CN115290429A - 一种新型涂层力学性能的检测装置及其检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种新型涂层力学性能的检测装置及其检测方法，该装置与拉伸试验机配合使用，该装置包括配合使用的两试件，每个试件均包括基体段，所述基体段设有使用端面，使用时，两基体段的使用端面相对接触使两基体段共中心线设置，且两基体段接触构成外壁平滑的试验基体，所述试验基体***用于均匀附着待测试涂层。本发明通过简单的结构，同时改变了涂层在试件上的附着位置，进而测得纯涂层的拉伸强度，这种方法检测的涂层为层状断裂，这种检测方法比较符合耐磨涂层的实际工况，填补了涂层只能进行结合强度测试的缺陷，使涂层力学性能的检测更加完善。

Description

一种新型涂层力学性能的检测装置及其检测方法
技术领域
本发明涉及涂层力学性能测试技术领域，尤其涉及一种新型涂层力学性能的检测方法。
背景技术
涂层的力学性能通常是指涂层的结合强度，涂层结合强度包括涂层颗粒之间的内聚强度(涂层自身结合强度)和涂层与基体材料之间的结合强度(附着力)，一般来说涂层自身结合强度大于涂层与基体的结合强度。
根据国家标准GB/T 8642-2002《热喷涂抗拉结合强度的测定》，涂层结合强度的拉伸检测方法原理示意图如图12所示，其由上、下两个加载块和一个带有涂层的基体圆片所组成，圆片与两个加载块通过环氧树脂粘结在一起。将装有夹持件的试样***拉伸试验机的夹钳中,以恒速平稳地进行加载,直到发生断裂,加载速度不超过1000N/s±100N/s。
涂层结合强度的检测一般都为垂直于涂层表面方向施加力对涂层的力学性能的检测，该种方式涂层的裂缝方向基本是平行涂层结构的，即涂层为层间断裂。
而在实际使用过程中，涂层在摩擦磨损等实际工况时一般受到的都是平行于涂层表面方向的拉力，想要测试涂层的拉伸强度，就需要施加平行于涂层表面的的力对涂层的力学性能进行检测使涂层发生层状断裂。
为解决上述问题，现有技术中记载有用于施加平行于涂层表面进行力学性能测试的装置与方法，例如专利申请号为CN202010762583.7、专利名称为涂层剪切强度的测试装置、测试方法及测试***的专利，该专利中记载有：将涂层设置在两错位设置的两试板之间，并在其中一个试板上附着粘接层，在粘接层与另个试板之间设置待检测的涂层，然后利用拉伸试验机将两试板进行平行拉伸，以测定涂层的剪切强度。
在对涂层性能测试过程中，虽然上述专利中的两个试板的移动方向是平行涂层表面进行拉伸，但是，该种方法得到的涂层的裂缝结构与现有的国家标准中提供的测试方法得到的裂缝结构基本类似，均为层间断裂，并不能得到涂层的拉伸强度。因此，现有必要提供一种能对涂层的拉伸强度进行测试的检测装置与检测方法。
发明内容
针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种新型涂层力学性能的检测装置及其检测方法，解决了现有技术中的测试装置与测试方法不能测定纯涂层的拉伸强度的问题。
根据本发明的实施例，提供了一种新型涂层力学性能的检测装置，与拉伸试验机配合使用，该检测装置包括配合使用的两试件，
每个试件均包括基体段，所述基体段设有使用端面，
使用时，两基体段的使用端面相对接触使两基体段共中心线设置，且两基体段接触构成外壁平滑的试验基体，所述试验基体***用于均匀附着待测试涂层。
进一步，所述试件呈直杆结构，所述使用端面为试件的其中一个端面，且所述使用端面为垂直试件长度方向的平面。
进一步，两所述试件设有配合使用的连接杆，
使用时，所述连接杆使两试件固定，使两基体段的使用端面相对接触用于附着待测试涂层。
进一步，所述试件为中空管状结构，所述连接杆贯穿两试件将两试件固定。
进一步，两试件分别设有配合使用的遮挡部，
使用时，所述遮挡部与试件固定，且所述连接杆连接两试件后，两遮挡部之间的部分为试件基体。
进一步，还包括两夹具，
每个所述夹具包括连接部与固定部，所述固定部设有螺纹孔，所述试件上设有与螺纹孔螺纹配合使用的第一螺纹段。
进一步，所述连接部上设有与螺纹孔开口方向相反设置的连接螺孔，所述连接螺孔内设有螺纹连接且与基体段共中心线设置的连接螺杆。
还包括一种新型涂层力学性能的检测方法，包括如下步骤：
(1)准备两试件；
(2)将试件的两使用端面相对接触，使两基体段接触构成外壁平滑的试验基体；
(3)在试验基体***均匀覆盖待测试涂层；
(4)将负载有涂层的两试件分别通过两夹具固定在拉伸试验机上；
(5)启动拉伸试验机，通过所述拉伸试验机对两试件施加拉伸载荷，测得涂层的拉伸强度。
相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：
本发明提供了一种检测装置，该检测装置将现有的一体结构的基体或试件(位于涂层同侧的基体)设置成了分体结构，通过配合使用的两基体段就能组成用于附着涂层的试验基体，将待测试的涂层沿试验基体的***均匀喷涂；
测试时，将两试件分别通过夹具与拉伸试验机固定，则拉伸试验机工作时施加的力则是平常涂层表面的外力，而由于两基体段是接触设置但不固定，则两试件在拉伸试验机的作用下将带动两基体段分离，进而使得附着在试件基体外的涂层将产生垂直涂层方向的裂缝，这种断裂方式为层状断裂，而使涂层沿垂直其层状结构方向断裂的力即为纯涂层的拉伸力，进而测得纯涂层的拉伸强度；
本发明通过简单的结构，同时改变了涂层在试件上的附着位置，进而测得纯涂层的拉伸强度，这种方法检测的涂层为层状断裂，这种检测方法比较符合耐磨涂层的实际工况，填补了涂层只能进行结合强度测试的缺陷，使涂层力学性能的检测更加完善。
附图说明
图1为本发明检测装置的结构主视图；
图2为本发明检测装置的结构示意图；
图3为本发明实施例1中夹具与试件连接***图；
图4为本发明实施例1中连接杆、两试件与两遮挡部配合***图；
图5为本发明实施例1中连接杆、两试件与两遮挡部配合示意图；
图6为本发明实施例2中连接杆与试件垂直其长度方向的示意图；
图7为本发明实施例1中其他结构的试件示意图；
图8为本发明中涂层层状断裂的原理图；
图9为现有技术中涂层层间断裂的原理图；
图10为本发明实施例3中高熵涂层测试的拉伸断口形貌；
图11为本发明实施例3中高熵涂层测试时的涂层应力和伸长量的曲线图；
图12为国标GB/T 8642-2002《热喷涂抗拉结合强度的测定》中记载的测试原理图。
图示：1、试件；11、基体段；12、试验基体；13、使用端面；14、第一螺纹段；2、涂层；3、夹具；31、连接部；32、固定部；33、连接螺杆；34、螺纹孔；35、连接螺孔；4、连接杆；41、螺栓；5、遮挡部；42、滑动凸起；15、滑动通槽。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明中的技术方案进一步说明。
实施例1
如图1、2所示，一种新型涂层力学性能的检测装置，与拉伸试验机(拉力试验机)配合使用，为方便待测试涂层2能在拉伸试验机的作用下发生层状断裂，本检测装置主要包括配合使用的两试件1，试件1的形状可根据需求进行设置，只需确保在每个试件1均包括一个基体段11，且该基体段11上设有使用端面13，则在喷涂待测试涂层2之间，能使两基体段11的使用端面13相对接触使两基体段11共中心线设置，且两基体段11接触构成外壁平滑的试验基体12即可。将待测试的涂层2均匀喷涂附着在试验基体12的外壁即可。测试时，拉动两试件1就能产生平行涂层2表面的力，同时由于两试件1是分体结构，则两使用端面13分离将使涂层2发生层状断裂，进而测得涂层2的拉伸强度。
为方便对试件1进行加工，本发明设置的试件1呈直杆结构，当然，试件1也可包括但不限于图7所示的多种外形。而本实施例中的杆状结构的试件1的横截面可为矩形、六边形、八边形等多边形，为便于涂层2喷涂在基体段11上的连续性，本实施例中的试件1呈圆柱状；为便于两使用端面13相接触，所述使用端面13为试件1的其中一个端面，且所述使用端面13为垂直试件1长度方向的平面。
如图4、5所示，为便于两使用端面13接触时两试件1的定位，两所述试件1设有配合使用的连接杆4。为方便连接杆4对两试件1的固定，所述试件1为中空管状结构，连接杆4上靠近其两端分别设有连接螺纹，连接螺纹设有配合使用的螺栓41，螺栓41的外径大于管状的时间的内径。则使用时，将连接杆4其中一端的螺栓41与连接螺纹分离，然后将连接杆4贯穿两试件1使两使用端面13接触，再利用两螺栓41将两试件1与连接杆4三者连接固定。然后将待测试的涂层2沿试件1基体的***均匀附着，待涂层2喷涂完成后，将连接杆4与两试件1分离。
如图4、5所示，为使不同测试过程中，待测试的涂层2都能喷涂至两试件1上的固定位置，两试件1分别设有配合使用的遮挡部5，使用时，所述遮挡部5与试件1固定，且所述连接杆4连接两试件1后，两遮挡部5之间的部分为试件1基体。由于本实施例中的试件1与夹具3连接时是通过螺纹连接，基于试件1的结构，该遮挡部5呈套设在试件1外的中空结构，且在遮挡部5的内腔设有与试件1的第一螺纹段14螺纹连接的第二螺纹段，通过第一螺纹段14与第二螺纹段(螺纹套结构)的配合，能限定位于两遮挡部5之间试件1的裸露部分，即为本实施的试验基体12。通过遮挡部5的限定能使不同测试过程中涂层2的喷涂位置一致，减少测试误差。
如图2、3所示，附着了待测试的涂层2的两试件1需要装设在拉伸试验机上，为便于两试件1与拉伸试验机的拆装与微调，每个试件1远离另一试件1的一端还连接有夹具3，所述夹具3包括连接部31与固定部32，所述固定部32设有螺纹孔34，所述试件1上设有与螺纹孔34螺纹配合使用的第一螺纹段14。所述连接部31上设有与螺纹孔34开口方向相反设置的连接螺孔35，所述连接螺孔35内设有螺纹连接且与基体段11共中心线设置的连接螺杆33。使用时，将两夹具3分别与试件1旋合连接，然后将装有试件1的夹具3(主要是两连接螺杆33)分别与拉伸试验机的两个机头固定，再启动拉伸试验机进行涂层2的拉伸强度测试即可。
实施例2
如图6所示，为便于连接杆4与两试件1的定位，本实施例中将连接杆4呈圆杆结构，在连接杆4的***设置至少一个滑动凸起42，滑动凸起42呈沿连接杆4长度方向设置的条形结构，试件1的通腔结构为尺寸与连接杆4尺寸匹配的柱状通腔，并且在每个试件1的内壁设有与滑动凸起42滑动连接的滑动通槽15，使用时，两试件1的一端相对(使用端面13)，且滑动通槽15相通，连接杆4上的滑动凸起42位于两滑动通槽15内。通过滑动凸起42与滑动通槽15的配合，能时连接杆4用于固定试件1时不会发生转动松动，确保涂层2喷涂过程中的连续性，能减少测试误差。
实施例3
基于实施例1中记载的检测装置，本实施例还提供了一种新型涂层2力学性能的检测方法，包括如下步骤：
(1)准备两试件1；
(2)将试件1的两使用端面13相对接触，使两基体段11接触构成外壁平滑的试验基体12；
(3)在试验基体12***均匀覆盖待测试涂层2；
(4)将负载有涂层2的两试件1分别通过夹具3固定在拉伸试验机上；
(5)启动拉伸试验机，通过所述拉伸试验机对两试件1施加拉伸载荷，测得涂层2的拉伸强度。
测试时，采用等离子喷涂方法在试验基体12外壁喷涂高熵涂层2(AlCoCrFeNi)，然后将喷涂有涂层2的试件1通过夹具3安装在拉伸试验机上，通过拉伸试验机对涂层2进行拉伸测试。
如图10所示，为涂层2拉伸断口形貌图，可以看出涂层2全部为层状断裂，涂层2中有一些孔洞，未融颗粒几乎没有，涂层2质量较好，证明通过本方法对涂层2拉伸产生的断裂为层状断裂，即是该断裂方向是垂直涂层2表面的。
通过图8、9所示，可以明显看出本发明在涂层2与两基体段11的位置关系如图8中(a)所示，在通过测试后，涂层2的裂缝的直观状态如图8中的(b)所示，通过图10中的微观表面也能得到，因此本发明的检测方法对涂层2拉伸产生的是层状断裂，即是垂直涂层2表面方向产生裂口，进而论证本发明是针对涂层2的拉伸强度进行了测试。而通过图9中(c)、(d)的记载可以看出，现有技术与国家标准对涂层2进行测试过程中多为测试涂层2的结合强度，涂层2的断裂方式为层间断裂，与本发明的断裂方式完全不同，说明通过本发明提供的检测方法可得到涂层2的拉伸强度。
如图11所示，在测试过程中对高熵涂层2的应力和伸长量制图，可以看出涂层2的能承受的最大拉应力为3400N,经过计算得到涂层2的抗拉强度为149.029MPa，涂层2强度较高，说明涂层2十分致密，质量良好。
综上，本发明通过简单的结构，同时改变了涂层2在试件1上的附着位置，进而测得纯涂层2的拉伸强度，这种方法检测的涂层2为层状断裂，这种检测方法比较符合耐磨涂层2的实际工况，填补了涂层2只能进行结合强度测试的缺陷，使涂层2力学性能的检测更加完善。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种新型涂层力学性能的检测装置，与拉伸试验机配合使用，其特征在于：包括配合使用的两试件，
每个试件均包括基体段，所述基体段设有使用端面，
使用时，两基体段的使用端面相对接触使两基体段共中心线设置，且两基体段接触构成外壁平滑的试验基体，所述试验基体***用于均匀附着待测试涂层。
2.如权利要求1所述的一种新型涂层力学性能的检测装置，其特征在于：所述试件呈直杆结构，所述使用端面为试件的其中一个端面，且所述使用端面为垂直试件长度方向的平面。
3.如权利要求2所述的一种新型涂层力学性能的检测装置，其特征在于：两所述试件设有配合使用的连接杆，
使用时，所述连接杆使两试件固定，使两基体段的使用端面相对接触用于附着待测试涂层。
4.如权利要求3所述的一种新型涂层力学性能的检测装置，其特征在于：所述试件为中空管状结构，所述连接杆贯穿两试件将两试件固定。
5.如权利要求4所述的一种新型涂层力学性能的检测装置，其特征在于：两试件分别设有配合使用的遮挡部，
使用时，所述遮挡部与试件固定，且所述连接杆连接两试件后，两遮挡部之间的部分为试件基体。
6.如权利要求1所述的一种新型涂层力学性能的检测装置，其特征在于：还包括两夹具，
每个所述夹具包括连接部与固定部，所述固定部设有螺纹孔，所述试件上设有与螺纹孔螺纹配合使用的第一螺纹段。
7.如权利要求6所述的一种新型涂层力学性能的检测装置，其特征在于：所述连接部上设有与螺纹孔开口方向相反设置的连接螺孔，所述连接螺孔内设有螺纹连接且与基体段共中心线设置的连接螺杆。
8.一种基于权利要求1所述的一种新型涂层力学性能的检测装置的检测方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)准备两试件；
(2)将试件的两使用端面相对接触，使两基体段接触构成外壁平滑的试验基体；
(3)在试验基体***均匀覆盖待测试涂层；
(4)将负载有涂层的两试件分别通过两夹具固定在拉伸试验机上；
(5)启动拉伸试验机，通过所述拉伸试验机对两试件施加拉伸载荷，测得涂层的拉伸强度。
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