CN105890994A - 一种层状金属复合材料界面结合强度评价方法 - Google Patents

一种层状金属复合材料界面结合强度评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种层状金属复合材料界面结合强度评价方法，包括如下步骤：1)取层状金属复合材料，并加工成长方体型试样；2)使用压力机沿着金属复合材料的复合界面对材料进行压缩，并记载压缩过程中金属复合材料沿着压缩方向的位移值及对应的压力机使用载荷；3)将步骤2)记载的位移值、载荷绘制成以位移值为横坐标、载荷为纵坐标的载荷‑位移曲线，寻找载荷‑位移曲线上载荷下降前的峰值载荷及其对应的位移值，作为层状金属复合材料界面结合强度的评价指标，载荷值越高、位移越大则表示复合材料界面结合强度越高。本方法避免了寻找复合材料结合界面难题，利用了压缩失稳原理，实现简易、定性的评价层状金属复合板材界面结合强度。

Description

一种层状金属复合材料界面结合强度评价方法
技术领域
本发明属于测试复合材料结合强度领域，具体涉及一种层状金属复合材料界面结合强度评价方法。
背景技术
层状金属复合材料是指利用复合技术使两种或两种以上物理、化学或力学性能不同的金属在界面上实现牢固结合而制成的一种新型复合材料，它具有性能优越、环保、节能等特点，正被广泛应用于石油、化工、船舶、机械等领域。
复层与基层的界面结合强度是衡量层状复合材料质量优劣的重要指标之一。目前，根据复合板力学性能检测国家标准GB/T-6396-2008，评价层状复合材料界面结合强度的方法主要有剪切法与弯曲法。剪切法是一种定量测试方法，可直接换算得到复合板界面剪切强度。但是，剪切评价法对试样的几何尺寸要求较高，即要求试样的剪切面与结合界面高度重合，否则可能会引入较大误差。然而，层状金属复合材料的界面结构一般由扩散层、化合物层等微细结构组成，几乎无法准确确定界面。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种层状金属复合材料界面结合强度评价方法。该方法避免了传统剪切方法中需准确确定结合界面的难题，可简易、定性的评价层状金属复合板材界面结合强度。
为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案：
1、一种层状金属复合材料界面结合强度评价方法，包括如下步骤：
1)取层状金属复合材料，并加工成长方体型试样；
2)使用压力机沿着金属复合材料的复合界面对材料进行压缩，并记载压缩过程中金属复合材料沿着压缩方向的位移值及对应的压力机使用载荷；
3)将步骤2)记载的位移值、载荷绘制成以位移值为横坐标、载荷为纵坐标的载荷-位移曲线，寻找载荷-位移曲线上载荷下降前的峰值载荷及其对应的位移值，作为层状金属复合材料界面结合强度的评价指标，载荷值越高、位移越大则表示复合材料界面结合强度越高。
优选的，所述金属复合材料需包括复层、基层及其间的界面，复层与基层必须能沿着界面完全重合。
优选的，所述复合材料的长度与厚度的比例大于2。
优选的，所述步骤2)使用压力机沿着金属复合材料的复合界面对材料进行压缩时，复合材料的复层与基层的两端应同时与压头接触。
优选的，步骤2)所述压缩方向需平行于复层与基层的结合界面。
本发明的有益效果在于：本发明提供的层状金属复合材料界面结合强度评价方法，避免了寻找复合材料真实结合界面的难题，利用了压缩失稳原理，通过实施简单的单向压缩变形即可对层状金属复合材料的界面结合强度实现定性表征，为层状金属复合材料的质量评价提供了一种简便的方法。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图：
图1表示本发明所加工制备的层状金属复合材料长方体试样示意图；
图2表示本发明所开展的单向压缩过程示意图；
图3表示压缩过程中，层状金属复合材料结合界面裂开示意图；
图4表示实施例1不同复合工艺样品压缩前后试样图；
图5表示实施例1不同复合工艺样品的载荷-位移曲线图。
具体实施方式
下面对本发明的优选实施例进行详细的描述。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
实施例1
一种层状金属复合材料界面结合强度评价方法，具体步骤如下：
(1)获得三块不同复合工艺而制备的层状金属复合材料(复层材质为钛，基层材质为Q235钢)，并在每块待分析的复合材料基础上各切割加工两只长方体型试样，如附图1所示，其中1为复合材料的基层，2为复合材料的复层，3为复合材料的结合界面，本实施例中的长方体型试样的具体尺寸为18mm(高)×9mm(宽)×6mm(厚＝复层+基层)；
(2)利用万能试验机对步骤(1)所述的试样沿着复合界面对材料进行压缩，压缩过程如图2所示，其中箭头表示压缩方向，压缩方向沿试样的高度方向(平行于复层与基层的结合界面)，压缩过程中出现载荷突然下降(基层与复层发生层间开裂，如附图3所示，1为复合材料的基层，2为复合材料的复层，5为开裂的复合材料的结合界面)或者变形量达到预定的最大变形量(本实施例为50％)，停止压缩变形。压缩过程中，计算机自动记录变形过程中的载荷与位移数据。
(3)将步骤(2)中所述的载荷、位移数据绘制为载荷-位移曲线，寻找载荷-位移曲线上载荷下降前的峰值载荷及其对应的位移值，作为层状金属复合材料界面结合强度的评价指标。
注：每种复合工艺的样品分别实验两次。
上述实施例中，加工的长方体型试样照片如附图4“压缩前样品”所示。三种不同复合工艺制备的复合材料，在压缩变形以后的照片如附图4中“压缩后样品”所示。从附图4中可以发现，三种复合工艺所制备的样品，在压缩过程中均出现了层间开裂现象。但是，不同复合工艺的开裂程度不一致。复合工艺一的样品在变形量较大时才出现了一小段裂纹；复合工艺二的样品的层间裂纹较长，几乎贯穿整个样品；复合工艺三样品的基层与复层则是完全分离。这就说明本发明提供的评价方法能够显示不同制备工艺的差异。
附图5是实施例中载荷-位移曲线，可以发现三种不同复合工艺样品在压缩过程中均出现了载荷下降现象。三种样品在载荷下降前的峰值载荷存在着明显的差异，复合工艺一>复合工艺二>复合工艺三。对应的位移数据也是：复合工艺一>复合工艺二>复合工艺三。对比附图4与5，发现开裂越严重的样品(可以认为界面结合强度越低)，其峰值载荷与对应的位移越小。这就说明，本发明提供的方法可以较好的评价复合材料界面结合强度。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (5)

1.一种层状金属复合材料界面结合强度评价方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)取层状金属复合材料，并加工成长方体型试样；
2)使用压力机沿着金属复合材料的复合界面对材料进行压缩，并记载压缩过程中金属复合材料沿着压缩方向的位移值及对应的压力机使用载荷；
3)将步骤2)记载的位移值、载荷绘制成以位移值为横坐标、载荷为纵坐标的载荷-位移曲线，寻找载荷-位移曲线上载荷下降前的峰值载荷及其对应的位移值，作为层状金属复合材料界面结合强度的评价指标，载荷值越高、位移越大则表示复合材料界面结合强度越高。
2.根据权利要求1所述一种层状金属复合材料界面结合强度评价方法，其特征在于，所述金属复合材料包括复层、基层及其间的界面，复层与基层必须能沿着界面完全重合。
3.根据权利要求1所述一种层状金属复合材料界面结合强度评价方法，其特征在于，所述复合材料的长度与厚度的比例大于2。
4.根据权利要求1所述一种层状金属复合材料界面结合强度评价方法，其特征在于，所述步骤2)使用压力机沿着金属复合材料的复合界面对材料进行压缩时，复合材料的复层与基层的两端应同时与压头接触。
5.根据权利要求1所述一种层状金属复合材料界面结合强度评价方法，其特征在于，步骤2)所述压缩方向平行于复层与基层的结合界面。
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