專利名稱：涂層與基體的高結合強度測試方法
技術領域：
本發(fā)明屬涂層與基體的高結合強度測試領域。
背景技術：
表面噴涂技術在不改變材料結構的前提下，用較少的費用，大幅度提高材料的性能，取得顯著的經(jīng)濟效益。為此，工業(yè)發(fā)達國家如美國、日本等，已把表面技術作為材料研究的前沿。我國對表面技術的研究和開發(fā)應用也十分重視。
隨著表面涂層技術的發(fā)展，涂層與基體的結合強度愈來愈高，從而給涂層結合強度的測定帶來了難度。美國材料試驗標準協(xié)會ASTMC633-79提出的方法，由于受到粘膠強度的限制，測試范圍僅在小于70MPa范圍內(nèi)，已不能用于高結合強度涂層的結合強度試驗。對此，國內(nèi)外先后開展研究，德、日等國開始比較傾向于劃痕法，后來發(fā)現(xiàn)該法物理意義不明確，所得到的數(shù)據(jù)比較分散，難以有效地評價涂層材料的性能。即而俄國科學家提出頂推法，但該法受到涂層剪切強度性能的影響，不能對高結合強度涂層進行評價，美國材料試驗學會試驗室對球壓法進行研究，但受到基體彈性參數(shù)的影響甚大，而且試樣受力狀態(tài)復雜，以至不能夠足以對各種涂層進行評價，近期法國提出的印痕法、裂紋法等各種方法，但由于在這些試驗方法中，試樣的受力狀態(tài)復雜，涂層與基體界面開裂應力難以計算，這些方法尚在討論之中，到目前為止，尚未得到一種切實可行的、物理意義明確的、影響因素小的適合于測定高結合強度涂層與基體結合強度的評價方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種楔形加載法，克服了粘膠結合強度的限制，能夠用力學手段評價涂層與基體的高結合強度試驗測試方法。
本發(fā)明是在壓力試驗機上，將試驗樣品基體1在基體與涂層2的界面制作一個角度為α的切口，使切口中心線落在交界面上，切口前端曲率半經(jīng)為(0.05～0.3mm)，涂層的外側為粘膠3，將基體放在壓力試驗機支座5上，涂層端與支座左端面靠緊并粘接，壓力機的壓頭為楔形加載壓頭4，壓頭下端制作成α角度，壓頭前沿半徑ρ為(0.1～0.5mm)，壓頭以(1～3mm)的速度加載到試樣斷裂，記錄試驗載荷一時間曲線，涂層與基體的結合強度的計算公式如下σg=KPmax2Wh2Ctgα2-1.5Pmax(Lo2-h2tgα2Wh12)]]>公式中α-楔口角度K-修正系數(shù)Pmax-開裂載荷Lo-試樣長度W-試樣寬度h1-試樣無缺口部高度h2-試樣缺口部高度σg-涂層與基體的結合強度α為10°-50°h2為0.3-3mmh2/h1為 涂層厚度為0.3-3mm
本發(fā)明的優(yōu)點是與粘膠法相比，克服了后者由于粘接強度有限，不能用于高結合強度涂層結合強度試驗的缺點，與其它間接方法相比，本發(fā)明使界面正應力斷裂，提高了測試數(shù)據(jù)的可靠性。


圖1為本發(fā)明的結構示意2為試樣形狀及加載模型示意3為斷裂過程和試樣受力分析示意圖，P1、P1’為垂直斜面上的分力，P2、P2’為P1、P1’分解的水平方向分力，P3、P3’為P1、P1’分解的垂直方向分力圖4為材料修正系數(shù)K與涂層/基體硬度比值系統(tǒng)曲線圖5為實驗載荷時間曲線具體實施方式
用本發(fā)明對超音速噴涂WC/CO涂層，基體材料為Ti合金，WC/CO涂層基體為45#鋼，WOCrW涂層，基體材料為45#鋼，火焰噴涂的NiAl復合絲，基體材料為45#鋼的結合強度進行測定的結果，如表(一)～表(四)。
表(一)WC/Co/Ti合金 超高速噴涂涂層結合強度數(shù)據(jù)(楔形法)

表(二) WC/Co/45#鋼 超高速噴涂涂層結合強度數(shù)據(jù)(楔形法)

表(三)CoCrW/45#鋼 超音速噴涂涂層結合強度數(shù)據(jù)(楔形法)

表(四)NiAl復合絲/45#鋼基體 火焰噴涂結合強度數(shù)據(jù)(楔形法)

關于材料修正系數(shù)K楔形切口試樣在楔型加載下受力時，切口尖端點受到最大拉應力σmax的作用。由于材質(zhì)的力學參數(shù)不同將對應力產(chǎn)生一定的影響效應，其影響程度用修正系數(shù)K來表示。實驗測得材料修正系數(shù)K與涂層材料的維氐硬度和基體材料的維氏硬度之比值有關，實驗測得數(shù)據(jù)點擬合的關系曲線如圖(4)所示，曲線用最小二乘法擬合，相關系數(shù)ρxy為0.986?？梢钥闯霾牧闲拚禂?shù)K與涂層基體維氏硬度之比為Hv涂/Hv基呈線性相關性，所擬合的方程式如下K＝0.164+0.5(Hv涂/Hv基)用楔形法測定涂層結合強度時，將涂層與基體維氏硬度比值代入公式，求出相應的材料修正系數(shù)K，從而進行涂層與基體的結合強度σg的計算。
權利要求
1.涂層與基體的高結合強度測試方法，其特征是在壓力試驗機上，將試驗樣品基體1在基體與涂層2的界面制作一個角度為α的切口，使切口中心線落在交界面上，切口前端曲率半經(jīng)為0.05～0.3mm，涂層的外側為粘膠3，將基體放在壓力試驗機支座5上，涂層端與支座左端面靠緊并粘接，壓力機的壓頭為楔形加載壓頭4，壓頭下端制作成α角度，壓頭前沿半徑ρ為0.1～0.5mm，壓頭以1～3mm/min的速度加載到試樣斷裂，記錄試驗載荷一時間曲線，涂層與基體的結合強度的計算公式如下σg=KPmax2Wh2Ctgα2-1.5Pmax(Lo2-h2tgα2Wh12)]]>公式中α-楔口角度K-修正系數(shù)Pmax-開裂載荷Lo-試樣長度W-試樣寬度h1-試樣無缺口部高度h2-試樣缺口部高度бg-涂層與基體的結合強度
2.根據(jù)權利要求1所述的測試方法，其特征是楔口角度α為10°-50°。
3.根據(jù)權利要求1所述的測試方法，其特征是h2為0.3-3mm，h2/h1為120-2.]]>
全文摘要
本發(fā)明屬涂層與基體的高結合強度測試領域。本發(fā)明在壓力試驗機上用楔形壓頭作負載，試樣基體上制作一個角度為α的切口，使切口中心線落在涂層與基體交界面上，涂層的一端與壓力機支座左面粘接，壓頭以1～3mm/min的速度加載到試樣斷裂，記錄試驗載荷數(shù)據(jù)，用強度計算公式準確可靠地計算出結合強度，本發(fā)明與粘膠法相比，克服了由于粘膠強度有限，不能用于涂層與基體的高結合強度試驗的缺點，本發(fā)明的試驗數(shù)據(jù)可靠性較高。
文檔編號G01N19/00GK1629617SQ20031012112
公開日2005年6月22日 申請日期2003年12月15日 優(yōu)先權日2003年12月15日
發(fā)明者朱其芳, 孫澤明, 王福生, 黃桂成 申請人:北京有色金屬研究總院