CN108072577A - 一种热喷涂涂层抗冲击韧性检测装置及测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热喷涂涂层抗冲击韧性检测装置及测试方法。本发明的热喷涂涂层抗冲击韧性检测装置包括冲击试验模块、样品支撑模块、及控制处理模块三部分；冲击试验模块主要包括滚珠丝杆组合、红外测距仪、电磁夹具等，电磁夹具用于夹放不锈钢球；样品支撑模块用于固定待测样板；控制处理模块用于控制滚珠丝杆组合的转动以控制电磁夹具的高度，并控制电磁夹具的分合。本发明通过控制落球的质量和高度对热喷涂产品经过涂层耐落球冲击韧性测试后，可充分了解该涂层的抗冲击韧性，硬度和抗形变能力，以便及时掌握所制备的涂层是否满足产品使用要求，及时调整热喷涂工艺，使之满足产品需要。

Description

一种热喷涂涂层抗冲击韧性检测装置及测试方法
技术领域
本发明涉及表面强化及再制造涂层检测技术领域，尤其涉及一种热喷涂涂层抗冲击韧性的检测装置及测试方法。
背景技术
机械零部件磨损、腐蚀等是关系国计民生的关键性共性问题，由其造成的经济损失超过了各种自然灾害所造成的损失总和，约占国民经济生产总值的6％～8％，还造成了许多灾难性事故，并带来了大量资源浪费和严重环境污染。利用热喷涂技术(火焰喷涂、等离子喷涂、电弧喷涂、爆炸喷涂等)制备纳米涂层可有效解决机械零部件的磨损、腐蚀问题。
热喷涂纳米涂层要求既要有较高的硬度，又要有良好的韧性。涂层韧性包括：涂层抗断裂韧性和涂层抗冲击韧性。涂层抗断裂韧性是反应材料抵抗裂纹失稳扩展的性能指标，可通过冲击试验获得相关的试验数据，目前已形成了多种测试方法。涂层抗冲击性又称抗冲击性强度，是指涂于基材上的纳米涂层在经受高速重力作用下可能发生变形，但纳米涂层不出现开裂与脱落的能力，它反应了被测涂层在冲击载荷作用下的抗破坏能力。材料韧性测试方法中的“摆锤冲击断裂试验法”只能适用于材料整体韧性的测试，对基体表面涂覆有薄涂层的无法测试涂层的韧性。经过大量检索发现，对于纳米涂层冲击韧性的测试国内外研究报道很少，究其原因主要是纳米涂层冲击韧性试验装备、冲击韧性测试分析方法和评价手段的缺乏。
热喷涂涂层抗冲击韧性检测装置可以简单、快速、有效的模拟热喷涂纳米涂层在外力冲击环境下的失效情况。具有测试试样制备简单，测试周期短、效率高，数据可靠性高的优点，该设备的研制成功可填补热喷涂涂层抗冲击韧性设备的的空白。
发明内容
本发明的目的是为了解决热喷涂涂层冲击韧性试验设备的缺乏，提供一种热喷涂涂层耐落球冲击韧性检测装置及测试方法，利用该方法可以简单、快速、有效的检测热喷涂纳米涂层抗冲击韧性的能力。
本发明的热喷涂涂层抗冲击韧性检测装置主要包括冲击试验模块、样品支撑模块、及控制处理模块三部分；
所述的冲击试验模块包括滚珠丝杆组合、红外测距仪、电磁夹具，滚珠丝杆组合呈竖直设置，其螺母固连一水平臂，红外测距仪、电磁夹具均固定于该水平臂端部，电磁夹具用于夹放不锈钢球；
所述的样品支撑模块用于固定待测样板，且使待测样板位于红外测距仪与电磁夹具的正下方；
所述的控制处理模块用于控制滚珠丝杆组合的转动以控制电磁夹具的高度，红外测距仪及电磁夹具均与控制处理模块相连，控制处理模块对检测的数据进行处理并控制电磁夹具的分合。
上述技术方案中，所述的冲击试验模块还包括底座、壳体及固定于底座上的伺服电机、减速器、蜗轮蜗杆换向装置；伺服电机、减速器、蜗轮蜗杆换向装置依次通过联轴器相连，蜗轮蜗杆换向装置输出端与滚珠丝杆组合中丝杆的下端部相连，丝杆上、下两端分别通过轴承安装于壳体内，滚珠丝杆组合的水平臂伸出壳体。
在滚珠丝杆组合的丝杆上还设置有上限位和下限位用于限制其螺母的运动范围。
所述的样品支撑模块包括载物台、及压板，压板与载物台之间通过螺栓连接，压板压于待测样板边缘，通过拧紧螺栓将样板固定。
所述的控制处理模块可以采用计算机实现。
一种热喷涂涂层抗冲击韧性检测方法，该方法基于上述的装置实现，方法包括以下步骤：
步骤一：将一定质量的不锈钢球进行称重，称重若干次求平均值，获得不锈钢球的质量m；
步骤二：将测试样板固定于样品支撑模块上，并位于红外测距仪及电磁夹具正下方；
步骤三：控制处理模块控制滚珠丝杆组合中丝杆转动以控制电磁夹具达到设定的高度h；
步骤四：将步骤一的不锈钢球置于电磁夹具中，控制电磁夹具松开，不锈钢球下落，冲击样板；
步骤五：测量、记录样板冲击凹痕的直径、深度以及涂层裂纹情况。
本发明的装置采用落球对涂层进行冲击，可充分了解该涂层的抗冲击韧性、硬度和抗形变能力，可及时掌握所制备的涂层是否满足产品使用要求，及时调整喷涂工艺，使之满足产品需要。
附图说明
图1为热喷涂涂层抗冲击韧性试验装置的一种具体结构示意图；
图2为图1中A-A剖面示意图；
图3为待测样板安装于载物台的示意图。
具体实施方式
为了更详细的说明本发明内容，下面结合具体实施例进一步说明。
一种热喷涂涂层抗冲击韧性检测装置，包括：底座1、伺服电机2、联轴器3、减速器4、蜗轮蜗杆换向装置5、下壳体6、载物台、7、底板8、下轴承组9、下限位10、电磁夹具线路11、红外测距仪12、电磁夹具13、上壳体14、防护罩15、上限位16、上轴承组17、顶板18、位置编码器19、滚阻丝杆组合20、控制处理模块21、压板22、样板23。
伺服电机2、减速器4和蜗轮蜗杆换向装置5之间通过联轴器3链接并固定于底座1上，滚阻丝杆组合20通过联轴器与蜗轮蜗杆换向装置5输出端相连。滚阻丝杆组合20上端装有上限位16并固定于上轴承组17中，下端装有下限位10并固定于下轴承组9中。上轴承组17固定在顶板18，下轴承组9固定在底板8。在丝杆顶端固定有位置编码器19。上壳体14、防护罩15固定在顶板18和底板8上。底板8固定在下壳体6上，下壳体6再固定在底座1上。红外测距仪12、与电磁夹具13一起固定于滚阻丝杆组合20的水平臂上。样板23通过压板22固定在载物台7上。
载物台7通过螺栓链接固定于底座1上。载物台7上开有直径φ14的螺纹孔用与压板配合连接的。测试样品放置在载物台7上，压板22压住测试样品，并通过螺栓拧紧固定在载物台7上。
所述的控制处理模块21包括计算机；伺服电机2、电磁夹具13、红外测距仪12、位置编码器19均与计算机相连，红外测距仪12、位置编码器19将检测信息传输至计算机，计算机可用于设定冲击试验参数、控制伺服电机的启停和电磁夹具的分合，并可自动给出冲击能量值。具体的，可以通过设定电磁夹具升降速度进而控制伺服电机的转速。电磁夹具升降速度可固定为：0.5mm/s，1mm/s，5mm/s，10mm/s，20mm/s，50mm/s，100mm/s多个等级，也可在0～100mm/s内自由设定速度，伺服电机转动从而带动丝杆转动，实现电磁夹具竖直运动，可按照设定的速度运行到设定的高度。红外测距仪12测量红外测距仪12与样板23的高度h1，该高度数据反馈到计算机。计算机可结合电磁夹具与红外测距仪的高度差自动修正获得不锈钢球距离样板的实际高度。当质量m的不锈钢球在高度h下落后，不锈钢球冲击涂层时的势能E＝mgh,其中，m为钢球的质量，g为重力加速度，h为钢球下落高度。E为冲击能量单位为焦耳J。计算机可自动给出该冲击能量。
采用该装置进行检测的方法，具体可如下：
(1)利用电弧喷涂、等离子喷涂、超音速火焰喷涂、爆炸喷涂、激光熔覆等热喷涂技术制备涂层样板。
(2)把制备好的热喷涂涂层样板的涂层面朝上，平放于载物台中心位置，并用压板固定牢样板。
(3)将200g钢球放置到电磁夹具的中心孔中。
(4)设定电磁夹具要提升的高度1m和提升速度10mm/s，控制伺服电机转动，电磁夹具携带钢球按照设定的速度到达设定的高度,此时钢球的下落高度为1m。
(5)控制电磁夹具松开钢球自由落体下落，冲击样板表面。
(6)根据E＝mgh公式，计算机自动给出球冲击能量，单位焦耳(J)。测量、记录样板冲击凹痕的直径、深度以及涂层裂纹情况。
采用本发明的装置对涂层进行冲击，可充分了解该涂层的抗冲击韧性、硬度和抗形变能力，该装置结构简单、易于控制，利用该方法可以简单、快速、有效的检测热喷涂纳米涂层抗冲击韧性的能力。
以上所述仅是本发明的部分实施例，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (6)

1.一种热喷涂涂层抗冲击韧性检测装置，其特征在于：该装置包括冲击试验模块、样品支撑模块、及控制处理模块三部分；
所述的冲击试验模块包括滚珠丝杆组合(20)、红外测距仪(12)、电磁夹具(13)，滚珠丝杆组合(20)呈竖直设置，其螺母固连一水平臂，红外测距仪(12)、电磁夹具(13)均固定于该水平臂端部，电磁夹具用于夹放不锈钢球；
所述的样品支撑模块用于固定待测样板，且使待测样板位于红外测距仪(12)与电磁夹具(13)的正下方；
所述的控制处理模块用于控制滚珠丝杆组合(20)的转动以控制电磁夹具(13)的高度，红外测距仪(12)及电磁夹具(13)均与控制处理模块相连，控制处理模块对检测的数据进行处理并控制电磁夹具(13)的分合。
2.根据权利要求1所述的热喷涂涂层抗冲击韧性检测装置，其特征在于：所述的冲击试验模块还包括底座(1)、壳体及固定于底座(1)上的伺服电机(2)、减速器(4)、蜗轮蜗杆换向装置(5)；伺服电机(2)、减速器(4)、蜗轮蜗杆换向装置(5)依次通过联轴器相连，蜗轮蜗杆换向装置(5)输出端与滚珠丝杆组合(20)中丝杆的下端部相连，丝杆上、下两端分别通过轴承安装于壳体内，滚珠丝杆组合(20)的水平臂伸出壳体。
3.根据权利要求2所述的热喷涂涂层抗冲击韧性检测装置，其特征在于：在滚珠丝杆组合(20)的丝杆上还设置有上限位(16)和下限位(10)用于限制其螺母的运动范围。
4.根据权利要求1所述的热喷涂涂层抗冲击韧性检测装置，其特征在于：所述的样品支撑模块包括载物台(7)、及压板(22)，压板与载物台之间通过螺栓连接，压板(22)压于待测样板(23)边缘，通过拧紧螺栓将样板固定。
5.根据权利要求1所述的热喷涂涂层抗冲击韧性检测装置，其特征在于：所述的控制处理模块采用计算机实现。
6.一种热喷涂涂层抗冲击韧性检测方法，其特征在于，该方法基于如权利要求1-5任一项所述的装置，方法包括以下步骤：
步骤一：将一定质量的不锈钢球进行称重，称重若干次求平均值，获得不锈钢球的质量m；
步骤二：将测试样板固定于样品支撑模块上，并位于红外测距仪及电磁夹具正下方；
步骤三：控制处理模块控制滚珠丝杆组合中丝杆转动以控制电磁夹具达到设定的高度h；
步骤四：将步骤一的不锈钢球置于电磁夹具中，控制电磁夹具松开，不锈钢球下落，冲击样板；
步骤五：测量、记录样板冲击凹痕的直径、深度以及涂层裂纹情况。
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