[实用新型]一种材料表面冰黏附强度法向力测试装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及材料表面冰黏附强度法向力测试装置。这种测量方法和装置能够用于评价材料(涂层)表面的防结冰能力，对于低温零部件的设计具有参考价值。

背景技术

表面结霜、结冰问题是在低温环境下由于存在水分或水蒸汽而产生的一种粘附现象，例如汽车玻璃上的结霜、电力传输设备上的结冰；飞机翼上的结冰，制冷设施和空调的结霜等问题。合理、快捷地评价材料(或涂层)、不同的表面形态的冰黏附特性并分析材料(涂层)和表面形态的黏附规律是工程领域中开发研制防冻黏技术的基础。目前，针对材料表面的冰黏附特性的评价研究方法主要有：美国寒冷地区研究与工程试验室ASTM D3528-96(1996)测试标准；ISO8131997规定了法向测试黏附力的标准；国内专利200910005590.6(一种测试覆冰或涂层结合强度的装置和方法)是一种用于测试覆冰与金属材料或涂料之间的粘结强度的测试装置和方法等。以上几种测试冰黏附强度方法和装置的主要问题有：(1)试验装置过于复杂，需配别过多的附加装置；(2)试验的可重复性不好，试验结果无法定量化等。

针对以上现有表面测试黏附强度的方法和装置的一些问题，本实用新型提出一种简便、可重复性强、能同时适用于材料(或涂层)的表面冰黏附强度的测试方法和装置。本实用新型首先利用黏附探头沾取定量的水，然后压在已制冷的待测试样表面，使其与测试样表面结冰；然后通过推拉机构往上拉，利用测力传感器，可以得出此时最大的法向剥离力。由于本装置每次黏附探头沾取定量的水结冰、试样表面制冷温度可控，因此可以得到定量化的试验结果，试验可重复性能够得到保证，并且结构简单，操作方便。

发明内容

针对材料表面对冰的法向黏附特性评价，本实用新型提出一种原理简单，可定量化、试验重复性强，操作简便，能够适用于包括涂层在内的材料表面的冰黏附强度测试装置。

本实用新型的测试原理如下：首先对待测试样进行制冷，达到预定的制冷温度，并保持制冷温度的恒定。再利用黏附探头在水皿内沾取定量的水，并对黏附探头施加一定的载荷，使其与待测试样表面紧密接触，待其与待测试样表面结冰。然后对黏附探头施加一定的法向拉伸力，使其结冰剥离，通过力传感器可以得出剥离过程中的最大法向力，此值即用于表征待测试样表面冰黏附力。由于本装置每次试验都沾取定量的水、待测试样表面制冷温度可控并保持温度不变，在试验装置简便的条件下，可以保证试验的可重复性，操作方便。

本实用新型所述的材料表面冰黏附强度法向力测试方法和装置，需按以下步骤进行：

第一步：制备待测试样3，保证其表面的平整度；

第二步：待测试样安装于机架兼试样固定台1上，并保证待测试样3与装在机架兼试样固定台1上的制冷单元2接触良好，开启制冷控制单元8，对待测试样3及机架兼试样固定台1进行制冷，制冷温度根据测试要求而设定，待测试样3表面温度达到设定温度后保持稳定状态；

第三步：待测试样3表面温度达到测试温度时，用黏附探头4浸泡于水皿9中，保证黏附探头4表面吸附的水分定量；将黏附探头4快速安装于装有力传感器5的推拉杆6上，通过调整推拉杆6使黏附探头4与待测试样3表面良好接触；

第四步：保持黏附探头4对待测试样3表面的压力恒定，直至黏附探头4和待测试样3表面水冻结黏结；根据界面结冰状态保持一定时间，使其冻黏界面10稳定；

第五步：拉动推拉杆6，使黏附探头4与待测试样3表面发生剥离；通过测力传感器5测量剥离过程最大拉力；并通过界面黏附面积的换算，得出待测试样3的法向冰黏附强度。

所述待测试样3表面法向冰黏附强度的测量温度可调，调整范围在-35～0℃；黏附探头4表面吸附的水量可控。

所述制冷温度控制以及黏附探头的沾水、加载、剥离过程由人工方式或通过电动方式完成。

一种用于上述的材料表面冰黏附强度法向力测试方法的装置，主要由机架兼试样固定台1、制冷单元2、黏附探头4、力传感器5、推拉机构6和定量水皿9组成，黏附探头4通过力传感器5安装于推拉机构6上，并通过推拉机构6沿垂直于待测试样3表面法向方向滑动，对试样表面加压或拉拖剥离，待测试样3通过制冷单元2装在机架兼试样固定台1上，制冷单元2的温度通过温度控制器8控制。

传感器可以得出此时最大剥离力。由面积可以换算出表征材料表面或涂层的黏附强度。

以上的制冷单元通过调节直流电源控制和保持温度，精确控制待测试样的制冷温度，制冷温度的调节范围根据选用不同的制冷单元而不同(一般在-35～0℃)。