[发明专利]定量表征薄膜材料界面结合性能的屈曲测试方法及装置

摘要

本发明涉及一种定量表征薄膜材料界面结合性能的屈曲测试方法及装置，属于实验力学和材料力学性能表征技术领域。本发明通过万能材料试验机对试样进行轴向的单轴压缩，并记录试样的应力应变数值，同时通过CCD相机对加载过程试样的横截面进行同步的实时观测，并实时记录屈曲过程中的临界应力，挠度以及裂纹长度等剥离特征，建立涂镀层-基底应力应变历史与剥离特征之间的关系来表征涂镀层-基底的界面结合性能。本发明装置的CCD相机、监视器、图像处理卡、计算机、数据处理卡、载荷传感器和万能材料试验机顺次相连。本发明具有原理简单、试样制备简单、模型清晰、易于操作等优点。

主权项

一种定量表征薄膜材料界面结合性能的屈曲测试方法，其特征在于，具体步骤如下：a. 制备镀覆待测涂镀层试样，将试样未镀覆的面用砂纸打磨至镜面光滑；b. 将制备好的镀覆待测涂镀层的试样夹持在万能材料试验机上，并将CCD相机对准待测试样的横截面，调节CCD相机的位置和焦距，使待测试样在CCD相机视场的中间成清晰的图像；c. 对试样进行轴向的单轴压缩，万能材料试验机实时记录试样的应力应变数值，同时通过CCD相机对加载过程中试样的横截面进行同步的实时观测，实时记录屈曲过程中的临界应力、挠度以及裂纹长度的剥离特征；d. 建立涂镀层‑基底应力应变历史与剥离特征之间的关系来表征涂镀层‑基底的界面结合性能；涂镀层屈曲时界面的能量释放率G可由下式计算得到： G G 0 = ( 1 + 3 σ cr σ 0 ) ( 1 - σ cr σ 0 ) ， G 0 = ( 1 - υ f 2 ) h σ 0 2 2 E f ；其中Ef为涂镀层的弹性模量，单位为Pa，υf为泊松比，h为涂镀层的厚度，单位为m，G0为平面应变情况下的应变能释放率，单位为J/m2，σ0为加载过程中施加在涂镀层内的应力，单位为Pa，σcr为涂镀层刚开始发生屈曲时的施加在涂镀层内的临界应力，单位为Pa；对应的相角ψ为： tan ψ = 4 cos ω + 3 ξ sin ω - 4 sin ω + 3 ξ cos ω 其中ω为材料失配相角，单位为o，ξ为屈曲挠度的一个无量纲化函数。