[發(fā)明專利]一種涂層剪切強(qiáng)度測(cè)試裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811180862.1
• 申請(qǐng)日: 2018-10-10
• 公開（公告）號(hào): CN109342219B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉春江;孔煥平;姜濤;陳星;劉昌奎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)航發(fā)北京航空材料研究院
• 主分類號(hào): G01N3/24
• 分類號(hào): G01N3/24
• 代理公司: 中國(guó)航空專利中心 11008
• 代理人: 李建英

本發(fā)明涉及光機(jī)電一體化的精密科學(xué)儀器領(lǐng)域，特別設(shè)計(jì)一種涂層界面剪切強(qiáng)度測(cè)試方法和裝置。可用于硬質(zhì)涂層、封嚴(yán)涂層、熱障涂層等厚度在50um之上的涂層。裝置包括載荷加載組件、樣品夾具組件、試樣臺(tái)組件和支座；所述載荷加載組件包括伺服電機(jī)、減速器、絲杠、導(dǎo)軌和壓頭組成，該伺服電機(jī)、減速器、導(dǎo)軌固定在支座上，伺服電機(jī)與減速器水平連接，減速器與絲杠水平連接，絲杠通過(guò)兩個(gè)自帶支撐置于導(dǎo)軌上，壓頭固定在絲杠上。本發(fā)明具有可施加大載荷的能力，可對(duì)較大尺寸、較大剪切強(qiáng)度的試樣進(jìn)行測(cè)試，可以避免小尺寸試樣引入的尺寸效應(yīng)和較大剪切強(qiáng)度難以界面分離的問題。本測(cè)試裝置檢測(cè)的涂層界面結(jié)合面積不小于100mm²、可測(cè)試的剪切強(qiáng)度不小于100MPa。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光機(jī)電一體化的精密科學(xué)儀器領(lǐng)域，特別設(shè)計(jì)一種涂層界面剪切強(qiáng)度測(cè)試方法和裝置。可用于硬質(zhì)涂層、封嚴(yán)涂層、熱障涂層等厚度在50um之上的涂層。

背景技術(shù)

涂層與基體的界面力學(xué)性能是表征涂層使用性能的關(guān)鍵評(píng)價(jià)對(duì)象，界面力學(xué)性能包括界面結(jié)合強(qiáng)度和截面剪切強(qiáng)度，其中界面結(jié)合強(qiáng)度是指抵抗涂層與基體法向分離的能力，界面剪切強(qiáng)度是抵抗涂層與基體切向滑移分開的能力。涂層界面力學(xué)性能優(yōu)劣直接影響涂層承載能力，是涂層性能評(píng)價(jià)的重要對(duì)象。

對(duì)于涂層界面剪切強(qiáng)度，國(guó)外均有標(biāo)準(zhǔn)形成了檢測(cè)方法，主要有2種檢測(cè)方法，第一種為壓入法，試驗(yàn)加載裝置為萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)或相同功能設(shè)備，通過(guò)借助特定的圓柱形夾具輔才能開展實(shí)驗(yàn)，規(guī)定的可檢涂層厚度為0.8mm～1.1mm，無(wú)法實(shí)施對(duì)涂層厚度或結(jié)構(gòu)尺寸較大的產(chǎn)品涂層的結(jié)合性能進(jìn)行檢測(cè)；另一種粘接劑將涂層粘結(jié)在對(duì)偶件上，在置于萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)或相同功能設(shè)備然后進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，通過(guò)涂層發(fā)生剪切破壞測(cè)定剪切強(qiáng)度。

沈肖鎮(zhèn)研究說(shuō)明使用E-7膠作為粘接劑時(shí)對(duì)涂層的影響深度達(dá)到0.13mm，研究介紹當(dāng)涂層厚度大于0.15mm時(shí)不受粘結(jié)劑影響，而且涂層厚度對(duì)涂層界面力學(xué)性能存在影響，涂層約厚，涂層結(jié)合性能越差；因此對(duì)于測(cè)試涂層剪切強(qiáng)度的第二種方法而言也存在明顯劣勢(shì)，即在涂層厚度小于0.15mm不適宜用第二種方法進(jìn)行測(cè)試。

非涂層類材料剪切強(qiáng)度測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)多采用三點(diǎn)彎曲方法進(jìn)行試驗(yàn)或采用壓入法使用特殊幾何形狀試樣進(jìn)行試驗(yàn)，但是這些方法均適用于整體較均勻的材料或復(fù)合材料，不適合涂層材料的測(cè)試。

溫州大學(xué)的廖寧波等人申請(qǐng)了“一種硅碳基陶瓷涂層界面力學(xué)特性的跨尺度分析方法”(申請(qǐng)?zhí)枮镃N106202747A)通過(guò)基于不同的勢(shì)函數(shù)表征基體內(nèi)部、涂層內(nèi)部和基體與涂層之間的原子相互作用，使用大規(guī)模MD模擬計(jì)算裂紋附近的應(yīng)力和位移參數(shù)，獲得涂層和基體各自的界面TSL函數(shù)。但是該方法主要用于涂層結(jié)構(gòu)的初始理論設(shè)計(jì)，不是用于涂層界面力學(xué)性能的評(píng)價(jià)。

江蘇大學(xué)的朱建國(guó)等人申請(qǐng)了“一種熱障涂層界面結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)量方法”(申請(qǐng)?zhí)枮镃N107345898A)使用微型加載機(jī)開展三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)獲取應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)，結(jié)合數(shù)字圖像相關(guān)法表征裂紋狀態(tài)，通過(guò)揉度法計(jì)算能量釋放率，是通過(guò)界面裂紋能量釋放率來(lái)評(píng)價(jià)截面結(jié)合強(qiáng)度。但是界面裂紋能量釋放率是一種間接手段表征涂層界面結(jié)合性能，是對(duì)結(jié)合強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度的間接綜合表征，不能單獨(dú)給出剪切強(qiáng)度的具體值，而且對(duì)所需的輔助檢測(cè)設(shè)備和理論分析能力要求較高，且可靠性需要進(jìn)一步評(píng)估驗(yàn)證，工程可應(yīng)用能力較低。

深圳高品檢測(cè)設(shè)備有限公司的陳光明等人申請(qǐng)了“一種涂層力學(xué)性能試驗(yàn)裝置”(申請(qǐng)?zhí)枮镃N2783316Y)，裝置利用維氏硬度原理即對(duì)試樣進(jìn)行施加預(yù)載荷、主載荷、保持總載荷及卸載荷歷程，實(shí)現(xiàn)機(jī)械壓痕、扭轉(zhuǎn)、拉伸、彎曲、雙拉和剪切等力學(xué)性能，其中未明確說(shuō)明剪切性能的測(cè)試方法，但結(jié)合設(shè)備結(jié)構(gòu)圖可知其試驗(yàn)設(shè)備僅包括四點(diǎn)彎曲裝置和扭轉(zhuǎn)裝置，說(shuō)明專利中設(shè)備是采用四點(diǎn)彎曲裝置或者扭轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行的剪切性能測(cè)試，難以對(duì)界面剪切強(qiáng)度進(jìn)行直接測(cè)量，另外專利中也介紹需要光學(xué)攝像儀和聲發(fā)射動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)儀記錄試驗(yàn)過(guò)程中的各種參數(shù)，說(shuō)輔助試驗(yàn)設(shè)備也比較負(fù)載，且給出的結(jié)果僅為試驗(yàn)參數(shù)，要獲得涂層界面力學(xué)性能尤其是界面剪切強(qiáng)度更需要扎實(shí)的理論知識(shí)基礎(chǔ)，不適用于涂層界面性能的快速評(píng)價(jià)。