[发明专利]界面裂纹扩展阻力表征涂层附着强度的测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种检测技术领域的方法，具体是一种界面裂纹扩展阻力表征涂层附着强度的测试方法。

背景技术

材料表面改性是当前材料科学与工程一个重要的研究领域，通过在基体材料表面附着一层涂层，改善基体材料的耐磨性能与抗腐蚀性能，提高材料的使用寿命。但是低的涂层附着强度往往导致涂层在各种应力作用下脱离基体，缩短材料的服役期。因此涂层的附着强度是涂层一个重要的性能参数。为准确表征涂层附着强度，在过去十年中进行了大量关于如何测量涂层附着强度的研究，提出了许多定性或定量的涂层附着强度测试方法，如划痕法、鼓泡法等。划痕法是通过硬质压头在涂层表面滑动，同时在压头上施加压力并随压头的移动不断增加，促使涂层脱离基体表面。通过声发射信号或摩擦力判断涂层是否脱离基体表面，将涂层最初脱离基体时压头受到的下压载荷定义为临界载荷，以临界载荷值定性衡量涂层附着强度。缺陷在于临界载荷只是涂层附着强度的间接反映量。

经对现有技术文献的检索发现，中国专利公开号CN1540309A，公开日2004年10月27日，发明的名称为《内涨鼓泡法检测金刚石涂层附着强度的测试技术》，该专利公开了利用压力油从基体背面预加工的窗口容腔内对涂层施加压强，使涂层受到均布载荷的作用产生变形，再根据帕斯卡定律及板壳理论推导出涂层附着强度的定量测试方法。但是该方法不足之处是：在基体背面加工窗口容腔，需要通过显微加工，试样制作工艺复杂；光刻显微加工方法难于应用与金属基体；容腔中的压力油对涂层与基体界面产生污染；涂层脱离基体后产生的界面裂纹不能直接观察，只能通过激光干涉条纹间接测量脱离区面积，测量误差受到光源波长的限制。由此可见，以上方法都有一定的缺陷，为更加准确的测量涂层附着强度，需要进一步完善对涂层附着强度定量测量方法。

发明内容

本发明的目的在于克服了现有技术的不足，提供一种利用涂层界面裂纹扩展阻力的测试方法。本发明具有简单、快速的定量测量涂层附着强度的优点。

本发明是通过以下技术方案实现，本发明利用外加载荷推动镶入基体中的楔形块，使附着在楔形块与基体共同表面上的涂层挠曲，促使裂纹在涂层与基体界面萌生扩展，通过显微观察设备，从涂层基体侧面直接观察裂纹几何形状，通过断裂力学计算出涂层附着强度。

本发明具体方法步骤为：

①在涂层基体中预制一楔形槽；

②使用相同几何形状的楔形块，并与楔形槽紧密配合；

③在基体带有楔形块的一侧表面附着一层涂层；

④通过加载系统推动楔形块，使产生竖直方向的位移，导致涂层与基体界面出现裂纹；

⑤利用显微观察设备从被测物的截面或表面直接观测裂纹形貌，测量裂纹形状参数；

⑥将裂纹几何形状参数与涂层力学参数代入断裂理论模型，计算出界面裂纹扩展阻力G，以裂纹扩展阻力G值来定量表征涂层附着强度。

步骤⑤中，所述的显微观察设备，可以是光学显微镜、扫描电镜或超声显微镜等。

步骤⑥中，所述的界面裂纹扩展阻力G：

$G=\frac{q^2}{4D}{(3a+b)}^2$

其中：