[發明專利]測試堆焊層間及堆焊層與母材結合強度的推離試驗方法及試件

在審

• 申請號: 201610218104.9
• 申請日: 2016-04-11
• 公開（公告）號: CN105651615A
• 公開（公告）日: 2016-06-08
• 發明（設計）人: 任振安;黃飛;彭武強;邱小明;孫大千;殷世強
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N1/28
• 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

技術領域

本發明屬于材料加工工程領域，涉及一種新的測試堆焊金屬層間及堆焊層與母材金屬間 結合強度的一種測試方法及其適用的十字交叉推離試件。

背景技術

堆焊技術是表面工程領域的關鍵技術之一，其顯著特點是堆焊層與母材具有典型的冶金 結合，堆焊層在服役過程中剝落傾向小，而且可以根據服役性能選擇或設計堆焊合金，使材 料或零件表面具有良好的耐磨、耐腐蝕、耐高溫、抗氧化、耐輻射等性能，在工藝上有很大 的靈活性[單際國，董祖玨，徐濱士.我國堆焊技術的發展及其在基礎工業中的應用現狀[J]. 中國表面工程，2002(04):19-22.]。堆焊技術與其他表面工程技術一樣，在應用及試驗研 究中特別關注“表面”與“界面”這兩個核心內容。利用焊接方法，在工件表面熔覆一層或 多層具有特殊性能的合金層，可以恢復零件的尺寸、形狀和性能。盡管堆焊金屬與母材呈冶 金結合，但為了明顯地提高表面性能，堆焊金屬往往與母材的成分、微觀組織和性能差別很 大，因此，隨著堆焊技術的廣泛應用和深入研究，堆焊金屬與母材的結合性能日益受到研究 人員和用戶的關注。而采用多層堆焊時，為了緩解焊接應力，保證工作層材料與母材結合良 好，防止出現局部剝離等失效現象，經常采用預堆過渡層等措施。這時，堆焊工件存在兩個 界面：①過渡層與母材的界面；②工作層與過渡層的界面。在使用條件下要保證堆焊工件的 各個界面不出現裂紋、局部剝離等缺陷，測試界面的結合強度已成為堆焊技術應用與研究的 重點內容之一。

英國南安普頓大學等單位的研究人員進行摩擦堆焊工藝優化試驗時，采用合適的摩擦堆 焊工藝將304不銹鋼棒材(Φ5×50mm)堆焊到低碳鋼基體(尺寸為80×45×6mm)上，獲 得的堆焊層尺寸為20×5mm，典型厚度為0.5～3.0mm，堆焊試樣見圖1。設計了一種簡單 的推離試驗法(push-offtest)測試堆焊層與基體的結合強度。首先對摩擦堆焊試樣中部 用電火花加工方法切取10mm長的試件，其上的堆焊層與基體的結合面積為10×5mm²，然后 在對應堆焊層中心位置的基體上鉆削加工直徑4mm的盲孔，并使其底部恰好位于堆焊層與基 體的結合面處。把加工后的堆焊試樣放置到專門的支座上，將推離工具放入盲孔中進行推離 試驗，見圖2。推離試驗后，堆焊層與基體從結合面分離。摩擦堆焊工藝參數變化會影響堆 焊層與基體的結合面寬度及結合效果，根據實際情況計算推離壓力作用的面積，獲得的不銹 鋼摩擦堆焊層與低碳鋼基體結合強度典型值為120MPa。(I.Voutchkov,B.Jaworski,V.I. Vitanov,G.M.Bedford.Anintegratedapproachtofrictionsurfacingprocess optimisation.SurfaceandCoatingsTechnology,2001,141(1):26-33)

南京航空航天大學的研究人員發明了《基于壓力試驗裝置的高結合性能涂層結合強度測 試方法及試樣》(專利號200710024610.5)。該發明設計的試樣見圖3，試樣由臺階狀支撐圈 (1)、錐-柱結合體(2)和涂層(3)組成。測試涂層結合強度的步驟是：1.采用與基體相 同的材料制造錐-柱結合體(2)和臺階式支撐圈(1)，將兩者配合后，機械加工使錐-柱結 合體(2)的錐體大端端面與臺階式支撐圈(1)小臺階體端面位于同一平面上；2.在該平面 上制備被測涂層(3)，當涂層較薄時，還可在涂層(3)上涂上膠層(4)，再在膠層(4)上 粘結一金屬加強板(5)；3.將試樣直接置于壓力試驗裝置上進行推壓試驗，測量涂層的結合 強度。該發明測試方法具有物理意義簡單明確，操作簡便靈活，試驗的重復性好等一系列優 點。按照該方法和試樣進行氧乙炔火焰噴焊Ni60涂層與45鋼基體的結合強度試驗，涂層全部 隨試樣毛坯錐體大端一起與支撐圈小臺階端面剝離，測得6個試樣的平均值為154.4MPa，分 散度僅為7.7％。