金屬復合材料結(jié)合強度的測量方法、試樣及試樣制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明主要涉及金屬復合材料界面結(jié)合強度的檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及鋁鋼復合材料界面結(jié)合強度的檢測技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]薄鋁層鋁鋼復合帶材兼具鋁合金優(yōu)良的耐腐蝕性能及導熱性能和鋼良好的力學性能等諸多優(yōu)點，是電站空冷系統(tǒng)核心部件中冷卻管束基管的主要原材料。采用鋁鋼復合帶材制造的電站空冷系統(tǒng)取代水冷系統(tǒng)，可節(jié)約用水75%以上?；阡X鋼復合帶材表面質(zhì)量、尺寸精度、性能的穩(wěn)定性及生產(chǎn)效率等方面的綜合考慮，目前工業(yè)上大多采用冷乳復合法來生產(chǎn)鋁鋼復合材料，其成品厚度在I.4?I.6mm之間，包覆層鋁層厚度在0.05?0.09mm之間。鋁鋼界面結(jié)合質(zhì)量決定了基管的成形性能及電站空冷系統(tǒng)的使用壽命，因此有效、定量、準確評價界面結(jié)合強度對于該種材料的冷乳復合控制及實際應用都非常重要。
[0003]由于電站空冷用鋁鋼層復合材料的鋁層很薄，厚度為0.05?0.09mm，無法通過常規(guī)的剪切、撕離等力學手段對界面結(jié)合強度進行評價，由于無法制作出引頭部分，也無法通過拉伸剝離試驗定量測量鋁鋼復合材料的界面結(jié)合強度。目前對薄復層復合材料結(jié)合強度的測量，美國、日本和我國的國家標準均采用膠粘拉伸的方法，它具有操作簡單靈活的特點，而且不需要復雜的理論計算。但由于目前強度最高的環(huán)氧樹脂粘接劑與粘接引頭的結(jié)合強度很難超過40MPa，而冷乳鋁鋼復合材料單道次的壓下量超過50 %，界面結(jié)合的強度大于50MPa，退火后的結(jié)合強度超過60MPa，由于這種方法的應用范圍受到所用粘接劑(膠)的抗拉強度的限制，因此通過常規(guī)的粘接拉伸無法評價鋁鋼復合材料的界面結(jié)合強度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對以上出現(xiàn)的問題，本發(fā)明提供了一種金屬復合材料結(jié)合強度的測量方法及測量試樣，能夠有效的測量金屬復合材料的結(jié)合強度。
[0005]本發(fā)明提出了一種金屬復合材料結(jié)合強度的測量方法，包括以下步驟:
[0006]S1:制備測量用試樣:
[0007]A、在含有基層和包覆層的復合材料上切割出一定形狀的待加工試樣，制作與待加工試樣形狀相同和/或不同的包覆層合金材料；
[0008]C、將待加工試樣的包覆層側(cè)與包覆層合金待粘貼表面相粘貼；
[0009]D、在待加工試樣的基層側(cè)加工一定形狀的孔直到基層與包覆層的結(jié)合面，并在包覆層合金側(cè)加工出一定形狀的臺階，其深度超過基層與包覆層結(jié)合面；
[0010]S2:進行靜壓力試驗:
[0011]E、將試樣放至試驗裝置中進行靜壓力試驗；
[0012]S3:計算結(jié)合強度:
[0013]F、獲取試樣界面斷裂時的最大拉應力F，根據(jù)強度計算公式o(b)=F/S，得到試樣的結(jié)合強度，[OOM]其中，F(xiàn)代表最大拉應力，S表不承受拉應力的結(jié)合面面積，o(b)表不金屬復合材料的結(jié)合強度。
[0015]如上所述的金屬復合材料結(jié)合強度的測量方法，其中，所述金屬復合材料為鋁鋼復合材料，其中鋼為基層，鋁為包覆層。
[0016]如上所述的金屬復合材料結(jié)合強度的測量方法，其中，在所述步驟C之前，還包括步驟:
[0017]B、對待加工試樣的包覆層側(cè)及包覆層合金的待粘貼表面進行打磨處理。
[0018]如上所述的金屬復合材料結(jié)合強度的測量方法，其中，所述一定形狀的孔和/或臺階包括圓形、方形或其他形狀的孔和/或臺階。
[0019]本發(fā)明還提出了一種用于測量金屬復合材料結(jié)合強度的測量試樣，包括含有基層和包覆層的待加工試樣和包覆層合金材料，其中，所述待加工試樣的包覆層側(cè)與包覆層合金待粘貼表面相粘貼，在待加工試樣的基層側(cè)加工一定形狀的孔直到基層與包覆層的結(jié)合面，并在包覆層合金側(cè)加工出一定形狀的臺階，其深度超過基層與包覆層結(jié)合面。
[0020]如上所述的用于測量金屬復合材料結(jié)合強度的測量試樣，其中，所述復合材料為鋁鋼復合材料，其中鋼為基層，鋁為包覆層。
[0021]如上所述的金屬復合材料結(jié)合強度的測量方法，其中，所述一定形狀的孔和/或臺階包括圓形、方形或其他形狀的孔和/或臺階。
[0022]本發(fā)明還提出了一種用于測量金屬復合材料結(jié)合強度的測量試樣的制作方法，包括以下步驟:
[0023]A、在含有基層和包覆層的復合材料上切割出一定形狀的待加工試樣，制作與待加工試樣形狀相同和/或不同的包覆層合金材料；
[0024]C、將待加工試樣的包覆層側(cè)與包覆層合金待粘貼表面相粘貼；
[0025]D、在待加工試樣的基層側(cè)加工一定形狀的孔直到基層與包覆層的結(jié)合面，并在包覆層合金側(cè)加工出一定形狀的臺階，其深度超過基層與包覆層結(jié)合面。
[0026]如上所述的用于測量金屬復合材料結(jié)合強度的測量試樣的制作方法，其中，在所述步驟C之前，還包括步驟:
[0027]B、對待加工試樣的包覆層側(cè)及包覆層合金的待粘貼表面進行打磨處理。
[0028]如上所述的用于測量金屬復合材料結(jié)合強度的測量試樣的制作方法，其中，所述金屬復合材料為鋁鋼復合材料，其中鋼為基層，鋁為包覆層。
[0029]如上所述的金屬復合材料結(jié)合強度的測量方法，其中，所述一定形狀的孔和/或臺階包括圓形、方形或其他形狀的孔和/或臺階。
[0030]通過使用本發(fā)明中的測量試樣和測量方法，可以擺脫常規(guī)測量方法中受粘結(jié)劑強度限制的問題，能夠有效的測量金屬復合材料的結(jié)合強度。
【附圖說明】
[0031]通過結(jié)合以下附圖所作的詳細描述，本發(fā)明的上述或其他方面的優(yōu)點將變得更清楚和更容易理解，這些附圖只是示意性的，并不構(gòu)成本發(fā)明的限制，其中:
[0032]圖1是本發(fā)明實施例中測量試樣進行拉伸試驗的示意圖。
[0033]圖中各標號表示如下:
[0034]1:鋼層；
[0035]2:招層；
[0036]3:粘結(jié)劑；
[0037]4:鋁合金板；
[0038]5:壓頭；
[0039]6:試驗裝置。
【具體實施方式】
[0040]下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0041]在此記載的實施例為本發(fā)明的特定的【具體實施方式】，用于說明本發(fā)明的構(gòu)思，均是解釋性和示例性的，不應解釋為對本發(fā)明實施方式及本發(fā)明范圍的限制。除在此記載的實施例外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還能夠基于本申請權(quán)利要求書和說明書所公開的內(nèi)容采用顯而易見的其它技術(shù)方案，這些技術(shù)方案包括采用對在此記載的實施例的做出任何顯而易見的替換和修改的技術(shù)方案，都在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
[0042]本說明書的附圖為示意圖，輔助說明本發(fā)明的構(gòu)思、各部分的形狀及其相互關(guān)系。請注意，為了便于清楚地表現(xiàn)出本發(fā)明實施例的各部件的結(jié)構(gòu)，各附圖之間并未按照相同的比例繪制，相同的參考標記用于表示相同的部分。
[0043]本發(fā)明提出了一種金屬復合材料結(jié)合強度的測量方法，包括以下步驟:
[0044]A、在含有基層和包覆層的復合材料上切割出一定形狀的待加工試樣，制作與待加工試樣形狀相同和/或不同的包覆層合金材料。
[0045]具體的，可采用線切割方式從金屬復合材料層上切割出直徑為D的圓片樣品，也可以采用其他方式進行切割，制作與上述直徑為D的圓片樣品同等直徑的包覆層合金材料備用。
[0046]進一步的，所述金屬復合材料為鋁鋼復合材料，其中鋼為基層，鋁為包覆層。所述所述包覆層合金材料為鋁合金板。
[0047]B、對待加工試樣的包覆層側(cè)及包覆層合金的待粘貼表面進行打磨處理。
[0048]打磨前，可以事先清洗圓片樣品及鋁合金板的待粘貼表面。目的在于清除待粘貼表面油污和氧化層，圓片樣品的包覆層側(cè)，即鋁層側(cè)與鋁合金板的任一一個側(cè)面均為待粘貼表面。
[0049]進一步的，為了獲得更好的表面質(zhì)量，可以通過以下手段清洗圓片樣品及鋁合金板的待粘貼表面:利用鹽酸清洗圓片樣品及鋁合金板上的各待粘貼表面，然后用脫脂劑依次擦拭圓片樣品及鋁合金板的各待粘貼表面。
[0050]其中，脫脂劑一般為丙酮和酒精，由于清洗過的待粘貼表面會含有殘留物，因此須對待粘貼表面進行打磨。通常是在各待粘貼表面風干后，采用500#砂紙對圓片樣品及鋁合金板的待粘貼表面進行砂紙打磨處理。
[0051 ] C、將待加工試樣的包覆層側(cè)與包覆層合金待粘貼表面相粘貼。
[0052]具體的，選取的鋁合金板的直徑與圓片樣品的的直徑相等，粘貼時，應使鋁合金板與圓片樣品的待粘貼面完全重合。
[0053]進一步的，所述粘結(jié)劑可選取環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑。環(huán)氧樹脂適用于金屬與金屬之間的復合，如鐵皮、鍍鋅板、鋁箔、銅箔、鋁板、冷板以及其他金屬卷材。且經(jīng)環(huán)氧樹脂粘合的制品間的剝離強度可以達到40Mpa，經(jīng)環(huán)氧樹脂粘合的制品間的剝離強度比鋁鋼復合材料的界面結(jié)合強度大。圓片樣品與鋁合金板粘結(jié)后，放置在常溫25°C狀態(tài)下24小時以上，以使粘接劑完全固化;并設定粘接劑與鋁合金板的粘接強度為o(a)。
[0054]D、在待加工試樣的基層側(cè)加工一定形狀的孔直到基層與包覆層的結(jié)合面。并在包覆層合金側(cè)加工出一定形狀的臺階，其深度超過基層與包覆層結(jié)合面。
[0055]進一步的，所述一定形狀的孔和/或臺階為圓形孔和圓形臺階。
[0056]具體的，采用鉆孔方式在鋼層側(cè)加工出一半徑為r的圓孔。根據(jù)事先測量的鋁鋼層結(jié)合面的厚度定位圓孔深度。使圓孔深度能夠準確的達到鋁鋼結(jié)合面的位置，或率大于結(jié)合面深度。
[0057]在鋁合金板的一側(cè)加工出一半徑為R的圓形臺階，其臺階深度超過鋁鋼結(jié)合面的位置，且R值大于r值。
[0058]E、將試樣放至試驗裝置中進行靜壓力試驗。
[0059]將制作好的試樣放置固定在試驗裝置上。所述試驗裝置為一方形平臺，平臺中心加具有一圓形通孔。所述通孔半徑等于圓形臺階的半徑R，或率大于R，便于試樣進行安裝固定。
[0060]利用壓頭向半徑為r的圓孔內(nèi)的鋁鋼結(jié)合面施加壓力。壓力中心應保證作用在環(huán)形結(jié)合面的中心上，使其受力均勻。所述環(huán)形結(jié)合面為具有圓形孔和圓形臺階的鋁鋼層結(jié)合面。
[0061]F、獲取試樣界面斷裂時的最大拉應力F，根據(jù)強度計算公式o(b)=F/S，得到試樣的結(jié)合強度，
[0062]其中，F(xiàn)代表最大拉應力，S表不承受拉應力的結(jié)合面面積，0(b)表不金屬復合材料的結(jié)合強度。
[0063]