[发明专利]涂层/基体复合材料界面结合强度测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种涂层/基体复合材料界面结合强度测量装置及方法，其装置包括试验机、数据采集与控制系统和试样装夹机构，试验机包括机架、移动横梁、丝杠和动力机构，动力机构包括电机、带轮轴座、同步带轴、第一同步带轮、第二同步带轮、第三同步带轮、第四同步带轮、第一同步带和第二同步带；试样装夹机构包括刻度盘、上辊、基体夹持器、涂层夹持器、称重传感器、下辊、第一位移传感器和第二位移传感器；数据采集与控制系统包括计算机、数据采集卡和电机驱动卡；其方法包括步骤：一、被测试样的安装；二、给被测试样施加压力并进行数据采集；三、数据分析处理。本发明实现了对涂层/基体复合材料界面结合强度的量化测量，推广应用价值高。

技术领域

本发明属于复合材料界面结合强度测量技术领域，具体涉及一种涂层/基体复合材料界面结合强度测量装置及方法。

背景技术

涂层/基体复合材料被广泛的应用于许多领域，在基体的表面涂上一层涂层后不仅可以保护基体，还可以增强材料的耐磨性、耐蚀性和表面硬度。涂层和基体材料之间结合层的剥离、开裂等是这种复合材料的主要失效形式，所以界面结合强度是表征复合材料质量的一个重要指标。由于涂层/基体复合材料体系的多样性与复杂性，至今还没有形成适合于测量这类材料的界面结合强度的标准方法。目前，常用来测量涂层/基体复合材料的界面结合强度的方法有：拉伸法、剪切法和划痕法等。

拉伸法的好处在于能够较准确地和定量化地测出涂层/基体复合材料的界面结合强度，但是所测的结合强度值有一定的限制，通常要小于90MPa，因为这种方法需要用到粘结剂，且要求涂层/基体复合材料的界面结合强度必须要小于粘结剂的粘结强度。

剪切法常用于测量涂层较厚的复合材料的界面结合强度，凸出的涂层在载荷的作用下被剪切掉。但是这种方法不足之处在于靠近涂层自由边界的界面处存在应力集中，为了减少应力集中，可在试样上预制出凹槽以减小应力集中，预制出凹槽又增加了测量过程的复杂性。

划痕法是一种半定量的测量方法，仅仅适合于测量硬质薄膜涂层/基体复合材料的界面结合强度，该方法是用一个金刚石类硬质材料针，立在涂层表面，反复划擦涂层表面，通过划伤的涂层来测量涂层/基体复合材料的界面结合强度，该方法虽然操作方便，但尚缺少科学的理论依据，受随机因素的影响较大，而且仅仅适用于涂层厚度小于50μm的复合材料。

除了以上介绍的这些测量或评价涂层/基体界面结合强度的方法外，还有压入法、胶带法和激光层裂法等。但是这些方法都存在一定的局限性，比如操作过程复杂，所用的试验设备昂贵，试样的制备困难，所测得的结果仅能够定性地判断结合强度，适用范围有局限性等等。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构简单、设计新颖合理、实现了对涂层/基体复合材料界面结合强度的量化测量、测量结果一目了然、实用性强、使用效果好、推广应用价值高的涂层/基体复合材料界面结合强度测量装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种涂层/基体复合材料界面结合强度测量装置，其特征在于：包括试验机和数据采集与控制系统，以及安装在试验机上且用于夹装被测试样的试样装夹机构；所述被测试样由基体和设置在基体底部的涂层构成，所述涂层的宽度与基体的宽度相等，所述涂层的长度小于基体的长度；

所述试验机包括门框形的机架、设置在机架上的移动横梁和设置在机架底部的动力箱，所述动力箱内设置有用于带动移动横梁上下移动的动力机构；所述机架的左右两侧立柱内均安装有丝杠，两根所述丝杠上均安装有丝杠螺母，所述移动横梁的两端分别与两个所述丝杠螺母固定连接；所述动力机构包括安装在动力箱内的电机和带轮轴座，所述带轮轴座上转动连接有分别穿出到带轮轴座上下两端外部的同步带轴，所述电机的输出轴上固定连接有第一同步带轮，所述同步带轴的上端固定连接有第二同步带轮，所述同步带轴的下端固定连接有第三同步带轮，两根所述丝杠的下部均固定连接有第四同步带轮，两个第四同步带轮对称设置，所述第一同步带轮和第二同步带轮上跨接有第一同步带，所述第三同步带轮和两个第四同步带轮上跨接有第二同步带；