[发明专利]一种定量测试材料表面涂镀层与基体结合强度的方法

说明书

本发明公开了一种定量测试材料表面涂镀层与基体结合强度的方法，包括以下步骤：准备矩形块状基体材料，沿竖直方向从上到下对基体进行切割，沿水平方向从外向内对基体进行切割，竖直切割面与水平切割面垂直相抵相交；在竖直切割面和水平切割面进行涂镀层的沉积生长，直至涂镀层外表面与对应基体表面平齐；以水平切割面为界，沿水平方向将涂镀层下方整部分基体切割掉，从而得到涂镀层和对应厚度基体形成的样品试样；对样品试样进行加工处理，以得到拉伸试样；将拉伸试样装载到拉伸设备平台上进行拉伸试验，涂镀层和基体结合界面处分离时的最大应力即为涂镀层与基体的结合强度。该方法不使用粘结剂，能够直接、有效地定量的涂镀层与基体的结合强度。

技术领域

本发明属于材料表面工程技术领域，特别涉及一种定量测试材料表面涂镀层与基体结合强度的方法。

背景技术

近20年来，材料表面工程发展迅速，其中涂镀层类称为最为活跃的领域之一，广泛应用于机械、电子、化工、生物、航空航天等领域，取得了巨大的经济和社会效益。然而，无论是何种工艺，制备出的涂镀层，镀膜等，如果其与基体结合不好，易剥落，破碎，那么无论涂镀层本身性能如何优异，其使用价值将大大折扣。因此，对于涂镀层材料来说，其与基体间的结合性能是极为重要的一个力学性能参量。

目前，已经提出了几十种测试涂镀层与基体间结合强度的方法。可以归结为定性和定量两大类。定性法主要以经验判断和相对比较为主，难以给出力学参量。主要的定性测试方法有划格试验、弯曲试验、锉刀法、打磨法等。相关文献如国家标准GB5270-2005等给出了详细的测试方法以及测试标准。定量测试方法较为方便，常用的有拉伸法、剪切法、压入法、划痕法、剥离法、四点弯曲法等等。其中拉伸法具有简单、直接，结果容易分析等特点，得到广泛应用。而拉伸法包括粘结拉伸法和基片拉伸法。

目前，粘结拉伸法是普遍采用的结合强度测试方法之一，各国都制定了类似的标准，例如ASTM(633-79)，DIN-50160和JISH8664等。粘结拉伸的原理是在涂层与基体界面法线方向施加一拉力，逐渐增大载荷，当涂层界面分离时的拉力即为界面结合力F，除以界面面积即为界面结合强度。如图1所示，基体4和涂层3分别通过粘结剂2与拉伸杆1连接，然后对拉伸杆施加拉力得到界面结合强度。但是该方法存在以下不足：1） 需要使用粘结剂，并且与粘结剂结合较差的涂镀层将不适用。例如金刚石薄膜类材料，很难有合适的粘结剂。2）粘结剂的引入使结果变的复杂，使得测试结果存在误差，并且同一镀层使用不同粘结剂产生的结果可能存在较大差异。3） 界面结合强度只有在小于粘结剂强度的情况下才有意义，例如环氧树脂粘结剂的最大抗拉强度为70MPa，所以，结合强度高于70MPa的涂镀层将无法使用。

为此，提供一种不使用粘结剂，测量精确度高，且能够直接、有效定量的涂镀层与基体的结合强度的测试方法是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的就在于提供一种定量测试材料表面涂镀层与基体结合强度的方法，该方法不使用粘结剂，能够直接、有效地定量涂镀层与基体的结合强度，且测量精确度高。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种定量测试材料表面涂镀层与基体结合强度的方法，包括以下步骤：

S1：准备矩形块状基体材料，沿竖直方向从上到下对基体进行切割，沿水平方向从外向内对基体进行切割，竖直切割面与水平切割面垂直相抵相交；

S2：在竖直切割面和水平切割面进行涂镀层的沉积生长，直至涂镀层外表面与对应基体表面平齐，再停止涂镀层的沉积生长；

S3：以水平切割面为界，沿水平方向将涂镀层下方整部分基体切割掉，从而得到涂镀层和对应厚度的基体形成的样品试样；

S4：对样品试样进行加工处理，以得到拉伸试样；

S5：将拉伸试样装载到拉伸设备平台上，进行拉伸试验，涂镀层和基体结合界面处拉伸分离时的最大应力即为涂镀层与基体的结合强度。

进一步地，水平切割面和竖直切割面相交处为圆弧形。