[实用新型]一种涂层/基体复合材料界面结合强度测量装置

说明书

技术领域

本实用新型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。

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。

为了解决以上问题，有人提出了采用测得被测试样的临界剥离位移Y0、临界剥离压力F0的方法来对涂层/基体复合材料界面结合强度进行定量反应的方法，指出临界剥离位移Y0和临界剥离压力F0越大，涂层/基体复合材料的界面结合强度越好。具体的方法需要测出施加到被测试样上的压力值F、外部施力部件与基体接触的受力点位置处基体的位移量Y、基体与外部基体夹持器接触的受力点位置处基体的位移值R和涂层与外部涂层夹持器接触的受力点位置处涂层的位移值S，再根据公式α＝arctan[(S+h-R)/L]-arctan(h/L)计算得到基体与涂层的剥离角α，根据公式Y＝k·θ计算得到Y，最后绘制出α随Y变化的曲线图和F随Y变化的曲线图，并从α随Y变化的曲线图上找到α从0开始逐渐增大的点对应的Y的值并记为临界剥离位移Y0，再在F随Y变化的曲线图上找到临界剥离位移Y0对应的F的值并记为临界剥离压力F0；其中，h为基体与外部基体夹持器接触的受力点位置和涂层与外部涂层夹持器接触的受力点位置之间的初始距离，L为外部施力部件与被测试样的接触点位置到基体与外部基体夹持器接触的受力点位置和涂层与外部涂层夹持器接触的受力点位置所在竖直线的水平距离，θ为带动外部施力部件向下运动的电机转过的角度，k为电机到外部施力部件的动力传动机构的动力传动比。但是，现有技术中还缺乏用于测出以上方法中被测量的装置。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种涂层/基体复合材料界面结合强度测量装置，其结构简单，设计新颖合理，为对涂层/基体复合材料界面结合强度进行量化测量提供了测量设备，工作可靠性高，实用性强，使用效果好，推广应用价值高。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：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；