CN106959268A - 一种用于细丝状结构表面涂层的结合力评价的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于细丝状结构表面涂层的结合力评价装置及方法，该装置包括固定底座(6)、支撑板(8)、弹簧(10)和压板(11)，所述固定底座的两侧垂直设置有螺纹杆(7)，支撑板(8)可滑动的设置螺纹杆上，所述压板设置于固定底座上，所述弹簧一端固定于支撑板的上表面，弹簧的另一端固定于压板的上表面；该装置还包括螺母(9)，所述螺母旋设于螺纹杆上并位于支撑板上方向。本方案用于细丝状结构表面涂层结合力的评价，并且可以直接得出结合力大小，装置简单，具有很高的实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及力的评价领域，具体涉及一种用于细丝状结构表面涂层的结合力评价的装置及方法。
背景技术
对于微小的细丝状结构(如光纤、漆包线等)，其表面会存在薄薄的涂层来保证他们的性质，如：光纤表面会增加一层薄薄的金属涂层，以保证光纤的机械强度，漆包线表面有一层绝缘涂层，以保证其绕组线之间的绝缘状态……
对于这种细丝状结构物体涂层，无论是要满足其耐磨性、耐腐蚀性、美观性或其它性能，唯一的前提是要保证涂层和基体的良好结合力，如果结合力不好，涂层就会出现开裂、气泡、甚至剥离的现象，这样的涂层将毫无实用价值，因此有必要对这种细丝状结构物体涂层的结合力进行评价。
如今，评价涂层结合力的方法有以下几种：
1、锉刀法。如图1所示，将涂层基体固定在平板上，使锉刀1与涂层成45°角，用锉刀锉基体2的涂层3，直到基体涂层开始脱落。但是这种方法只适用于厚而硬的涂层，而且也没有直接表明结合力的数据。
2、划痕法。如图2所示，图中，向下的箭头表示施加力的方向，向左的箭头表示划向。用顶端为金刚石材料的压头4压在涂层表面上滑动，并施加连续的垂直载荷，当载荷增加到某种特定值时，基体涂层开始脱落，并形成划沟5。此时的载荷值断定为涂层的结合力，但是这种方法只适用于平面结构，对于圆柱体结构却无能为力，而且需要特定仪器，除此之外，它是通过施加垂直载荷来判断的，并不能直接评价涂层的结合力。
3、热震法。将涂层基体放在较高温度中加热一段时间，再置于常温中一段时间，如此反复，直至基体涂层脱落为止，将实验中的反复次数作为判断涂层结合力的依据。但是这种方法会受到其它因素影响，如湿度等，而且也没有直接表明结合力的数据。
以上几种涂层评价方法大都适用于平面，对于细丝状结构涂层结合力难以评价。细丝状结构微小，其自身远小于锉刀、压头等测量工具，其表面为曲面状，由于自身体积微小，在测量工具下也不可以看作为平面物体，因此，以上的方法都不适用于细丝状结构物体表面涂层的结合力评价。
涂层结合力也指涂层的抗剪切强度，即当涂层受到一定强度的剪切力时，涂层会从基体上脱离，此时的剪切力就是涂层最大的结合力。由以上分析得出，如今的涂层结合力评价方法都不能直接表明涂层结合力的大小，还需要特定的仪器装置，而且对于丝状结构的表面的涂层无能为力，因此，提出一种用于丝状结构物体表面涂层的简易评价方法。
1、现有的涂层评价方法不适用于细丝状结构。细丝状结构表面为细小的圆柱体，其大小远远小于测试使用的锉刀、压头等工具，要将这些测试工具作用在细丝状结构上是难以实现的。
2、现有的涂层评价方法不能直接表明涂层结合力的大小。锉刀法，通过依据涂层脱落时锉刀锉物体的次数来定性判断涂层结合力；划痕法，通过施加的垂直载荷来定性判断涂层结合力；热震法，通过涂层脱落时实验的反复次数来定性判断涂层结合力。以上的方法都是定性比较，没有直接给出涂层结合力大小。
3、现有的涂层评价方法还需要一些特定的仪器设备。划痕法就需要划痕测试仪，装置有一定成本，不简易实用。
发明内容
鉴于此，本发明的目的是提供一种用于细丝状结构表面涂层的结合力评价的装置及方法。
本发明的目的之一是通过以下技术方案实现的，一种用于细丝状结构表面涂层的结合力评价的装置，包括固定底座6、支撑板8、弹簧10和压板11，所述固定底座的两侧垂直设置有螺纹杆7，支撑板可滑动的设置螺纹杆上，所述压板设置于固定底座上，所述弹簧一端固定于支撑板的上表面，弹簧的另一端固定于压板的上表面；该装置还包括螺母9，所述螺母旋设于螺纹杆上并位于支撑板上方向。
进一步，所述固定底座的中部向上凸起形成凸台。
本发明的目的之二是通过以下技术方案实现的，一种用于细丝状结构表面涂层的结合力评价的方法，包括以下步骤：S1将表面具有涂层的细丝状物体放置在固定底座上；S2将螺母向下旋并缓慢抽动放在固定底座上的细丝状物体；S3当细丝状物体表面涂层开始脱落，记下此时螺母旋转圈数，根据其它已知参数，判断涂层的最大结合力f，则f＝μ(2knp+mg)，μ为滑动摩擦系数、k为弹簧的弹性系数、n螺母转动圈数、p为螺距，m为压板质量，g为重力加速度。
进一步，在步骤S1中，在底板上放置两个相同的细丝状涂层物体。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
本方案用于细丝状结构表面涂层结合力的评价，并且可以直接得出结合力大小，装置简单，具有很高的实用价值。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1锉刀法原理图；
图2划痕法原理图；
图3为本发明的装置结构图；
图4为图3的A-A向视图；
图5为细丝状物体的受力分析图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
如图3所示，一种用于细丝状结构表面涂层的结合力评价的装置，包括固定底座6、支撑板8、弹簧10和压板11，所述固定底座的两侧垂直设置有螺纹杆7，支撑板可滑动的设置螺纹杆上，所述压板设置于固定底座上，所述弹簧一端固定于支撑板的上表面，弹簧的另一端固定于压板的上表面；该装置还包括螺母9，所述螺母旋设于螺纹杆上并位于支撑板上方向。
作为对本实施例的改进，所述固定底座的中部向上凸起形成凸台。
支撑板、弹簧、压板是连接在一起作为一个整体，螺纹杆上的螺母可以在螺纹杆上上下移动，当螺母移动时，支撑板也会随着螺纹杆上下移动，由于支撑板的位移量和弹簧的伸缩量是相同的，故，可以通过螺母的转动圈数n和螺距p来确定弹簧的伸缩量Δx，如公式(1)。
Δx＝np (1)
使用时，需要将评价的细丝状涂层物体放在底座上，当螺母往下移动时，弹簧被压缩Δx，细丝状物体受到了两个弹簧的正压力F，此时，缓慢抽动放在底座上的细丝状物体(如镀膜光纤)，细丝状物体的表面会受到一个滑动摩擦力f，为了保持压板的水平，故测试时在底板上放置两个相同的细丝状涂层物体。
图3结合力评定示意图，此时细丝状物体m的受力分析如图4所示，其中f为丝状物体与压板接触面的滑动摩擦力，根据滑动摩擦力公式可得：
f＝μN (2)
其中μ为动摩擦系数，它只与细丝状涂层物体表面的涂层和压板接触面材料相关，其值可由“材料摩擦系数表”查得。
由于弹簧被压缩了Δx，且有两个弹簧共同作用，考虑到压板自身质量m，故丝状物体所受的压力N为：
N＝2kΔx+mg (3)
其中，k为弹簧的已知弹性系数。
故
f＝μ(2knp+mg) (4)
由此可看，细丝状涂层物体受到的滑动摩擦力f只与滑动摩擦系数μ、弹簧压缩量Δx、弹簧的弹性系数k、压板质量m相关。其中，滑动摩擦系数μ只与接触面材料相关，在整个测试过程中，两者材料不变，故滑动摩擦系数μ也为定值，其值可由“材料摩擦系数表”查得，弹簧压缩量Δx可根据螺母转动圈数n和螺距p得知，弹簧的弹性系数k和压板质量m已知，因此细丝状涂层物体受到的滑动摩擦力f已知。
图4细丝状物体的受力分析图，在细丝状涂层结合力测试中，改变螺母位置，就可以改变涂层物体表面的摩擦力大小。当旋转螺母一定位置时，细丝状物体表面涂层开始脱落，记下此时螺母旋转圈数，根据其它已知参数，就可以判断涂层的最大结合力，见公式(4)。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (4)
1.一种用于细丝状结构表面涂层的结合力评价的装置，其特征在于：包括固定底座(6)、支撑板(8)、弹簧(10)和压板(11)，所述固定底座的两侧垂直设置有螺纹杆(7)，支撑板(8)可滑动的设置螺纹杆上，所述压板设置于固定底座上，所述弹簧一端固定于支撑板的上表面，弹簧的另一端固定于压板的上表面；该装置还包括螺母(9)，所述螺母旋设于螺纹杆上并位于支撑板上方向。
2.根据权利要求1所述的一种用于细丝状结构表面涂层的结合力评价的装置，其特征在于：所述固定底座的中部向上凸起形成凸台。
3.利用权利要求1或2所述装置进行细丝状结构表面涂层的结合力评价的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1将表面具有涂层的细丝状物体放置在固定底座上；
S2将螺母向下旋并缓慢抽动放在固定底座上的细丝状物体；
S3当细丝状物体表面涂层开始脱落，记下此时螺母旋转圈数，根据其它已知参数，判断涂层的最大结合力f，则
f＝μ(2knp+mg)，μ为滑动摩擦系数、k为弹簧的弹性系数、n螺母转动圈数、p为螺距，m为压板质量，g为重力加速度。
4.根据权利要求3所述的细丝状结构表面涂层的结合力评价的方法，其特征在于：在步骤S1中，在底板上放置两个相同的细丝状涂层物体。
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