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一種金屬表面熱噴涂層結(jié)合強度測試裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種金屬表面熱噴涂層結(jié)合強度測試裝置，用于高結(jié)合強度(>80MPa)涂層結(jié)合強度測試。由對中組件和測試試樣組成；對中組件分為上、下兩部分，分別由上拉桿、上對中套筒和下拉桿和下對中套筒組成，上下拉桿與上下對中套筒的配合面為球面，在拉伸力的作用下實現(xiàn)360°對中微調(diào)；測試試樣由加載塊、涂層、支撐塊、壓片、基體圓錐柱銷組成，支撐塊中心存在一個貫穿錐孔，錐度為15°～30°，與基體圓錐柱銷的錐度相同，基體圓錐柱銷穿過支撐塊的錐孔，并在另一側(cè)支撐塊與基體圓錐柱銷的端面在同一平面內(nèi)，加載塊和壓片存在兩個圓形通孔，可采用螺栓分別與支撐塊的兩個螺紋通孔實現(xiàn)連接。本發(fā)明具有測試原理簡單、操作簡單靈活、結(jié)果準確度高等特點。
【專利說明】一種金屬表面熱噴涂層結(jié)合強度測試裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于涂層結(jié)合強度測試【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種金屬表面熱噴涂層結(jié)合強度測試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]熱噴涂是一種重要的表面工程技術(shù)，是提高材料表面性能的重要手段，通過熱噴涂技術(shù)可以制備防腐、耐磨、隔熱、導電、絕緣、密封等功能涂層，已廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車工業(yè)、信息技術(shù)、光學工程等制造業(yè)和再制造行業(yè)。為了使涂層具備更好的強化和修復(fù)作用，要求涂層與基體具有足夠高的結(jié)合強度，以避免涂層在極端服役環(huán)境中發(fā)生脫落。目前采用爆炸噴涂、超音速火焰噴涂等技術(shù)可制備結(jié)合強度大于SOMPa的涂層，滿足更苛刻條件下應(yīng)用，因此在越來越多的【技術(shù)領(lǐng)域】得到應(yīng)用。
[0003]目前，針對熱噴涂涂層與基體結(jié)合強度的測試方法為對偶拉伸法，如標準GB/T8642-2002規(guī)定的(如圖1所示)，在端面面積為A的基體試樣表面制備涂層，再用環(huán)氧樹脂膠將基體試樣粘接在兩個拉頭之間，使用萬能拉伸實驗機對粘接好的試樣進行拉伸，測得涂層從基體脫落時的最大拉力F，則涂層結(jié)合強度P = F/Α。該測試方法可以重復(fù)使用，效率高，成本低。但環(huán)氧樹脂膠存在粘接強度上限，一般不超過80MPa。因此，當涂層結(jié)合強度超過環(huán)氧樹脂膠的結(jié)合強度時，采用此方法將不能測出涂層與基體的結(jié)合強度。也就是說，不適于采用該種方法測量爆炸噴涂、超音速火焰噴涂涂層的結(jié)合強度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種可測試金屬表面熱噴涂層結(jié)合強度的方法和裝置，該裝置可解決高結(jié)合強度(>80MPa)涂層的結(jié)合強度難于測量問題。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:提供一種金屬表面熱噴涂層結(jié)合強度測試裝置，其特征在于，裝置由對中組件和測試試樣組成。對中組件分為上、下兩部分，分別由上拉桿1、上對中套筒2和下拉桿9和下對中套筒8組成，上下拉桿與上下對中套筒的配合面為球面，在拉伸力的作用下可自動實現(xiàn)360°對中微調(diào)；測試試樣由加載塊3、涂層
4、支撐塊5、壓片6、基體圓錐柱銷7組成，支撐塊5中心存在一個貫穿錐孔，錐度為15°?30°，與基體圓錐柱銷7的錐度相同，基體圓錐柱銷7可穿過支撐塊5的錐孔，并在另一側(cè)支撐塊5與基體圓錐柱銷7的端面在同一平面內(nèi)，加載塊3和壓片6存在兩個圓形通孔，可采用螺栓分別與支撐塊5的兩個螺紋通孔實現(xiàn)連接。
[0006]一種使用上述裝置測量高結(jié)合強度涂層的結(jié)合強度，其特征在于:
[0007](I)按測試目的選擇基體材料加工制作基體圓錐柱銷7，將基體圓錐柱銷7插入支撐塊5的圓錐孔中，用壓片6和螺栓將基體圓錐柱銷7和支撐塊5壓緊后連接；
[0008](2)將上述連接裝置置于車床或磨床上進行機加工，使基體圓錐柱銷7和支撐塊5的端面在同一平面上；
[0009](3)將經(jīng)過機加工的裝置端面進行噴砂處理后，利用熱噴涂設(shè)備在圓錐柱銷7和支撐塊5的端面制備熱噴涂層4，在涂層制備過程中對支撐塊5上的螺紋孔進行保護；
[0010](4)將制備涂層后的測試試樣的壓片6卸下，基體圓錐柱銷7與涂層4存在結(jié)合面位置保持不變，采用螺栓將加載塊3與支撐塊5連接；
[0011](5)將連接裝置裝入對中組件中，利用萬能拉伸實驗機對該裝置進行拉伸，測得基體圓錐柱銷7與涂層4脫落時的最大拉伸力F ；
[0012](6)在顯微鏡下精確測試基體圓錐柱銷7錐臺的直徑，并計算錐臺面積S ；
[0013](7)計算涂層結(jié)合強度P = F/A。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0015](I)本發(fā)明測試裝置不采用環(huán)氧樹脂膠，涂層結(jié)合強度的測試范圍不受環(huán)氧樹脂膠粘接強度的限制，可用于高結(jié)合強度(>80MPa)涂層結(jié)合強度的測量；
[0016](2)本發(fā)明測試原理簡單，可操作性強，不需要復(fù)雜計算既可得到涂層結(jié)合強度的準確值；
[0017](3)本發(fā)明測試試樣結(jié)構(gòu)簡單，采用全錐面配合，可消除拉伸過程中摩擦力對測試精確度的不良影響，提高測量結(jié)果的準確性；
[0018](4)本發(fā)明裝置配置了對中組件，其中上、下拉桿與上、下對中套筒的配合面分別為球面配合，在拉伸力的作用下可自動實現(xiàn)360°對中微調(diào)，有效消除剪切力對測試結(jié)果的影響，進一步提高了測試結(jié)果的準確性；
[0019](5)本發(fā)明可根據(jù)測試目的調(diào)整基體圓錐柱銷的材料種類，用于測試不同材質(zhì)基體與涂層的結(jié)合強度，操作簡單；
[0020](6)本發(fā)明試樣可重復(fù)使用，重復(fù)使用時只需利用機械加工的方法將支撐塊5與基體圓錐柱銷7的端面的涂層車削掉，使基體圓錐柱銷7的端面露出并與支撐塊5端面相平。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是現(xiàn)有對偶拉伸試樣的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2是本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0023]本發(fā)明的測試過程是:
[0024](I)按測試目的選擇基體材料加工制作基體圓錐柱銷7，將基體圓錐柱銷7插入支撐塊5的圓錐孔中，用壓片6和螺栓將基體圓錐柱銷7和支撐塊5壓緊后連接；
[0025](2)將上述連接裝置置于車床或磨床上進行機加工，使基體圓錐柱銷7和支撐塊5的端面在同一平面上；
[0026](3)將經(jīng)過機加工的裝置端面進行噴砂處理后，利用熱噴涂設(shè)備在圓錐柱銷7和支撐塊5的端面制備熱噴涂層4，在涂層制備過程中對支撐塊5上的螺紋孔進行保護；
[0027](4)將制備涂層后的測試試樣的壓片6卸下，基體圓錐柱銷7與涂層4存在結(jié)合面位置保持不變，采用螺栓將加載塊3與支撐塊5連接；
[0028](5)將連接裝置裝入對中組件中，利用萬能拉伸實驗機對該裝置進行拉伸，測得基體圓錐柱銷7與涂層4脫落時的最大拉伸力F ；[0029](6)在顯微鏡下精確測試基體圓錐柱銷7錐臺的直徑，并計算錐臺面積S ；
[0030](7)計算涂層結(jié)合強度P = F/A。
[0031]支撐塊5直徑25.4mm，高度12mm，錐孔角度18°，上錐孔直徑1.5mm，下錐孔直徑9.3mm;基體圓錐柱銷7錐臺高度14臟，錐臺角度18°，上錐臺面直徑1.5mm(實測值)；基體圓錐柱銷材料為ZM5鎂合金，涂層材料為Al-Si合金涂層，涂層厚度0.5mm?；谏鲜鰠?shù)在相同條件下采用超音速噴涂技術(shù)制備5件試樣，在萬能拉伸實驗機上進行實驗，涂層全部隨支撐塊5與基體圓錐柱銷7脫離，測得涂層的結(jié)合強度分別為105.6MPa、109.5MPa、101.4MPa、lll.6MPa、104.9MPa，涂層結(jié)合強度平均值為106.6，其強度遠高于環(huán)氧樹脂膠的最大粘接強度，測試結(jié)果標準差為3.6，遠低于文獻中報道的膠粘拉伸法測試誤差。
【權(quán)利要求】
1.一種金屬表面熱噴涂層結(jié)合強度測試裝置，其特征在于: 由對中組件和測試試樣組成；對中組件分為上、下兩部分，分別由上拉桿、上對中套筒和下拉桿和下對中套筒組成，上下拉桿與上下對中套筒的配合面為球面，在拉伸力的作用下實現(xiàn)360°對中微調(diào)；測試試樣由加載塊、涂層、支撐塊、壓片、基體圓錐柱銷組成，支撐塊中心存在一個貫穿錐孔，錐度為15°?30°，與基體圓錐柱銷的錐度相同，基體圓錐柱銷穿過支撐塊的錐孔，并在另一側(cè)支撐塊與基體圓錐柱銷的端面在同一平面內(nèi)，加載塊和壓片存在兩個圓形通孔，可采用螺栓分別與支撐塊的兩個螺紋通孔實現(xiàn)連接。
2.應(yīng)用如權(quán)利要求1所述一種金屬表面熱噴涂層結(jié)合強度測試裝置的方法，其特征在于: (1)按測試目的選擇基體材料加工制作基體圓錐柱銷，將基體圓錐柱銷插入支撐塊的圓錐孔中，用壓片和螺栓將基體圓錐柱銷和支撐塊壓緊后連接； (2)將上述連接裝置置于車床或磨床上進行機加工，使基體圓錐柱銷和支撐塊的端面在同一平面上； (3)將經(jīng)過機加工的裝置端面進行噴砂處理后，利用熱噴涂設(shè)備在圓錐柱銷和支撐塊的端面制備熱噴涂層，在涂層制備過程中對支撐塊上的螺紋孔進行保護； (4)將制備涂層后的測試試樣的壓片卸下，基體圓錐柱銷與涂層存在結(jié)合面位置保持不變，采用螺栓將加載塊與支撐塊連接； (5)將連接裝置裝入對中組件中，利用萬能拉伸實驗機測試涂層結(jié)合強度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述方法，其特征在于，重復(fù)使用時只需利用機械加工的方法將支撐塊與基體圓錐柱銷的端面的涂層車削掉，使基體圓錐柱銷的端面露出并與支撐塊端面相平。
【文檔編號】G01N19/04GK104007065SQ201410251414
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月7日
【發(fā)明者】朱勝, 韓國峰, 王曉明, 姚巨坤, 劉玉項, 王之千, 周超極 申請人:中國人民解放軍裝甲兵工程學院