[发明专利]一种冰黏附强度测试方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种测试材料(涂层)表面冰黏附强度的方法及配套测试装置。这种测量方法和装置能用于评价不同材料、涂层以及表面形态(光滑、粗糙或规则非光滑)的防结霜结冰能力，对于设计低温高湿环境下的工作部件的设计加工具有参考意义。

背景技术

表面结霜结冰是低温环境下由于水分的存在而产生的一种特殊的黏附现象，冬季电力输变电设施上的覆冰、汽车玻璃结霜、建筑幕墙上的积雪结霜、通讯设备(如卫星天线)表面的积雪、高空飞行的飞机机翼上的结冰、制冷设备制冷表面的结霜等都是典型的表面结冰黏附问题。作为一种客观自然现象，冰黏附现象对人类生产、生活活动的影响从未停止，并且随着社会、科技发展和人类对生产效率、可靠性、安全性要求的不断提高而提高，冰黏附现象引起的各种隐患和危害逐渐被关注。目前针对部件表面的冰黏附问题研究主要以热溶解、防冻液膜、机械(或气动)铲除等被动式方法和通过部件表面特性改良改性实现防结冰技术研究为主。其中表面改性改良方法作为主动式防范技术受到关注。评价部件表面的冰黏附特点及强度是研究防结冰理论及技术研究的基础。有效、合理、快捷的评价材料(或涂层)、或不同表面形态(光滑、粗糙、规则非光滑)的冰黏附特性是分析材料(或涂层)和表面形态冰黏附特性，研发防冰黏附表面技术的参考依据。

目前国内外有关表面结冰强度测试方法主要有：美国寒冷地区研究与工程实验室ASTMD3528-96(2002)测试标准，该标准基于黏附剂黏附强度测试方法，设计了双试件搭接切向力测试方法，用于评价材料表面与冰的黏附强度；美国陆军工兵部队和寒冷地区研究工程实验室提出的和目前国内外普遍采用的空芯圆桶制冰后测量剪切和法向剥离强度，该方法以空芯圆桶在试样表面倒置制冰，利用法向和切向的推力剥离空芯杯中的冰和待测表面时的力为表面冰黏附强度；在国内专利“一种测试覆冰或涂层结合强度的装置”(ZL200920001291.0)基于专利CN1321881A提出的“一种测量涂层结合强度的试验”方法，利用锥面容腔和堵塞的挤压和拉伸测试试件表面与冰的黏附力；专利“测量结冰的方法和装置”(国内CN1343313A)提出了试件在空气中结霜结冰量的测试方法，该方法主要以结冰厚度和质量评价表面的结霜特性。总结以上目前提出的和采用的表面冰黏附强度测试方法和装置，主要问题有：(1)装置整体性差，测量冰黏附力的时候需要外置制冷单元、外置牵引等装置等；(2)试验可重复性不好，由于无法有效控制界面结冰量、试验试件表面结冰质量，过多的附加装置(制冰、加冰容器等)的影响，因此试验重复误差大。

发明内容

针对以上现有表面冰黏附强度测试方法和装置存在的一些问题，本发明的目的是提出一种简便、可重复性强、适用于材料(或涂层)、表面形态的冰黏附强度测试方法和装置。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现，结合附图说明图下：

本发明方法首先利用定量的液态水滴定在已制冷的待测试件表面，使其自然结冰；然后利用带有力传感器的与试件平面平行滑动的滑刀切向剥离结冰；记录剥离过程中最大切向力，此值即用于表征待测表面冰黏附力。由于本发明方法和装置采用定量的水结冰、可控制试件表面制冷和保温温度、切向力直接作用于黏附冰表面，因此试验重复性可保证，并且结构简单，操作方便。

本发明所述的一种冰黏附强度测试装置的测试方法，按以下步骤进行：

步骤一，加工待测试件3，保证表面平行度；

步骤二，将加工好的待测试件3装入测试装置中固定，保证待测试件3下表面紧密接触制冷单元(2)，上表面与滑刀平台平行；

步骤三，开启制冷单元2，对待测试件3制冷到指定温度，试验温度根据测试标准确定；

步骤四，待测试件3表面温度达到测试温度时利用定量水滴定装置5定量滴定水至待测试件3上表面使其结冰，此过程中制冷单元2持续制冷保温，保证水结冰过程稳定性；

步骤五，等待测试件表面结冰后，过手动或自动推动切向推杆9带动滑刀6剥离试样表面结冰凸包4，剥离过程中，滑刀6运动平行于待测试件3，滑刀6的切入角度和与待测试件3表面间距可调节，并通过显示器8显示最大切向力，此力即用于表征材料表面或涂层的冰黏附强度。

所述制冷单元2通过自动温度控制器，精确控制待测试件3制冷温度，制冷温度在-30℃～0℃之间可调。