[发明专利]基于压力试验装置的高结合性能涂层结合强度测试方法及试样

说明书

技术领域

本发明涉及一种材料试验方法及其试样，尤其涉及一种涂层与基体的高强度结合力测试方法及试样，具体地说是一种基于压力试验装置的高结合性能涂层结合强度测试方法。

背景技术

涂层与基体材料界面力学性能的定量表征一直是研究者和使用者追求的目标，是表面工程技术领域急需解决的关键问题之一。涂层与基体的结合强度的定量测试对评价涂层质量、优化制备工艺和发展新涂层技术具有非常重要的理论意义和现实意义。

受测试条件和方法的限制，目前关于涂层与基体结合强度的测试及试样制备方法，大多基于使用胶粘剂及拉伸进行结合力测试，这种方法由于具有操作简单灵活且不需要复杂的理论计算的特点，被世界上许多国家如美国、日本、俄罗斯和我国等普遍采用，但这种方法由于受到了胶的抗拉强度(一般不超过80Mpa)的限制，不适合高结合性能涂层结合强度的测试，因此，现有的测试方法远远滞后于涂层制备技术的发展。针对这一问题，国内外先后开展研究，着眼于开发不采用胶(消除胶抗拉强度的限制)的测试方法。划痕法最先受到青睐，后来发现该法物理意义不明确，所得到的数据比较分散，难以有效评价涂层结合性能。之后出现球压法、印痕法、界面压入法等方法，但由于这些试验方法中，试样的受力状态复杂，涂层和基体结合性能的评定参数难以计算，这些方法尚在讨论中。在开发不采用胶的测试方法的进程中，试件预埋法引起了世界各国的重视，如俄罗斯科学家提出的顶推法(图1)和ZL00107205.6提出的双锥法(图2)等，但这些方法普遍存在组合试样不能够充分反应涂层真实状态以及受到涂层自身剪切强度的限制不能用于薄涂层测试等等不足。而且，由于试样制备不合理，存在结构上的缺陷，如过定位、配合缺陷无法消除以及使用拉伸机拉伸过程中会出现偏心力而影响测试准确性，试验的重复性不高等等而限制了其推广应用。

因此，到目前为止，尚未得到一种切实可行、影响因素小、表征参数简便且物理意义明确的可用于高结合性能涂层结合强度的定量测试方法及相关的试样可供推广，无法适应涂层技术的发展，并在一定程度上制约了涂层技术的进步。

发明内容

本发明的目的是针对现有的高结合性能涂层结合力测试中存在的误差大，试样结构不合理等问题，发明一种可广泛用于高结合性能涂层结合力测试的基于压力试验装置的高结合性能涂层结合强度测试方法。

本发明的技术方案是：

一种基于压力试验装置的高结合性能涂层结合强度测试方法，其特征是：

首先取与基体材料相同的试样并将其加工成一由锥体和圆柱体组成的试样毛坯，其中圆柱体与锥体的小端整体相连，锥体的锥角介于2倍的基体材料摩擦角与120度之间；

其次，将上述试样毛坯置于一个带有相同锥角锥孔的台阶式支撑圈中，使试样毛坯的锥体部分与该锥孔相配合，该台阶式支撑圈的大台阶直径为其中的锥孔小端直径的2～4倍，小台阶直径与锥孔大端直径之差为3～8mm，小台阶的高度为1～8mm；

第三，将上述配合好的试样毛坯及支撑圈置于车床或磨床上进行机械加工，切除试样毛坯伸出小台阶端面的部分，使试样毛坯的表面与小台阶端面相齐平，得到试样半成品；

第四，在上述试样半成品被加工过的表面上制备涂层，使涂层全部、同时覆盖支撑圈小台阶端面和试样毛坯锥体大端端面，得到试样；

第五，当涂层的厚度符合规定值时将上述试样直接置于压力试验装置上进行推压试验，直到涂层随试样毛坯锥体大端一起与支撑圈小台阶端面剥离，即可测得基体与涂层的结合力；当涂层的厚度低于规定值时，首先在涂层的表面上涂上胶层，然后再在胶层上粘贴一厚度为1～3mm的加强金属板，待其粘结牢固后再将其直接置于压力试验装置上进行推压试验，直到涂层随试样毛坯锥体大端一起与支撑圈小台阶端面剥离，即可测得基体与涂层的结合力。

一种基于压力试验装置的高结合性能涂层结合强度测试用试样，其特征是它主要由台阶状支撑圈、锥-柱结合体和涂层组成，所述的支撑圈中设有一锥孔，锥孔的大端位于小台阶体上，小台阶体的直径与锥孔大端直径之差为3～8mm，小台阶体的高度为1～8mm，大台阶体的直径为锥孔小端直径的2～4倍，锥-柱结合体的锥体部分的锥角与支撑圈中锥孔的锥角相同，它的锥体部分位于台阶状支撑圈中，它的柱体部分与锥体的小端相连并位于台阶状支撑圈外，锥-柱结合体的锥体大端端面与小台阶体的端面位于同一平面上，在该平面上制备有涂层。

在所述的涂层上设有胶层，胶层上粘结有金属加强板。

本发明的有益效果：