[發(fā)明專利]柔性基體-涂層界面剪切結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試系統(tǒng)和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210719859.2
• 申請(qǐng)日: 2022-06-23
• 公開（公告）號(hào): CN115266404B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉家臣;李坤明;薛云嘉;馬曉暉;馬嬌媚
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/24
• 分類號(hào): G01N3/24;G01N3/02;G01N3/04;G01N19/04
• 代理公司: 北京圣州專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11818
• 代理人: 何世常

本發(fā)明公開了一種柔性基體?涂層界面剪切結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試系統(tǒng)和方法，屬于材料性能測(cè)試領(lǐng)域。其包括長(zhǎng)方體形狀的柔性基體?涂層試樣、兩個(gè)完全相同的長(zhǎng)方體形狀的連接塊、上夾具、下夾具和電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)。本發(fā)明先切取柔性基體?涂層試樣，然后將連接塊利用粘結(jié)劑錯(cuò)開粘結(jié)在基體和涂層表面，再進(jìn)行勻速壓縮剪切，根據(jù)基體?涂層破壞時(shí)的總載荷來(lái)計(jì)算柔性基體?涂層的界面剪切結(jié)合強(qiáng)度。本發(fā)明解決了柔性基體因?yàn)槭芰笕菀鬃冃螌?dǎo)致的柔性基體?涂層的界面剪切結(jié)合強(qiáng)度難測(cè)試問題，實(shí)現(xiàn)了柔性基體?涂層界面剪切結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)試。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料性能測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種柔性基體-涂層界面剪切結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

柔性基體-涂層界面剪切結(jié)合強(qiáng)度是其基本的力學(xué)性能，在航天航空等行業(yè)實(shí)際應(yīng)用中，柔性基體-涂層體系的脫落失效大多是因?yàn)榻缑婕羟薪Y(jié)合強(qiáng)度不夠，所以需要考慮其體系界面剪切結(jié)合強(qiáng)度問題以達(dá)到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的。

界面剪切結(jié)合強(qiáng)度是指在切應(yīng)力作用下，試樣界面在單位面積上所能承受的最大斷裂載荷。按照受力方式不同，常見的剛性基體-涂層界面剪切結(jié)合強(qiáng)度評(píng)價(jià)方法有拉伸剪切法和壓縮剪切法。拉伸剪切法是指在基體和涂層對(duì)立面錯(cuò)開一定距離開一個(gè)凹槽采用拉伸剪切的方法測(cè)量其界面拉伸剪切結(jié)合強(qiáng)度，即以一定的拉伸速度對(duì)試樣施加載荷，直至試樣被剪斷。當(dāng)涂層厚度小于1mm時(shí)，則很容易在涂層最薄弱的位置發(fā)生彎曲和斷裂，影響測(cè)試精度，可能測(cè)試失敗。

壓縮剪切法是指通過在平行于涂層結(jié)合面的方向上對(duì)試樣平穩(wěn)地施加一個(gè)壓應(yīng)力，使得涂層與基體相分離的方法。記錄試樣被剪斷之前的最大壓應(yīng)力，即可計(jì)算出試樣的界面壓縮剪切結(jié)合強(qiáng)度。當(dāng)基體厚度小于10mm時(shí)，采用壓縮剪切法會(huì)導(dǎo)致基體彎曲變形，影響測(cè)量精度，甚至難以測(cè)試出界面剪切結(jié)合強(qiáng)度。同時(shí)，由于受試樣尺寸精度及剛度等因素的影響，難以通過壓縮剪切法來(lái)評(píng)價(jià)小于0.1mm厚的涂層界面結(jié)合強(qiáng)度。

因此，測(cè)試常規(guī)剛性基體-涂層系統(tǒng)界面剪切結(jié)合強(qiáng)度的拉伸和壓縮剪切方法有很大的難度和局限性，當(dāng)試樣厚度較小時(shí)，難以實(shí)現(xiàn)。目前對(duì)于柔性基體-涂層系統(tǒng)的界面剪切結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試幾乎是空白，至今也沒有任何國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可依。由于柔性基體比較柔軟，涂層大多較薄且承受的載荷較小，比較容易變形，以上表述的測(cè)試剛性基體-涂層系統(tǒng)的方法就會(huì)造成更大的測(cè)試?yán)щy，難以實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供柔性基體-涂層界面剪切結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試系統(tǒng)和方法，實(shí)現(xiàn)了柔性基體-涂層界面剪切結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)試，測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確，穩(wěn)定性好。

本發(fā)明提供技術(shù)方案如下：

一種柔性基體-涂層界面剪切結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試系統(tǒng)，包括長(zhǎng)方體形狀的柔性基體-涂層試樣、兩個(gè)完全相同的長(zhǎng)方體形狀的連接塊、上夾具、下夾具和電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，其中：

所述柔性基體-涂層試樣包括結(jié)合在一起的柔性基體層和涂層，所述柔性基體層和涂層的結(jié)合面豎直設(shè)置；所述柔性基體層和涂層與所述結(jié)合面平行的外表面通過粘結(jié)劑分別與一個(gè)所述連接塊粘接；其中一個(gè)連接塊的底端向下伸出所述柔性基體-涂層試樣底端設(shè)定距離，另一個(gè)連接塊的頂端向上伸出所述柔性基體-涂層試樣頂端設(shè)定距離；

所述上夾具位于所述柔性基體-涂層試樣與兩個(gè)連接塊形成的整體結(jié)構(gòu)上方，所述上夾具的上端與所述電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的上夾具安裝端連接，所述上夾具的底端對(duì)準(zhǔn)所述其中一個(gè)連接塊的頂端；

所述下夾具位于所述柔性基體-涂層試樣與兩個(gè)連接塊形成的整體結(jié)構(gòu)下方，所述下夾具的下端與所述電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的下夾具安裝端連接，所述另一個(gè)連接塊的底端支撐在所述下夾具上。

進(jìn)一步的，所述其中一個(gè)連接塊的頂端與所述柔性基體-涂層試樣的頂端平齊，所述另一個(gè)連接塊的底端與所述柔性基體-涂層試樣的底端平齊，所述柔性基體層和涂層與所述結(jié)合面平行的外表面全部粘接到所述連接塊上。