專利名稱：厚涂層附著力檢測(cè)方法及檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于檢測(cè)方法及設(shè)備，特別是涉及一種檢測(cè)粉末涂料涂層附著力的檢測(cè)方法及檢測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
涂層技術(shù)的廣泛應(yīng)用已經(jīng)開(kāi)辟了材料科學(xué)研究與應(yīng)用的一個(gè)新方向，由于基體上的涂層能有效改變基體表面的性能，從而不僅使結(jié)構(gòu)的整體性能得到顯著提高，而且使許多傳統(tǒng)材料在經(jīng)濟(jì)建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域中又得到充分的利用。然而，在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常碰到的問(wèn)題是如何保證和預(yù)測(cè)涂層不從基體上剝落，否則，涂層性能再好，也無(wú)法正確、放心的利用。因此，如何科學(xué)、準(zhǔn)確地檢測(cè)涂層附著力這一評(píng)價(jià)指標(biāo)成為判斷涂層性能的重要性能指標(biāo)?，F(xiàn)行附著力測(cè)定方法有拉伸法、剪切法、劃痕法、壓入法等，由于其局限性，特別是對(duì)粉末涂料涂層等厚涂層的檢測(cè)，檢測(cè)原理和結(jié)果偏離涂層實(shí)際受力和破壞狀況過(guò)大，檢測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。雖然目前各種改進(jìn)方法不少，但還沒(méi)有相應(yīng)的適合對(duì)厚涂層附著力檢測(cè)的方法及檢測(cè)裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)粉末涂料涂層的特點(diǎn)和該涂層在實(shí)際使用過(guò)程中常遇到的失效形式一鼓脹剝離失效的特性，即由于介質(zhì)對(duì)涂層的滲透作用，在涂層一基體界面上形成鼓包，由于壓力差的存在，隨著介質(zhì)滲透作用的不斷進(jìn)行，當(dāng)鼓包在壓力作用下鼓脹到一定大小，涂層就會(huì)從基體上慢慢剝離，從而使涂層失效的特性，發(fā)明一種厚涂層附著力檢測(cè)方法及檢測(cè)裝置。
本發(fā)明的基本構(gòu)思是在模擬工況條件下，通過(guò)涂有涂層的檢測(cè)板基體上制做的孔，對(duì)涂層施加壓力，使涂層被逐漸鼓脹剝離下來(lái)，涂層鼓脹剝離的同時(shí)，測(cè)量記錄涂層施壓和涂層剝離半徑及寬度，或者通過(guò)數(shù)值擬合建立涂層剝離半徑及寬度——涂層中心鼓脹位移關(guān)系曲線，通過(guò)測(cè)量記錄涂層中心鼓脹位移間接測(cè)得涂層剝離半徑及寬度，然后按下列公式計(jì)算涂層附著力，即線剝離強(qiáng)度和面剝離強(qiáng)度線剝離強(qiáng)度σl=r2pMPa.mm---(1)]]>和面剝離強(qiáng)度σb=r2bpMPa---(2)]]>式中p-涂層施壓，MPa；r-涂層剝離半徑，m；b-涂層剝離帶寬度，mm。
如需獲得涂層附著力隨涂層施壓的連續(xù)變化曲線，在剝離試驗(yàn)過(guò)程中，逐點(diǎn)測(cè)量涂層施壓和涂層剝離半徑及寬度，或通過(guò)數(shù)值擬合的涂層剝離半徑及寬度——涂層中心鼓脹位移關(guān)系曲線，逐點(diǎn)測(cè)量涂層中心鼓脹位移間接獲得涂層剝離半徑及寬度，建立涂層剝離半徑——涂層施壓和涂層剝離寬度——涂層施壓關(guān)系曲線，然后根據(jù)式(1)和式(2)計(jì)算得到涂層線剝離強(qiáng)度——涂層施壓、涂層面剝離強(qiáng)度——涂層施壓曲線。
檢測(cè)板上檢測(cè)孔的大小應(yīng)根據(jù)涂層材料強(qiáng)度、涂層附著力高低和涂層厚度的不同進(jìn)行確定。根據(jù)檢測(cè)孔上覆蓋的涂層的特點(diǎn)，可將這一涂層假定為周邊夾持的圓板，由此得到檢測(cè)孔制作大小的條件為檢測(cè)涂層線剝離強(qiáng)度時(shí)4Etωmax(1-μ2)[σ]coat≤a≤23[σ]coatt2σl′---(3)]]>或者檢測(cè)涂層面剝離強(qiáng)度時(shí)4Etωmax(1-μ2)[σ]coat≤a≤23b[σ]coatt2σb′---(4)]]>上述各式中a——檢測(cè)孔半徑，mm；E——涂層材料彈性模量，MPa；t——被檢涂層厚度，mm；ωmax——檢測(cè)孔覆蓋涂層中心鼓脹位移，mm；[σ]coat——涂層材料許用應(yīng)力，mm；σb′——預(yù)計(jì)涂層面剝離強(qiáng)度，MPa；σl′——預(yù)計(jì)涂層線剝離強(qiáng)度，MPa.mm；μ——涂層材料泊松比；p——涂層施壓，MPa；同時(shí)，涂層施壓測(cè)量?jī)x表應(yīng)滿足 涂層中心鼓脹位移測(cè)量?jī)x表應(yīng)滿足位移測(cè)量?jī)x表的最小有效示值＜＜ωmax＜位移測(cè)量?jī)x表的有效量程(6)為實(shí)現(xiàn)這一方法，涂層附著力檢測(cè)裝置是由施壓環(huán)境模擬箱、壓力測(cè)控儀表、涂層中心鼓脹位移測(cè)量?jī)x表、檢測(cè)板、待測(cè)涂層、溫度測(cè)控儀表和加壓系統(tǒng)構(gòu)成。加壓系統(tǒng)是由加壓泵、控制閥和箱體依照常用的液壓管路連接而成；檢測(cè)板上有檢測(cè)孔并覆蓋待測(cè)涂層；檢測(cè)板的材料及其待測(cè)涂層的材料與被檢測(cè)涂層附著力件的基體材料和涂層材料相同；檢測(cè)孔開(kāi)設(shè)在檢測(cè)板的中心部位，為適應(yīng)于不同涂層的檢測(cè)，可制作一系列不同孔徑檢測(cè)孔的檢測(cè)板，或在同一塊檢測(cè)板上開(kāi)設(shè)大孔鑲嵌檢測(cè)孔變換套來(lái)實(shí)現(xiàn)。涂層涂敷過(guò)程中為避免涂料堵塞檢測(cè)孔，涂層涂敷前檢測(cè)孔可配裝與檢測(cè)孔尺寸相配的孔塞，孔塞與涂層接觸面涂有脫模劑，待涂層制備完成后，將孔塞取下即可。檢測(cè)板安裝在施壓環(huán)境模擬箱上并采用螺紋式或者卡箍式或者齒嚙式或者法蘭式或者剖分環(huán)式等快開(kāi)結(jié)構(gòu)密封緊固。測(cè)試過(guò)程中，首先根據(jù)待測(cè)涂層工作的環(huán)境條件，調(diào)控施壓環(huán)境模擬箱里的介質(zhì)和溫度，當(dāng)達(dá)到檢測(cè)試驗(yàn)所設(shè)定溫度時(shí)，開(kāi)啟加壓系統(tǒng)，通過(guò)檢測(cè)孔向涂層施加鼓脹剝離壓力，試驗(yàn)過(guò)程中，施壓環(huán)境模擬箱里的介質(zhì)溫度、壓力和涂層中心鼓脹位移，以及涂層剝離半徑和寬度值將同步檢測(cè)。若按某種變化規(guī)律控制加壓系統(tǒng)所施加的壓力、施壓環(huán)境模擬箱里介質(zhì)溫度，則可測(cè)量在交變載荷作用下涂層的附著力。測(cè)得介質(zhì)通過(guò)檢測(cè)孔對(duì)涂層所施加的壓力、涂層中心鼓脹位移、涂層剝離半徑和寬度值后，代入涂層附著力的線剝離強(qiáng)度和面剝離強(qiáng)度計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。
本檢測(cè)方法適合檢測(cè)厚涂層的附著力，檢測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，檢測(cè)過(guò)程簡(jiǎn)單。檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)合理，待測(cè)涂層設(shè)計(jì)符合涂層的真實(shí)受力條件和邊界條件，通過(guò)合理的配置加壓系統(tǒng)、施壓環(huán)境模擬箱、壓力和溫度測(cè)控儀表以及位移測(cè)量?jī)x表，可以使所設(shè)計(jì)檢測(cè)涂層受力條件更接近于實(shí)際涂層服役狀況；通過(guò)調(diào)整檢測(cè)孔大小，也可以對(duì)不同厚度和結(jié)合性能的涂層進(jìn)行測(cè)定，檢測(cè)范圍廣。
四

圖1為涂層附著力檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為涂層中心鼓起位移——涂層施壓關(guān)系曲線；圖3為涂層中心鼓起位移——涂層剝離半徑關(guān)系曲線；圖4為涂層線剝離強(qiáng)度——涂層剝離半徑關(guān)系曲線；圖5為涂層面剝離強(qiáng)度——涂層剝離寬度關(guān)系曲線。
附圖標(biāo)記1施壓環(huán)境模擬箱，1-1環(huán)境介質(zhì)，1-2承壓殼體，1-3排空閥，1-4保壓閥，1-5加熱保溫組件；2緊固密封組件，2-1緊固組件，2-2上法蘭，2-3密封件，2-4下法蘭；3壓力測(cè)控儀表；4位移測(cè)量?jī)x表；5檢測(cè)板；6檢測(cè)孔；7檢測(cè)孔變換套；8待測(cè)涂層；9溫度測(cè)控儀表，9-1溫度探頭；10加壓系統(tǒng)。
五具體實(shí)施例方式
結(jié)合附圖詳細(xì)敘述實(shí)施例。
如圖1所示，施壓環(huán)境模擬箱[1]主要由環(huán)境介質(zhì)[1-1]、承壓殼體[1-2]、排空閥[1-3]、保壓閥[1-4]和加熱保溫組件[1-5]等構(gòu)成；緊固密封組件[2]由緊固組件[2-1]、上法蘭[2-2]、密封件[2-3]、下法蘭[2-4]組成，緊固組件[2-1]為螺栓、墊片和螺帽套件；承壓簡(jiǎn)體[1-2]和下法蘭[2-4]按圖1所示相對(duì)位置焊接而成；密封件[2-3]選用聚四氟乙烯材料密封墊，置于檢測(cè)板[5]與下法蘭[2-4]之間，上法蘭[2-2]、檢測(cè)板[5]、密封件[2-3]和下法蘭[2-4]依次安裝，在緊固組件[2-1]預(yù)緊力作用下達(dá)到密封；加熱組件[1-5]由夾套、導(dǎo)熱介質(zhì)、加熱套和保溫套構(gòu)成，并以圖1所示位置配合使用，夾套內(nèi)充加導(dǎo)熱介質(zhì)，導(dǎo)熱介質(zhì)可選用導(dǎo)熱油或者硅油等，夾套焊制在承壓殼體[1-2]上，其內(nèi)壁與承壓殼體[1-2]外壁間形成充裝導(dǎo)熱介質(zhì)空間，整個(gè)夾套外壁被加熱套包裹，并在加熱套外層包裹保溫套，加熱套選用電阻式加熱套。壓力測(cè)控儀表[3]選用精密壓力表，量程0～10MPa，精度0.25級(jí)。位移測(cè)量?jī)x表[4]選用位移百分表并通過(guò)位移表支架固定在上法蘭[2-2]上，位移百分表量程0～10mm，精度0級(jí)。檢測(cè)板[5]選用工程實(shí)際中常用材料Q-235A。檢測(cè)孔[6]開(kāi)設(shè)在檢測(cè)板的中心部位，檢測(cè)孔大小可根據(jù)待測(cè)涂層[8]強(qiáng)度、附著力和厚度的不同，通過(guò)在大孔中鑲嵌檢測(cè)孔變換套[7]進(jìn)行調(diào)整。待測(cè)涂層[8]選用粉末涂料涂層。溫度測(cè)控儀表[9]由溫控顯示儀表和溫度探頭[9-1]組成，溫控顯示儀表選用智能型斷續(xù)PID溫度控制表，測(cè)量精度±0.5％±1字，其控制輸出端連接加熱保溫組件[1-5]控制電路繼電器，從而通過(guò)控制加熱套加熱保溫組件加熱元件的電流通斷達(dá)到對(duì)環(huán)境介質(zhì)溫度的控制。加壓系統(tǒng)[10]由加壓泵、控制閥和箱體構(gòu)成，加壓泵可選用手動(dòng)或電動(dòng)形式，對(duì)于手動(dòng)式加壓泵系統(tǒng)中可不安裝控制閥，對(duì)用電動(dòng)式加壓泵，系統(tǒng)中控制閥與壓力測(cè)控儀表的控制端相聯(lián)接，達(dá)到對(duì)加壓系統(tǒng)壓力的控制。根據(jù)需要決定是否鑲嵌檢測(cè)孔變換套[7]來(lái)調(diào)整檢測(cè)孔[6]的孔徑大小。
按照待測(cè)涂層[8]制備工藝，對(duì)檢測(cè)板[5]表面進(jìn)行處理并制備涂層；根據(jù)所模擬的待檢涂層工作環(huán)境，向承壓殼體[1-2]內(nèi)裝入環(huán)境介質(zhì)[1-1]；安裝密封墊[2-3]；將檢測(cè)板[5]放置在下法蘭[2-4]與密封墊[2-3]之上，安裝上法蘭[2-2]，用緊固組件[2-1]預(yù)緊密封；根據(jù)所模擬的待檢涂層工作溫度，設(shè)定加熱套[1-5]的加熱溫度，通電加熱；溫度達(dá)到設(shè)定值后，關(guān)閉排空閥[1-3]，通過(guò)加壓泵向承壓殼體[1-2]加壓；在壓力作用下，開(kāi)孔部位的待測(cè)涂層[8]會(huì)逐漸鼓起，最終從檢測(cè)板[5]上被剝離下來(lái)；測(cè)試過(guò)程中通過(guò)位移百分表[4]測(cè)得涂層中心鼓起位移值；通過(guò)壓力測(cè)控儀表[3]讀得對(duì)涂層施壓。
直接測(cè)定r和b是比較困難的，一般采用間接測(cè)量法，即有限元輔助分析擬合法。如圖2所示，具體過(guò)程為首先，采用實(shí)測(cè)方法直接測(cè)得圖2所示涂層中心鼓起位移——涂層施壓關(guān)系曲線。其次，在曲線中取某一壓力p和對(duì)應(yīng)的中心鼓起位移為ω；然后，在壓力p作用下采用有限元分析可計(jì)算出檢測(cè)孔或剝離半徑為a的涂層的中心位移值ω′；最后，通過(guò)不斷變化有限元模型中的剝離半徑a，使有限元計(jì)算的中心位移值ω′＝ω時(shí)，此時(shí)有限元模型中的剝離半徑a即可認(rèn)為是實(shí)際試驗(yàn)中涂層剝離半徑r。可以通過(guò)重復(fù)上述過(guò)程，得到涂層中心鼓起位移-剝離半徑關(guān)系曲線，如圖3所示。
涂層剝離帶寬b也可以采用有限元分析的方法獲得，但相對(duì)較為復(fù)雜。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般涂層的剝離帶寬度b大約為0.1mm。將計(jì)算獲得的剝離半徑r和經(jīng)驗(yàn)剝離寬度b代入線剝離強(qiáng)度式(1)和面剝離強(qiáng)度式(2)就可進(jìn)行計(jì)算。
采用上述裝置便可方便的測(cè)定涂層的剝離強(qiáng)度。以聚乙烯(PE)為例，其E＝240MPa，μ＝0.46，[σ]coat＝15MPa，σb′＝6MPa，b＝0.1mm，位移測(cè)量?jī)x表的有效量程范圍應(yīng)為ωmax＝0.1～2.51mm并取t＝1mm時(shí)，由式(4)得2.85≤a≤16.67mm，故可取作a＝4.0mm。由式(5)、(6)驗(yàn)算，裝置中所選壓力表和位移百分表符合要求。
按上述試驗(yàn)和計(jì)算步驟，得到上述圖2、3所示的實(shí)測(cè)涂層中心鼓起位移——涂層施壓關(guān)系曲線以及有限元輔助分析擬合涂層剝離半徑——涂層中心鼓起位移關(guān)系曲線。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，確定涂層剝離帶寬b約為0.1mm。
對(duì)應(yīng)取涂層中心鼓起位移——涂層施壓關(guān)系曲線以及涂層剝離半徑——涂層中心鼓起位移關(guān)系曲線中的涂層施壓、涂層中心鼓起位移和涂層剝離半徑及寬度代入式(1)和式(2)，就可進(jìn)行計(jì)算得到線剝離強(qiáng)度和面剝離強(qiáng)度值，如圖4、5所示。
通過(guò)以上步驟獲得PE涂層附著力的值，用以評(píng)定涂層與基體的結(jié)合性能。
權(quán)利要求
1.厚涂層附著力檢測(cè)方法，其特征為鼓脹法，其檢測(cè)過(guò)程是，在模擬工況條件下，通過(guò)涂有涂層的檢測(cè)板基體上制作的孔，對(duì)涂層施加壓力，使涂層逐漸被鼓脹剝離下來(lái)，涂層鼓脹剝離的同時(shí)，測(cè)量記錄涂層施壓和涂層剝離半徑及寬度，或者通過(guò)數(shù)值擬合建立涂層剝離半徑及寬度——涂層中心鼓脹位移關(guān)系曲線，通過(guò)測(cè)量記錄涂層中心鼓脹位移間接測(cè)得涂層剝離半徑及寬度，然后按下列公式計(jì)算涂層附著力，即線剝離強(qiáng)度和面剝離強(qiáng)度線剝離強(qiáng)度σl=r2pMPa.mm]]>和面剝離強(qiáng)度σb=r2bpMPa]]>式中p-承壓筒內(nèi)壓強(qiáng)，MPa；r-剝離半徑，mm；b-剝離帶寬度，mm。
2.一種實(shí)施權(quán)利要求1檢測(cè)方法的厚涂層附著力檢測(cè)裝置，其特征為該裝置由施壓環(huán)境模擬箱、壓力測(cè)控儀表、涂層中心鼓脹位移測(cè)量?jī)x表、檢測(cè)板、待測(cè)涂層、溫度測(cè)控儀表和加壓系統(tǒng)構(gòu)成；檢測(cè)板上有檢測(cè)孔并覆蓋待測(cè)涂層；檢測(cè)板的材料及其待測(cè)涂層的材料與要被檢測(cè)涂層附著力件的基體材料和涂層材料相同；檢測(cè)孔開(kāi)設(shè)在檢測(cè)板的中心部位。
3.根據(jù)權(quán)利要求書2所述的厚涂層附著力檢測(cè)裝置，其特征為所述的加壓系統(tǒng)是由加壓泵、控制閥和箱體構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及厚涂層附著力檢測(cè)方法及檢測(cè)裝置。厚涂層檢測(cè)方法為在模擬工況條件下，通過(guò)涂有涂層的檢測(cè)板基體上制作的孔，對(duì)涂層施加壓力，使涂層被逐漸鼓脹剝離下來(lái)，涂層鼓脹剝離的同時(shí)，測(cè)量記錄涂層施壓和涂層剝離半徑及寬度，或者通過(guò)數(shù)值擬合建立涂層剝離半徑及寬度——涂層中心鼓脹位移關(guān)系曲線，通過(guò)測(cè)量記錄涂層中心鼓脹位移間接測(cè)得涂層剝離半徑及寬度，然后代入線剝離強(qiáng)度和面剝離強(qiáng)度計(jì)算公式計(jì)算涂層附著力。實(shí)施該方法的檢測(cè)裝置包括施壓環(huán)境模擬箱、壓力測(cè)控儀表、涂層中心鼓脹位移測(cè)量?jī)x表、檢測(cè)板、待測(cè)涂層、溫度測(cè)控儀表和加壓系統(tǒng)。裝置結(jié)構(gòu)合理，待測(cè)涂層設(shè)計(jì)符合涂層的真實(shí)受力條件和邊界條件，檢測(cè)范圍廣泛。
文檔編號(hào)G06F19/00GK1912576SQ200510044248
公開(kāi)日2007年2月14日 申請(qǐng)日期2005年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月12日
發(fā)明者王威強(qiáng), 趙永輝, 邊潔 申請(qǐng)人:山東大學(xué)