CN104007065A - 一种金属表面热喷涂层结合强度测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种金属表面热喷涂层结合强度测试装置，用于高结合强度(>80MPa)涂层结合强度测试。由对中组件和测试试样组成；对中组件分为上、下两部分，分别由上拉杆、上对中套筒和下拉杆和下对中套筒组成，上下拉杆与上下对中套筒的配合面为球面，在拉伸力的作用下实现360°对中微调；测试试样由加载块、涂层、支撑块、压片、基体圆锥柱销组成，支撑块中心存在一个贯穿锥孔，锥度为15°～30°，与基体圆锥柱销的锥度相同，基体圆锥柱销穿过支撑块的锥孔，并在另一侧支撑块与基体圆锥柱销的端面在同一平面内，加载块和压片存在两个圆形通孔，可采用螺栓分别与支撑块的两个螺纹通孔实现连接。本发明具有测试原理简单、操作简单灵活、结果准确度高等特点。

Description

一种金属表面热喷涂层结合强度测试装置及方法

技术领域

本发明属于涂层结合强度测试技术领域，涉及一种金属表面热喷涂层结合强度测试装置。

背景技术

热喷涂是一种重要的表面工程技术，是提高材料表面性能的重要手段，通过热喷涂技术可以制备防腐、耐磨、隔热、导电、绝缘、密封等功能涂层，已广泛应用于航空航天、汽车工业、信息技术、光学工程等制造业和再制造行业。为了使涂层具备更好的强化和修复作用，要求涂层与基体具有足够高的结合强度，以避免涂层在极端服役环境中发生脱落。目前采用爆炸喷涂、超音速火焰喷涂等技术可制备结合强度大于80MPa的涂层，满足更苛刻条件下应用，因此在越来越多的技术领域得到应用。

目前，针对热喷涂涂层与基体结合强度的测试方法为对偶拉伸法，如标准GB/T8642-2002规定的(如图1所示)，在端面面积为A的基体试样表面制备涂层，再用环氧树脂胶将基体试样粘接在两个拉头之间，使用万能拉伸实验机对粘接好的试样进行拉伸，测得涂层从基体脱落时的最大拉力F，则涂层结合强度P＝F/A。该测试方法可以重复使用，效率高，成本低。但环氧树脂胶存在粘接强度上限，一般不超过80MPa。因此，当涂层结合强度超过环氧树脂胶的结合强度时，采用此方法将不能测出涂层与基体的结合强度。也就是说，不适于采用该种方法测量爆炸喷涂、超音速火焰喷涂涂层的结合强度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可测试金属表面热喷涂层结合强度的方法和装置，该装置可解决高结合强度(>80MPa)涂层的结合强度难于测量问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种金属表面热喷涂层结合强度测试装置，其特征在于，装置由对中组件和测试试样组成。对中组件分为上、下两部分，分别由上拉杆1、上对中套筒2和下拉杆9和下对中套筒8组成，上下拉杆与上下对中套筒的配合面为球面，在拉伸力的作用下可自动实现360°对中微调；测试试样由加载块3、涂层4、支撑块5、压片6、基体圆锥柱销7组成，支撑块5中心存在一个贯穿锥孔，锥度为15°～30°，与基体圆锥柱销7的锥度相同，基体圆锥柱销7可穿过支撑块5的锥孔，并在另一侧支撑块5与基体圆锥柱销7的端面在同一平面内，加载块3和压片6存在两个圆形通孔，可采用螺栓分别与支撑块5的两个螺纹通孔实现连接。

一种使用上述装置测量高结合强度涂层的结合强度，其特征在于：

(1)按测试目的选择基体材料加工制作基体圆锥柱销7，将基体圆锥柱销7插入支撑块5的圆锥孔中，用压片6和螺栓将基体圆锥柱销7和支撑块5压紧后连接；

(2)将上述连接装置置于车床或磨床上进行机加工，使基体圆锥柱销7和支撑块5的端面在同一平面上；

(3)将经过机加工的装置端面进行喷砂处理后，利用热喷涂设备在圆锥柱销7和支撑块5的端面制备热喷涂层4，在涂层制备过程中对支撑块5上的螺纹孔进行保护；

(4)将制备涂层后的测试试样的压片6卸下，基体圆锥柱销7与涂层4存在结合面位置保持不变，采用螺栓将加载块3与支撑块5连接；

(5)将连接装置装入对中组件中，利用万能拉伸实验机对该装置进行拉伸，测得基体圆锥柱销7与涂层4脱落时的最大拉伸力F；

(6)在显微镜下精确测试基体圆锥柱销7锥台的直径，并计算锥台面积S；

(7)计算涂层结合强度P＝F/A。

本发明的优点在于：

(1)本发明测试装置不采用环氧树脂胶，涂层结合强度的测试范围不受环氧树脂胶粘接强度的限制，可用于高结合强度(>80MPa)涂层结合强度的测量；

(2)本发明测试原理简单，可操作性强，不需要复杂计算既可得到涂层结合强度的准确值；

(3)本发明测试试样结构简单，采用全锥面配合，可消除拉伸过程中摩擦力对测试精确度的不良影响，提高测量结果的准确性；

(4)本发明装置配置了对中组件，其中上、下拉杆与上、下对中套筒的配合面分别为球面配合，在拉伸力的作用下可自动实现360°对中微调，有效消除剪切力对测试结果的影响，进一步提高了测试结果的准确性；

(5)本发明可根据测试目的调整基体圆锥柱销的材料种类，用于测试不同材质基体与涂层的结合强度，操作简单；

(6)本发明试样可重复使用，重复使用时只需利用机械加工的方法将支撑块5与基体圆锥柱销7的端面的涂层车削掉，使基体圆锥柱销7的端面露出并与支撑块5端面相平。

附图说明

图1是现有对偶拉伸试样的结构示意图。

图2是本发明装置结构示意图。

具体实施方式

本发明的测试过程是：

(1)按测试目的选择基体材料加工制作基体圆锥柱销7，将基体圆锥柱销7插入支撑块5的圆锥孔中，用压片6和螺栓将基体圆锥柱销7和支撑块5压紧后连接；

(2)将上述连接装置置于车床或磨床上进行机加工，使基体圆锥柱销7和支撑块5的端面在同一平面上；

(3)将经过机加工的装置端面进行喷砂处理后，利用热喷涂设备在圆锥柱销7和支撑块5的端面制备热喷涂层4，在涂层制备过程中对支撑块5上的螺纹孔进行保护；

(4)将制备涂层后的测试试样的压片6卸下，基体圆锥柱销7与涂层4存在结合面位置保持不变，采用螺栓将加载块3与支撑块5连接；

(5)将连接装置装入对中组件中，利用万能拉伸实验机对该装置进行拉伸，测得基体圆锥柱销7与涂层4脱落时的最大拉伸力F；

(6)在显微镜下精确测试基体圆锥柱销7锥台的直径，并计算锥台面积S；

(7)计算涂层结合强度P＝F/A。

支撑块5直径25.4mm，高度12mm，锥孔角度18°，上锥孔直径1.5mm，下锥孔直径9.3mm；基体圆锥柱销7锥台高度14mm，锥台角度18°，上锥台面直径1.5mm(实测值)；基体圆锥柱销材料为ZM5镁合金，涂层材料为Al-Si合金涂层，涂层厚度0.5mm。基于上述参数在相同条件下采用超音速喷涂技术制备5件试样，在万能拉伸实验机上进行实验，涂层全部随支撑块5与基体圆锥柱销7脱离，测得涂层的结合强度分别为105.6MPa、109.5MPa、101.4MPa、111.6MPa、104.9MPa，涂层结合强度平均值为106.6，其强度远高于环氧树脂胶的最大粘接强度，测试结果标准差为3.6，远低于文献中报道的胶粘拉伸法测试误差。

Claims (3)

1.一种金属表面热喷涂层结合强度测试装置，其特征在于：

由对中组件和测试试样组成；对中组件分为上、下两部分，分别由上拉杆、上对中套筒和下拉杆和下对中套筒组成，上下拉杆与上下对中套筒的配合面为球面，在拉伸力的作用下实现360°对中微调；测试试样由加载块、涂层、支撑块、压片、基体圆锥柱销组成，支撑块中心存在一个贯穿锥孔，锥度为15°～30°，与基体圆锥柱销的锥度相同，基体圆锥柱销穿过支撑块的锥孔，并在另一侧支撑块与基体圆锥柱销的端面在同一平面内，加载块和压片存在两个圆形通孔，可采用螺栓分别与支撑块的两个螺纹通孔实现连接。

2.应用如权利要求1所述一种金属表面热喷涂层结合强度测试装置的方法，其特征在于：

(1)按测试目的选择基体材料加工制作基体圆锥柱销，将基体圆锥柱销插入支撑块的圆锥孔中，用压片和螺栓将基体圆锥柱销和支撑块压紧后连接；

(2)将上述连接装置置于车床或磨床上进行机加工，使基体圆锥柱销和支撑块的端面在同一平面上；

(3)将经过机加工的装置端面进行喷砂处理后，利用热喷涂设备在圆锥柱销和支撑块的端面制备热喷涂层，在涂层制备过程中对支撑块上的螺纹孔进行保护；

(4)将制备涂层后的测试试样的压片卸下，基体圆锥柱销与涂层存在结合面位置保持不变，采用螺栓将加载块与支撑块连接；

(5)将连接装置装入对中组件中，利用万能拉伸实验机测试涂层结合强度。

3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，重复使用时只需利用机械加工的方法将支撑块与基体圆锥柱销的端面的涂层车削掉，使基体圆锥柱销的端面露出并与支撑块端面相平。