[发明专利]涂层界面弱结合强度测量方法及装置

说明书

所属领域

本发明涉及激光检测技术领域，特指基于激光诱导冲击波的涂层界面弱结合强度测量方法和装置。

技术背景

目前检测涂层界面结合强度的方法有很多（张永康，孔德军，冯爱新，鲁金忠，葛涛，涂层界面结合强度检测研究(Ⅱ):涂层结合界面应力检测系统，物理学报，2006,55（11）：6008-6009），如划痕试验法、激光层裂法、压痕试验法、界面压入法等，这些对弱结合强度的涂层并不适用，现有的一种检测方法就是透明胶粘贴是否脱落，这种方法不能做到定量的测量。对于只有一个大气压左右的弱结合强度涂层，在真空中表现为较大的结合强度，一个潜在的应用就是在太空中作为一种安全装置，当外界作用强度超过阈值时，使其脱落来保证人员生命和设备的安全。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是通过提供基于激光诱导冲击波的涂层界面弱结合强度测量方法和装置，对涂层界面弱结合强度进行定量的测量。

基于激光诱导冲击波的涂层界面弱结合强度测量方法，其特征是，具体步骤如下：

1）开启激光器，发射出激光束经凸透镜聚焦后，在凸透镜焦点处对空气进行烧蚀，形成激光诱导冲击波面向测量对象传播。

2）激光诱导冲击波与测量对象相互作用结束后，在测量对象上形成圆形区域，凸透镜焦点与测量对象所在平面的垂足即为该圆形区域的圆心，测量圆形区域的直径为                                                ，结合凸透镜焦点与测量对象所在平面的垂直距离，即凸透镜焦点与圆形区域圆心的距离，获得凸透镜焦点到圆形区域边界的距离。

3）使用分光镜、光电二极管、声发射传感器和示波器来获得激光诱导冲击波从凸透镜焦点处传播到距离处的时间，进一步获得激光诱导冲击波传播的速度，结合公式获得激光诱导冲击波在距离处的压强，以此压强来表征测量对象界面的弱结合强度，式中空气的绝热指数，常温下声速，为一个标准大气压。

基于激光诱导冲击波的涂层界面弱结合强度测量方法的原理是：激光束经过凸透镜聚焦对空气进行烧蚀，形成激光诱导冲击波，该激光诱导冲击波在空气中传播是一个衰减过程，即激光诱导冲击波压强不断的降低。当激光诱导冲击波传播距离小于时，激光诱导冲击波强度大于涂层界面结合强度，使涂层脱离基体；当激光诱导冲击波传播距离大于时，激光诱导冲击波强度小于涂层界面结合强度，涂层保留在基体上；当激光诱导冲击波传播距离等于时，此时处于临界状态，激光诱导冲击波强度等于涂层界面结合强度。

基于激光诱导冲击波的涂层界面弱结合强度测量装置，包含激光器、分光镜、凸透镜、光电二极管、声发射传感器、示波器、信号线和测量对象；在激光器输出光路上依次放置分光镜、凸透镜，所述分光镜于激光器输出光路夹角为45度；在所述分光镜反射的触发光路上放置光电二极管，所述光电二极管的接收口正对分光镜并与激光器输出光路垂直，所述光电二极管和分光镜的距离等于分光镜和凸透镜焦点的距离，所述光电二极管通过信号线连接示波器；所述声发射传感器和凸透镜焦点距离等于，所述声发射传感器通过信号线连接示波器。

涂层界面弱结合强度测量装置中，激光器脉宽10ns，输出频率为1HZ-5HZ；凸透镜焦距为3cm-5cm；声发射传感器谐振频率为150KHZ。

本装置的使用方法如下：开启激光器，发射激光束通过凸透镜聚焦后，在凸透镜焦点处对空气进行烧蚀，形成激光诱导冲击波，面向测量对象传播；激光诱导冲击波与测量对象作用后，在测量对象上形成圆形区域，测量圆形区域直径为，结合凸透镜焦点与测量对象所在平面的垂直距离（即凸透镜焦点与圆形区域圆心的距离），获得凸透镜焦点和圆形区域边界的距离；开启示波器，将声发射传感器移至距离凸透镜焦点处；开启激光器，发射相同能量的激光束对凸透镜焦点处空气进行烧蚀，从示波器上读出光电二极管信号与声发射传感器信号的时间差，该时间差即为激光诱导冲击波从凸透镜焦点处传播到距离处的时间。

本发明的有益效果如下：

（1）本发明能够实现涂层界面弱结合强度定量的测量。

（2）本发明所用装置结构简单，体积小，很容易的布置在测量对象周围，且装卸方便。

附图说明

图1是基于激光诱导冲击波的涂层界面弱结合强度测量装置简图。

图2是电路板-二氧化硅实施例中示波器采集的信号。

图中，10-测量对象，11-圆形区域，20-激光器，21-分光镜，22-凸透镜，23-焦点，24-光电二极管，25-声发射传感器，26-示波器。