[發明專利]一種曲率法殘余應力測試試樣制備的裝置及其方法

在審

• 申請號: 201711277353.6
• 申請日: 2017-12-06
• 公開（公告）號: CN107817150A
• 公開（公告）日: 2018-03-20
• 發明（設計）人: 弓滿鋒;梅芳;楊仁鎂;司徒俏玲;張嘉純;宋日漢;黃維洛
• 申請（專利權）人: 嶺南師范學院
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28;B25B11/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 劉瑤云,陳偉斌

技術領域

本發明涉及機械加工制造領域，更具體地，涉及一種曲率法殘余應力測試試樣制備的裝置及其方法。

背景技術

現今，涂層殘余應力測試的研究工作還存在一些問題，例如：在對結構、材料、幾何尺寸均相似的材料進行殘余應力測試時，往往每次測量結果均不相同，甚至偏差較大，導致測量結果存在較大誤差，這不利于優化涂層設計和強度計算，也阻礙了涂層技術的推廣應用。此外，涂層厚度對殘余應力測量工作會產生較大的影響，不恰當的夾具設計，很難保證相同工藝條件下制備得到的試樣具有同樣的結構，測試數據的對比性大大降低，需要深入研究這種影響以便優化涂層結構設計。目前的情況是沒有統一的標準去開展殘余應力試樣夾具的設計、制造、測試等方面工作，現有的夾具均是相關學者出于自己的研究需求或經驗，所設計的夾具也五花八門、形態各異，現狀是無設計成熟、制備工藝簡單、測試方便、獲得廣泛認可的涂層殘余應力測試的夾具。本發明巧妙設計了制備試樣所需的夾具，用這種夾具可以方便地制備曲率法測試所需殘余應力試樣，一次可以同時得到10個以上的試樣，從而減少了因為不同批次、不同制備工藝對測試數據的影響，減少了誤差，提高了測試精度。

涂層/基體系統中過大的殘余應力往往會導致涂層易于剝離、開裂等問題的出現，無法有效保護涂層下的基體材料，所以涂層/基體系統中的殘余應力測量是至關重要的。但是因為涂層往往厚度較薄，特別是一些硬質涂層，自身厚度通常僅有幾微米或納米尺度，這些小尺度涂層殘余應力的測試往往比較困難，測試其殘余應力的試樣制備往往也比較困難，這就使得涂層/基體系統的殘余應力測量問題一直困擾著學術界，限制了涂層更廣泛的使用。

發明內容

本發明為克服上述現有技術所述的至少一種缺陷，提供一種曲率法殘余應力測試試樣制備的裝置及其方法，通過一次工藝可同時得到多個測試所需試樣，夾具操作簡單、實用性強、成本低、效率高，可用于制備多種不同的涂層殘余應力試樣。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種曲率法殘余應力測試試樣制備的裝置，包括上夾板、下夾板和涂層試樣板，所述的涂層試樣板由第一試樣板和第二試樣板組成，所述的第一試樣板和第二試樣板互相穿插安裝，所述的上夾板中間設有開口，所述的上夾板和下夾板將涂層試樣板壓緊。

上下夾板間放置涂層試樣板用于制備殘余應力測試試樣。通過在上夾板和下夾板加工均勻分布的通孔，再用固定螺栓固定上下夾板的位置，可以防止上下夾板在涂層過程中受到殘余應力的作用下發生錯位使得涂層試樣板失去夾力導致掉落，同時可以使得涂層試樣板在涂層過程中受到均勻分布的夾力。通過上夾板中間的開口上下夾板上的通孔，對涂層試樣板進行涂層，由于涂層材料與涂層試樣板的基材的熱膨脹系數不一樣，涂層試樣在殘余應力的作用下發生彎曲的方向也不一樣，開口與通孔的配合可以實現涂層試樣板向不同的方向彎曲。

進一步的，所述的上夾板和下夾板上分別設有對應的若干個通孔，所述的上夾板和下夾板通過螺栓穿過通孔固定。

進一步的，所述的通孔分別設于上夾板和下夾板的四個角和四條邊的中部，通過螺栓固定，保證試樣被加緊、平整且不松動。

進一步的，所述的第一試樣板上設有若干個均勻分隔的短聯接條，所述的第二試樣板上設有若干個均勻分隔的長聯接條，所述的短聯接條插入長聯接條之間，拼合后的涂層試樣板表面形成平整表面。

其中，每一個短聯接條和每一個長聯接條均能制備一個試樣，使用本裝置一次能夠制備10個以上的試樣，并且通過增加長聯接條和短聯接條的數量，能夠制備的試樣越多，從而實現多數據的采集，減少測試的誤差。還可以根據材料性質的要求調整長聯接條和短聯接條之間的間距適當地調整涂層的厚度，實現各種厚度涂層的殘余應力數值測試，同時一次工藝制備多個殘余應力試樣，減少了因為不同批次、不同制備工藝對測試數據的影響，提高了測試精度和測試數據的可靠性。

一種曲率法殘余應力測試試樣制備的方法，包括以下步驟：

S1：將需沉積的涂層試樣板、上夾板和下夾板分別進行清洗、去油去污，自然干燥后待用；

S2：將上夾板、下夾板、螺栓、試樣均準備好，將試樣采用互相穿插式安裝放置在下夾板正中位置，調整好位置后，蓋上上夾板，上夾板和下夾板對中后上用螺栓緊固上下夾板，最少固定八個螺栓，采用四個角四個螺栓，各邊中部固定一個螺栓，保證試樣被加緊、平整且不松動；

S3：采用涂層工藝在上夾板的開口部位制備涂層；