[發(fā)明專利]測量涂層斷裂韌性的方法和裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110185020.0
• 申請日: 2021-02-10
• 公開（公告）號: CN112903394A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 龐曉露;吳紹禹;郭濤;高克瑋;楊會生
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28;G01N3/08
• 代理公司: 北京銘碩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11286
• 代理人: 王兆賡;尹淑梅

1.一種測量涂層斷裂韌性的方法，其特征在于，所述方法包括：

準(zhǔn)備至少兩個彼此相同的基底，并將至少一個基底用作無涂層的標(biāo)準(zhǔn)試樣；

在其余基底上形成待測涂層以獲得待測試樣；

以相同的預(yù)定拉伸速率對標(biāo)準(zhǔn)試樣和待測試樣執(zhí)行相同的拉伸加載以獲得與標(biāo)準(zhǔn)試樣對應(yīng)的第一載荷位移曲線和與待測試樣對應(yīng)的第二載荷位移曲線；

基于第一載荷位移曲線和第二載荷位移曲線獲得所述待測涂層的斷裂能量；以及

基于斷裂能量計算所述待測涂層的斷裂韌性，

其中，選擇所述基底的材料，使得所述待測涂層的斷裂韌性小于所述基底的斷裂韌性。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括：

測量所述待測涂層的楊氏模量；以及

測量拉伸后的待測試樣的裂紋屬性。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述裂紋屬性包括裂紋數(shù)量、裂紋深度和裂紋長度，

在所述基于斷裂能量計算所述待測涂層的斷裂韌性的步驟中，根據(jù)下式計算所述斷裂韌性：

其中，K_Ic為所述待測涂層的斷裂韌性，ΔU為所述斷裂能量、E為所述楊氏模量、n為裂紋數(shù)量、h為裂紋深度、c為裂紋長度。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述基底為鈦合金、彈簧鋼、馬氏體鋼以及它們的合金中的至少一種，所述待測涂層為脆性涂層。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述基底為Ti6Al4V、65Mn、TRIP鋼以及它們的合金中的至少一種，所述待測涂層為TiN涂層、CrN涂層、TiAlN涂層和Ni-P涂層中的至少一種。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述基于第一載荷位移曲線和第二載荷位移曲線獲得所述待測涂層的斷裂能量的方法包括：通過所述第一載荷位移曲線和所述第二載荷位移曲線計算面積差，并對所述面積差進(jìn)行積分來獲得所述斷裂能量。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述標(biāo)準(zhǔn)試樣和所述待測試樣的終止應(yīng)變大于所述待測涂層的開裂應(yīng)變。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，通過納米壓痕方法測量所述待測涂層的楊氏模量。

9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述測量拉伸后的待測試樣的裂紋屬性的步驟包括：

通過聲發(fā)射法或掃描電鏡來測量裂紋數(shù)量；

將所述待測涂層的厚度選作裂紋深度或者通過掃描電鏡拍攝所述拉伸后的待測試樣的剖面或側(cè)面來測量裂紋深度；以及

將所述待測涂層的寬度選作裂紋長度或者通過掃描電鏡拍攝所述拉伸后的待測試樣的表面來測量裂紋長度。

10.一種測量涂層斷裂韌性的裝置，其特征在于，所述裝置包括：

試樣準(zhǔn)備單元，將至少兩個彼此相同的基底中的至少一個基底選作無涂層的標(biāo)準(zhǔn)試樣，并在其余基底上形成待測涂層以獲得待測試樣；

拉伸單元，以相同的預(yù)定拉伸速率對標(biāo)準(zhǔn)試樣和待測試樣執(zhí)行相同的拉伸加載以獲得與標(biāo)準(zhǔn)試樣對應(yīng)的第一載荷位移曲線和與待測試樣對應(yīng)的第二載荷位移曲線；

能量計算單元，基于第一載荷位移曲線和第二載荷位移曲線獲得所述待測涂層的斷裂能量；以及

斷裂韌性計算單元，基于所述斷裂能量計算所述待測涂層的斷裂韌性，

其中，選擇所述基底的材料，使得所述待測涂層的斷裂韌性小于所述基底的斷裂韌性。