[发明专利]一种涂层-基体体系的超声疲劳试验方法

权利要求书

1.一种涂层-基体体系的超声疲劳试验方法，其特征在于，按照如下步骤：

步骤一，首先根据基体材料的密度和弹性模量，采用解析计算得到三点弯曲超声疲劳试件的尺寸设计公式；

步骤二，测量基体和涂层材料的弹性模量，解析计算基体与涂层处受力情况。

2.根据权利要求1所述的涂层-基体体系的超声疲劳试验方法，其特征在于：

所述第一部分中，尺寸设计公式的计算过程，包含如下几个步骤：

步骤一、测量基体材料的密度ρ和弹性模量E；

步骤二、根据横向振动弯曲理论对基体材料的弯曲超声疲劳试件尺寸进行解析计算，得到基体试件的谐振长度2L和跨距2L₀分别为：

。

3.根据权利要求1所述的涂层-基体体系的超声疲劳试验方法，其特征在于：

所述第二部分，根据横向弯曲振动理论，得到试件最大弯矩处(即y＝h/2)对应的最大超声弯曲应力幅值为：

由式(3-1)可得，在超声弯曲试件尺寸(长度L、高度h)及材料(密度ρ、弹性模量E)后，横向超声振动所引起的最大弯曲应力幅值σ_max与压头施加的位移幅值A₀成正比，即：

σ_u,max＝M_s·A₀ (3-2)

式中M_s称为超声弯曲试件的应力位移系数，单位为MPa/μm，大小与试件的几何尺寸、材料密度、弹性模量有关，其值为：

基体试件镀有涂层后，仍然满足超声振动20KHz的谐振频率要求，涂层部分的受力如式(3-4)所示，由于基体与涂层材料的不同，所受力的大小也不相同。在弯曲载荷P的作用下，在涂层-基体的交界面处，涂层与基体产生的形变相同，因此涂层与基体的应力之比，即为弹性模量之比：

其中，E_s、E_c分别为基体、涂层的弹性模量，σ_s、σ_c为分别为基体、涂层的应力。

4.根据权利要求1所述的涂层-基体体系的超声疲劳试验方法，其特征在于：基体试件的尺寸确定后，采用某一涂层沉积工艺在基体试件的表面制备具有特定功能的涂层。

5.根据权利要求1所述的涂层-基体体系的超声疲劳试验方法，其特征在于：涂层-基体体系试件制备后，采用超声弯曲疲劳试验系统开展超高周疲劳试验。