[发明专利]测量涂层断裂韧性的方法和装置

权利要求书

1.一种测量涂层断裂韧性的方法，其特征在于，所述方法包括：

准备至少两个彼此相同的基底，并将至少一个基底用作无涂层的标准试样；

在其余基底上形成待测涂层以获得待测试样；

以相同的预定拉伸速率对标准试样和待测试样执行相同的拉伸加载以获得与标准试样对应的第一载荷位移曲线和与待测试样对应的第二载荷位移曲线；

基于第一载荷位移曲线和第二载荷位移曲线获得所述待测涂层的断裂能量；以及

基于断裂能量计算所述待测涂层的断裂韧性，

其中，选择所述基底的材料，使得所述待测涂层的断裂韧性小于所述基底的断裂韧性。

2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：

测量所述待测涂层的杨氏模量；以及

测量拉伸后的待测试样的裂纹属性。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述裂纹属性包括裂纹数量、裂纹深度和裂纹长度，

在所述基于断裂能量计算所述待测涂层的断裂韧性的步骤中，根据下式计算所述断裂韧性：

其中，K_Ic为所述待测涂层的断裂韧性，ΔU为所述断裂能量、E为所述杨氏模量、n为裂纹数量、h为裂纹深度、c为裂纹长度。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基底为钛合金、弹簧钢、马氏体钢以及它们的合金中的至少一种，所述待测涂层为脆性涂层。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述基底为Ti6Al4V、65Mn、TRIP钢以及它们的合金中的至少一种，所述待测涂层为TiN涂层、CrN涂层、TiAlN涂层和Ni-P涂层中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基于第一载荷位移曲线和第二载荷位移曲线获得所述待测涂层的断裂能量的方法包括：通过所述第一载荷位移曲线和所述第二载荷位移曲线计算面积差，并对所述面积差进行积分来获得所述断裂能量。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述标准试样和所述待测试样的终止应变大于所述待测涂层的开裂应变。

8.根据权利要求2所述的方法，其中，通过纳米压痕方法测量所述待测涂层的杨氏模量。

9.根据权利要求2所述的方法，其中，所述测量拉伸后的待测试样的裂纹属性的步骤包括：

通过声发射法或扫描电镜来测量裂纹数量；

将所述待测涂层的厚度选作裂纹深度或者通过扫描电镜拍摄所述拉伸后的待测试样的剖面或侧面来测量裂纹深度；以及

将所述待测涂层的宽度选作裂纹长度或者通过扫描电镜拍摄所述拉伸后的待测试样的表面来测量裂纹长度。

10.一种测量涂层断裂韧性的装置，其特征在于，所述装置包括：

试样准备单元，将至少两个彼此相同的基底中的至少一个基底选作无涂层的标准试样，并在其余基底上形成待测涂层以获得待测试样；

拉伸单元，以相同的预定拉伸速率对标准试样和待测试样执行相同的拉伸加载以获得与标准试样对应的第一载荷位移曲线和与待测试样对应的第二载荷位移曲线；

能量计算单元，基于第一载荷位移曲线和第二载荷位移曲线获得所述待测涂层的断裂能量；以及

断裂韧性计算单元，基于所述断裂能量计算所述待测涂层的断裂韧性，

其中，选择所述基底的材料，使得所述待测涂层的断裂韧性小于所述基底的断裂韧性。