[发明专利]检测涂层材料拉伸裂变的方法和系统

说明书

本申请提出了一种检测材料损伤的方法和系统，其中，涂层材料和拉伸机放置在扫描电子显微镜的样品仓中，检测涂层材料损伤的方法包括：采集涂层材料在拉伸或压缩过程中的扫描图像；通过数字图像相关法对所述扫描图像进行处理；根据处理后的所述扫描图像分析所述涂层材料的损伤变化。本申请的检测材料损伤的方法和系统，可以实现对涂层材料在拉伸或压缩时的原位的、微观下的检测，提高材料损伤机理观察和分析的准确性。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其是涉及一种检测涂层材料拉伸裂变的方法和检测涂层材料拉伸裂变的系统。

背景技术

现有的对于涂层材料力学性能检测及损伤机理的探究，大多利用万能拉伸试验机在宏观尺度下进行，通常采用高分辨率相机拍摄的方法观测涂层的拉伸开裂过程，并结合数字图像相关方法测量涂层正表面的应变变化情况。

通常情况下需要制作拉伸试样基体，然后在基体材料上喷涂待测试涂层材料，之后对涂层材料表面进行常规喷涂散斑，目的是为后续数字图像相关法计算应变提供标识点。准备完成之后利用万能拉伸试验机对拉伸试样进行拉伸试验，实验过程中需要利用高分辨率相机录制拉伸过程以观测涂层开裂的具体过程，并连续拍摄照片，以便能够利用数字图像相关法计算涂层正表面的应变变化情况。

借助数字图像相关算法软件VIC2D，使用数字图像相关算法计算散斑在拉伸过程中的变化规律，得出应变关系。将热障涂层在承受拉伸载荷到表面裂纹开裂主要分为4个阶段：(1)涂层刚开始承受拉伸载荷时，应变呈现无规律变化；(2)随着拉伸载荷的增加，涂层表面应变为有序波动状态，近似于正弦曲线，最大应变与最小应变分别为波峰和波谷，且波峰和波谷不断向同一方向移动；(3)拉伸载荷达到一定阶段时，涂层的小部分区域应变急剧增加；(4)当急剧增加的涂层区域的应变达到极限，即区域内的应力达到抗拉极限时，涂层发生断裂。但是，许多涂层材料的厚度较小，在宏观尺度下即使利用高分辨率相机也较难详细的观察涂层材料的开裂过程。

常采用的观察界面裂纹及表面裂纹向界面裂纹扩展的方法是通过控制万能试验机的载荷渐变实现的。如准备参数相同的多个热障涂层拉伸试样，分别以逐渐增加的固定载荷拉伸热障涂层试样，在拉伸达到所定载荷时，停止拉伸，将试样取下将拉伸试样的截面制成金相试样，在扫描电子显微镜下观察来确定拉伸过程中的裂纹形式及裂纹转变过程。但是，这种方法并不能实时反应裂纹的扩展过程，且载荷范围的选择具有一定的随机性，导致所得的裂纹随拉伸载荷变化规律不连续，可能会影响裂纹扩展过程的准确性。另外在观察试样的制备过程中，由于磨抛的不规范，可能会造成脆性涂层内部出现裂纹，影响结果观察的准确性。

另外，有些材料例如脆性材料，其在拉伸过程中弹性变形阶段很短，其断裂行为发生十分迅速，在使用大型万能拉伸试验机进行试验时，很难捕捉到涂层材料详细的断裂过程。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本申请第一方面实施例提出一种检测涂层材料拉伸裂变的方法，该检测涂层材料拉伸裂变方法，可以实现在对涂层材料拉伸时进行原位地、微观地检测，提高材料损伤机理观察和分析的准确性，尤其对于一些裂变快速的涂层材料，也可以捕捉到涂层材料详细的断裂过程。

本申请第二方面实施例还提出一种检测涂层材料拉伸裂变的系统。

为了解决上述问题，本申请第一方面实施例的检测涂层材料拉伸裂变的方法，涂层材料和拉伸机放置在扫描电子显微镜的样品仓中，所述方法包括：预估所述涂层材料的拉伸阶段；根据所述拉伸阶段调节所述拉伸机的拉伸速率；采集所述涂层材料在拉伸过程中的扫描图像；以及，通过数字图像相关法对所述扫描图像进行处理，并根据处理后的所述扫描图像分析所述涂层材料的拉伸裂变。