強度—老化時間的關系并繪制成變化曲線，然后將變化曲線與時間軸的交點所對應的時間作為人工加速老化的試樣壽命l；

步驟五、預測涂層壽命：

以L＝試樣壽命l*最終加速倍數作為的預測壽命。

2.根據權利要求1所述的基于應力和結合強度演變機制的涂層壽命預測方法，其特征在于所述步驟一中獲得涂層應力演變物理模型的具體操作步驟如下：

步驟1、采集涂層服役或者儲存環境的溫度—時間函數關系，以最低溫度為參考溫度，獲得參考溫度—時間函數關系；

步驟2、建立殘余應力—時間變化關系：以24小時為一個溫度變化周期，根據厚基底上彈性—理想塑性薄膜模型簡化涂層系統，根據熱應力計算公式建立殘余應力—溫度周期變化模型，并結合參考溫度—時間函數關系，獲得殘余應力—時間變化關系；

步驟3、建立氧化層應力—時間變化關系：根據氧化層和過渡層的變形協調方程，獲得氧化層應力—時間變化關系；

步驟4、建立涂層應力演變物理模型：根據時間變化關系，將殘余應力—時間變化關系和氧化層應力—時間變化關系按照時間進行疊加，得到涂層內應力—時間變化關系，即涂層應力演變物理模型。

3.根據權利要求2所述的基于應力和結合強度演變機制的涂層壽命預測方法，其特征在于所述步驟1中獲得參考溫度—時間函數關系的具體操作步驟如下：

首先將涂層置于服役或者儲存環境下，記錄該環境下的最低溫度T_min，并采集涂層的溫度—時間函數關系；以最低溫度為參考基準將當前溫度T表示成參考溫度即參考溫度記最高溫度對應的參考溫度為

對于一個溫度變化周期，參考溫度首先從0升到然后降為0，再升到將參考溫度歷程對時間作圖，即可得到步驟一中所述的參考溫度—時間函數關系。