CN108254230A - 一种人工脱粘缺陷试件及其预制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及脱粘缺陷制备技术领域，尤其涉及一种人工脱粘缺陷试件及其预制方法。本发明提供的人工脱粘缺陷试件的预制方法，包括：对基体加工出变径通孔，变径通孔的上部直径与预制缺陷直径相等，变径通孔的下部直径大于上部直径且其内壁设有内螺纹；制备填充棒材，并在填充棒材下部的外表面设有与内螺纹配合的外螺纹；采用螺纹结构实现填充棒材的拧入和拧出，同时在棒材的上部及通孔的上部制备一定长度的无螺纹区，以使得棒材能与基体形成过盈配合，在喷涂表面消除棒材和基材之间的缝隙，获得更加接近真实缺陷的人工模拟脱粘缺陷，可靠性强。另外，采用螺纹结构，大大降低变径通孔与填充棒材的配合难度，装配简便，配合紧密性好且加工成本低。

Description

一种人工脱粘缺陷试件及其预制方法

技术领域

本发明涉及脱粘缺陷制备技术领域，尤其涉及一种人工脱粘缺陷试件及其预制方法。

背景技术

热喷涂涂层广泛应用在工程结构和机械零件表面，起到防腐、耐磨、隔热等功能。在服役过程中，涂层受到外力载荷、腐蚀环境、热疲劳等作用，会在涂层-基体界面处产生脱粘，如果脱粘区域发展扩大，则会导致涂层脱落。在工程检测和科学研究过程中，要制备真实的脱粘缺陷标准试样难度很大，因为脱粘区域的大小和形状无法控制。

因此，目前采用人工脱粘缺陷模拟真实的脱粘缺陷，制备一定尺寸的人工脱粘缺陷目前主要有以下两种方法：第一种是，如图1所示，包括涂层11和基体12，在基体12的非涂层端开设平底盲孔13，用平底盲孔13代替人工脱粘缺陷，一般是在喷涂后采用钻头或点火花加工去除基体12部分，留下涂层11部分，形成一个平底盲孔模拟脱粘缺陷；另外一种方法是，如图2所示，包括涂层11、基体12、石英粉14和填充棒材15，喷涂以后采用电火花加工去除基体12部分并填充石英粉14和填充棒材15制备人工脱粘缺陷。

但是，上述两种制备人工脱粘缺陷的方法有如下不足：

平底洞试样：用于模拟热喷涂涂层脱粘缺陷的平底盲孔往往采用在板材表面喷涂后从基体另一面钻孔或电火花加工的方式得到。该方法得到的盲孔缺陷由于基体部分完全是空气，无法反应真实的脱粘缺陷基体部分导热规律。

电火花加工脱粘缺陷：采用电火花加工基体缺陷的方式避免了平底洞的一些缺陷，但其应用范围仍然受到局限。第一，电火花加工方法去除大量的基体材料效率低成本高；第二，在加工过程中试样需浸泡在有水的工作液中，如果涂层或基体材料为铁基或镁基合金等易腐蚀材料，则与工作液接触的界面会受到腐蚀；第三，脱粘孔隙制备后，采用预先加工好的填充棒材插入盲孔，以使其导热规律与真实缺陷相近。但填充棒材与盲孔的紧密配合程度难以控制，配合间隙过小，则填充棒材插入盲孔难度大；配合间隙大，则插入后不能保证填充棒材与盲孔紧密配合。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的第一目的是：提供一种能有效提高试件制备效率及试验结果可靠性的人工脱粘缺陷试件的预制方法，以解决现有的预制方法存在的制备复杂、生产成本高及难以控制棒材与盲孔的紧密配合程度，进而导致不能真实反映脱粘缺陷导热规律的问题。

本发明的第二目的是：提供一种结构简单、设计合理、生产成本低且能有效提高试件制备效率及试验结果可靠性的人工脱粘缺陷试件，以解决现有的试件存在的结构复杂、生产成本高及难以控制棒材与盲孔的紧密配合程度，进而导致不能真实反映脱粘缺陷导热规律的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种人工脱粘缺陷试件的预制方法，包括如下操作步骤：

对基体加工出变径通孔，所述变径通孔的上部直径与预制缺陷直径相等，所述变径通孔的下部直径大于所述上部直径且在所述变径通孔下部的内壁设有内螺纹；

对预备的且与基体同质的材料进行加工，制备与所述变径通孔的尺寸相匹配的填充棒材，并在所述填充棒材对应于所述变径通孔下部的外表面设有与所述内螺纹配合使用的外螺纹；

将所述填充棒材旋转拧入所述变径通孔内，并使得所述填充棒材的拧入端的端面与所述基体的外表面齐平，以形成一个完整的喷涂面；

对所述喷涂面进行喷砂处理，并在喷砂后的表面喷涂涂层；

将所述填充棒材从其拧出端拧出，并将所述填充棒材的拧入端去除一定厚度，使得所述填充棒材的拧入端与所述涂层的间距为预设间距，以获得人工脱粘缺陷。

作为上述技术方案的优选，所述填充棒材对应于所述变径通孔上部的直径不小于所述变径通孔的上部直径，以使得所述填充棒材的上部与所述变径通孔的上部过盈配合。

作为上述技术方案的优选，在所述将所述填充棒材旋转拧入所述变径通孔内之前，还包括：

在所述填充棒材的外螺纹上和/或在所述变径通孔下部的内螺纹上涂覆有导热硅胶层。

作为上述技术方案的优选，所述填充棒材的拧出端设有与扳手配合使用的扳手孔，以便于将所述填充棒材从所述变径通孔中拧出。

作为上述技术方案的优选，所述喷涂的方式包括：火焰喷涂、电弧喷涂或等离子喷涂；所述涂层包括合金涂层、陶瓷涂层或合金-陶瓷涂层。

作为上述技术方案的优选，所述对所述喷涂面进行喷砂处理包括：

通过喷砂装置利用压缩空气为动力，用形成的高速喷射束将喷料喷射在所述喷涂面上。

作为上述技术方案的优选，所述喷料包括：石英砂、钢砂及陶瓷砂中的一种或多种组合。

作为上述技术方案的优选，所述基体及所述填充棒材均采用45号钢制成。

本发明还提供了一种采用所述的人工脱粘缺陷试件的预制方法制备得到的人工脱粘缺陷试件，包括基体、涂层及填充棒材，所述基体设有变径通孔，所述变径通孔下部的内壁设有内螺纹，所述填充棒材对应于所述变径通孔下部的外表面设有外螺纹，所述填充棒材通过所述变径通孔与所述基体连接；所述填充棒材拧入所述变径通孔后，所述填充棒材的拧入端与所述基体的外表面共同限定出一个完整的喷涂面，所述涂层喷涂在所述喷涂面上。

作为上述技术方案的优选，所述填充棒材的拧出端设有与扳手配合使用的扳手孔，以便于将所述填充棒材从所述变径通孔中拧出。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：

本发明提供了一种人工脱粘缺陷试件的预制方法，包括如下操作步骤：对基体加工出变径通孔，变径通孔的上部直径与预制缺陷直径相等，变径通孔的下部直径大于上部直径且在变径通孔下部的内壁设有内螺纹；对预备的且与基体同质的材料进行加工，制备与变径通孔的尺寸相匹配的填充棒材，并在填充棒材对应于变径通孔下部的外表面设有与内螺纹配合使用的外螺纹；将填充棒材旋转拧入变径通孔内，并使得填充棒材的拧入端的端面与基体的外表面齐平，以形成一个完整的喷涂面；对喷涂面进行喷砂处理，并在喷砂后的表面喷涂涂层；将填充棒材从其拧出端拧出，并将填充棒材的拧入端去除一定厚度，使得填充棒材的拧入端与涂层的间距为预设间距，以获得人工脱粘缺陷。在喷涂之前，通过在基体中制备通孔并插入填充棒材，避免了喷涂后将涂层与基体界面浸入水质工作液，缩短了制备工序，降低了生产成本；并采用螺纹结构实现填充棒材的拧入和拧出，同时在棒材的上部及通孔的上部制备一定长度的无螺纹区，以使得棒材能与基体形成过盈配合，在喷涂表面消除棒材和基材之间的缝隙，获得更加接近真实缺陷的人工模拟脱粘缺陷，可靠性强。另外，采用螺纹结构，大大降低变径通孔与填充棒材的配合难度，装配简便，配合紧密性好且加工成本低。

附图说明

图1是现有技术中用平底盲孔代替人工脱粘缺陷的试件的示意图；

图2是现有技术中用填充石英粉和合金棒材制备的人工脱粘缺陷的试件的示意图；

图3是本发明实施例的人工脱粘缺陷试件的预制方法的流程示意图；

图4是本发明实施例的人工脱粘缺陷试件在喷涂前的结构示意图；

图5是本发明实施例的人工脱粘缺陷试件在喷涂后且将填充棒材部分拧出通孔的结构示意图。

图中：11：涂层；12：基体；13：平底盲孔；14：石英粉；15：填充棒材；1：基体；2：填充棒材；3：喷涂面；4：外螺纹；5：扳手孔；6：脱粘空气隙；7：涂层。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需说明的是，本实施例中的上、下等方位词，以填充棒材的拧入端为上，相应的，以填充棒材的拧出端为下。其中，填充棒材的拧入端指的是填充棒材最先与变径通孔的内螺纹接触的一端，相对应的，填充棒材最后与变径通孔的内螺纹接触的一端称为拧出端。

如图3所示，一方面，本发明实施例提供了一种人工脱粘缺陷试件的预制方法，具体包括如下操作步骤：

S1、对基体加工出变径通孔，变径通孔的上部直径与预制缺陷直径相等，变径通孔的下部直径大于上部直径且在变径通孔下部的内壁设有内螺纹；

具体地，在本实施例中，变径通孔为上部直径小下部直径大的通孔结构，且变径通孔的上部的内壁为光滑设计，变径通孔的下部的内壁设有内螺纹，以用于与填充棒材螺纹连接。

S2、对预备的且与基体同质的材料进行加工，制备与变径通孔的尺寸相匹配的填充棒材，并在填充棒材对应于变径通孔下部的外表面设有与内螺纹配合使用的外螺纹，即外螺纹的螺纹规格与内螺纹的螺纹规格相同；

具体地，填充棒材与基体的材质相同，且填充棒材用于填充基体上的变径通孔；相应的，填充棒材也为上部直径小下部直径大的结构，以保证填充棒材能够插入变径通孔内。其中，填充棒材上对应于变径通孔下部的内螺纹设有外螺纹，实现填充棒材的拧入和拧出，大大降低变径通孔与填充棒材的配合难度，装配简便，配合紧密性好且加工成本低；且同时在棒材的上部及通孔的上部制备一定长度的无螺纹区，以使得棒材能与基体形成过盈配合，在喷涂表面消除棒材和基材之间的缝隙，获得更加接近真实缺陷的人工模拟脱粘缺陷，可靠性强。

S3、将填充棒材旋转拧入变径通孔内，并使得填充棒材的拧入端的端面与基体的外表面齐平，以形成一个完整的喷涂面；

具体地，完整的喷涂面指的是填充棒材与基体中的变径通孔紧密配合，使得填充棒材的拧入端与基体之间不存在间隙，填充棒材的拧入端与基体共同限定出一个用于喷涂的喷涂面。

其中，填充棒材的长度不小于所述变径通孔的深度。需说明的是，当填充棒材的长度大于变径通孔的深度时，即当填充棒材拧入变径通孔后，填充棒材的拧入端高出基体的外表面，可采用磨削或车削的方式将填充棒材的拧入端高出基体外表面的部分去除，使得填充棒材的拧入端与基体的外表面齐平，以形成一个完整的且用于喷涂的喷涂面。其中，变径通孔的深度指的是基体的厚度。

另外，在喷涂之前，通过在基体中制备变径通孔并插入填充棒材，避免了喷涂后将涂层与基体界面浸入水质工作液，缩短了制备工序，降低了生产成本。

S4、对喷涂面进行喷砂处理，并在喷砂后的表面喷涂涂层；

S5、将填充棒材从其拧出端拧出，并将填充棒材的拧入端去除一定厚度，使得填充棒材的拧入端与涂层的间距为预设间距，以获得人工脱粘缺陷。其中，预设间距为所需的脱粘空气隙。

具体地，在本实施例中，通过对步骤S3中的喷涂面依序进行喷砂及喷涂涂层处理后，将填充棒材从基体的非喷涂面的一侧部分拧出，并将填充棒材的拧入端去除一定厚度，即可获得本申请中的人工脱粘缺陷，操作简便，且采用本申请提供的人工脱粘缺陷试件的预制方法，人工缺陷的导热规律与真实脱粘缺陷更加接近，其导热效果与人工脱粘缺陷更为相似。其中，可通过切削的方式将填充棒材的拧入端去除一定厚度，操作简便，利于提高预制效率。

作为上述技术方案的优选，填充棒材对应于变径通孔上部的直径不小于变径通孔的上部直径，以使得填充棒材的上部与变径通孔的上部过盈配合。

具体地，填充棒材的上部与变径通孔的上部优选采用过盈配合的方式连接，利于在喷涂表面进一步地消除棒材和基材之间的缝隙，获得更加接近真实缺陷的人工模拟脱粘缺陷。优选的，在本实施例中，填充棒材的上部外径比变径通孔的上部直径大约0.001mm-0.01mm。

作为上述技术方案的优选，在将填充棒材旋转拧入变径通孔内之前，还包括：在填充棒材的外螺纹上和/或在变径通孔下部的内螺纹上涂覆有导热硅胶层。

由此上述涂覆导热硅胶层的方式有三种，具体包括：其一、在填充棒材的外螺纹上涂覆有导热硅胶层；其二、在变径通孔下部的内螺纹上涂覆有导热硅胶层；其三、在填充棒材的外螺纹上和在变径通孔下部的内螺纹上均涂覆有导热硅胶层。

通过在螺纹上涂覆有导热硅胶层，以提高螺纹连接处的导热能力，进而使得本申请提供的人工缺陷的导热规律与真实脱粘缺陷更加接近。具体可根据实际实施条件来选择合理的导热硅胶层的涂覆方式。

作为上述技术方案的优选，填充棒材的拧出端设有与扳手配合使用的扳手孔，以便于将填充棒材从变径通孔中拧出。

具体地，在本实施例中，填充棒材的拧出端设有六角扳手孔，以方便扳手施力，进而方便将填充棒材拧进或拧出变径通孔，便于人工缺陷的模拟且结构简单，加工工艺简便，利于降低生产成本。

作为上述技术方案的优选，喷涂的方式包括：火焰喷涂、电弧喷涂或等离子喷涂；涂层包括合金涂层、陶瓷涂层或合金-陶瓷涂层。具体地，喷涂的方式及涂层的材质类型均可根据实际实施条件来选择合理的喷涂方式及涂层材质类型。

作为上述技术方案的优选，对喷涂面进行喷砂处理包括：通过喷砂装置利用压缩空气为动力，用形成的高速喷射束将喷料喷射在喷涂面上，喷涂均匀，使工件的喷涂面获得均匀的清洁度和粗糙度，利于提高后续的人工缺陷脱粘的试验准确性；喷料包括：石英砂、钢砂及陶瓷砂中的一种或多种组合，具体可根据实际实施条件选择相应的喷料材质。

作为上述技术方案的优选，基体及填充棒材均采用45号钢制成，价格低廉，取材方便；且45号钢具有较高的强度、较好的切削加工性和较高的机械稳定性，利于维护脱粘缺陷试验的顺利进行。

需进一步说明的是，基体及填充棒材并不局限于上述45号钢材质，还可采用其它具有较高强度的金属材质制成。

另一方面，如图4至图5所示，本发明还提供了一种采用的人工脱粘缺陷试件的预制方法制备得到的人工脱粘缺陷试件，包括基体1、涂层7及填充棒材2，基体1设有变径通孔，变径通孔下部的内壁设有内螺纹，填充棒材2对应于变径通孔下部的外表面设有外螺纹4，填充棒材2通过变径通孔与基体1连接；填充棒材2拧入变径通孔后，填充棒材2的拧入端与基体1的外表面共同限定出一个完整的喷涂面3，涂层7喷涂在喷涂面3上。

本申请提供的人工脱粘缺陷试件采用包括变径通孔的基体1，且对应的，填充棒材2也采用变径式的结构，以能插入变径通孔内。

具体地，变径通孔为上部直径小、下部直径大的通孔结构，且变径通孔下部的内壁设有内螺纹；填充棒材2的上部光滑，下部对应于变径通孔的内螺纹设有与之相配合连接的外螺纹4，将填充棒材2旋转拧入变径通孔内，并使得填充棒材2的拧入端的端面与基体1的外表面齐平，以形成一个完整的喷涂面3；对喷涂面3进行喷砂处理，并在喷砂后的表面喷涂涂层7；将填充棒材2从其拧出端拧出，并将填充棒材2的拧入端去除一定厚度，使得填充棒材2的拧入端与涂层7的间距为预设间距，以获得人工脱粘缺陷。其中，预设间距为脱粘空气隙6。

因在填充棒材2的上部及变径通孔的上部制备一定长度的无螺纹区，以使得填充棒材2的上部能与基体1形成过盈配合，同时填充棒材2的下部通过螺纹结构实现拧入或拧出变径通孔，大大降低变径通孔与填充棒材2的配合难度，装配简便，配合紧密性好且加工成本低。并采用上述结构形式的填充棒材2及变径通孔，以能在喷涂表面消除棒材和基材之间的缝隙，获得更加接近真实缺陷的人工模拟脱粘缺陷，可靠性强。另外，在喷涂之前，通过在基体1中制备通孔并插入填充棒材2，避免了喷涂后将涂层7与基体1界面浸入水质工作液，缩短了制备工序，降低了生产成本。

作为上述技术方案的优选，进一步地，填充棒材2的拧出端设有与扳手配合使用的扳手孔5，以便于将填充棒材2从变径通孔中拧出。

具体地，涂层7制备完成后，从基体1非喷涂面(即靠近填充棒材2的拧出端的一面)通过扳手将填充棒材2拧出，并将填充棒材2的拧入端去除一定厚度，使得填充棒材2的拧入端与涂层7的间距为预设间距，以获得人工脱粘缺陷。

综上所述，本发明提供了一种人工脱粘缺陷试件的预制方法，包括如下操作步骤：对基体加工出变径通孔，变径通孔的上部直径与预制缺陷直径相等，变径通孔的下部直径大于上部直径且在变径通孔下部的内壁设有内螺纹；对预备的且与基体同质的材料进行加工，制备与变径通孔的尺寸相匹配的填充棒材，并在填充棒材对应于变径通孔下部的外表面设有与内螺纹配合使用的外螺纹；将填充棒材旋转拧入变径通孔内，并使得填充棒材的拧入端的端面与基体的外表面齐平，以形成一个完整的喷涂面；对喷涂面进行喷砂处理，并在喷砂后的表面喷涂涂层；将填充棒材从其拧出端拧出，并将填充棒材的拧入端去除一定厚度，使得填充棒材的拧入端与涂层的间距为预设间距，以获得人工脱粘缺陷。在喷涂之前，通过在基体中制备通孔并插入填充棒材，避免了喷涂后将涂层与基体界面浸入水质工作液，缩短了制备工序，降低了生产成本；并采用螺纹结构实现填充棒材的拧入和拧出，同时在棒材的上部及通孔的上部制备一定长度的无螺纹区，以使得棒材能与基体形成过盈配合，在喷涂表面消除棒材和基材之间的缝隙，获得更加接近真实缺陷的人工模拟脱粘缺陷，可靠性强。另外，采用螺纹结构，大大降低变径通孔与填充棒材的配合难度，装配简便，配合紧密性好且加工成本低。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种人工脱粘缺陷试件的预制方法，其特征在于，包括如下操作步骤：

对基体加工出变径通孔，所述变径通孔的上部直径与预制缺陷直径相等，所述变径通孔的下部直径大于所述上部直径且在所述变径通孔下部的内壁设有内螺纹；

对预备的且与基体同质的材料进行加工，制备与所述变径通孔的尺寸相匹配的填充棒材，并在所述填充棒材对应于所述变径通孔下部的外表面设有与所述内螺纹配合使用的外螺纹；

将所述填充棒材旋转拧入所述变径通孔内，并使得所述填充棒材的拧入端的端面与所述基体的外表面齐平，以形成一个完整的喷涂面；

对所述喷涂面进行喷砂处理，并在喷砂后的表面喷涂涂层；

将所述填充棒材从其拧出端拧出，并将所述填充棒材的拧入端去除一定厚度，使得所述填充棒材的拧入端与所述涂层的间距为预设间距，以获得人工脱粘缺陷。

2.根据权利要求1所述的人工脱粘缺陷试件的预制方法，其特征在于，所述填充棒材对应于所述变径通孔上部的直径不小于所述变径通孔的上部直径，以使得所述填充棒材的上部与所述变径通孔的上部过盈配合。

3.根据权利要求1所述的人工脱粘缺陷试件的预制方法，其特征在于，在所述将所述填充棒材旋转拧入所述变径通孔内之前，还包括：

在所述填充棒材的外螺纹上和/或在所述变径通孔下部的内螺纹上涂覆有导热硅胶层。

4.根据权利要求1所述的人工脱粘缺陷试件的预制方法，其特征在于：所述填充棒材的拧出端设有与扳手配合使用的扳手孔，以便于将所述填充棒材从所述变径通孔中拧出。

5.根据权利要求1所述的人工脱粘缺陷试件的预制方法，其特征在于，所述喷涂的方式包括：火焰喷涂、电弧喷涂或等离子喷涂；所述涂层包括合金涂层、陶瓷涂层或合金-陶瓷涂层。

6.根据权利要求1所述的人工脱粘缺陷试件的预制方法，其特征在于，所述对所述喷涂面进行喷砂处理包括：

通过喷砂装置利用压缩空气为动力，用形成的高速喷射束将喷料喷射在所述喷涂面上。

7.根据权利要求6所述的人工脱粘缺陷试件的预制方法，其特征在于：所述喷料包括：石英砂、钢砂及陶瓷砂中的一种或多种组合。

8.根据权利要求1-7任一项所述的人工脱粘缺陷试件的预制方法，其特征在于：所述基体及所述填充棒材均采用45号钢制成。

9.一种采用如权利要求1所述的人工脱粘缺陷试件的预制方法制备得到的人工脱粘缺陷试件，其特征在于：包括基体、涂层及填充棒材，所述基体设有变径通孔，所述变径通孔下部的内壁设有内螺纹，所述填充棒材对应于所述变径通孔下部的外表面设有外螺纹，所述填充棒材通过所述变径通孔与所述基体连接；所述填充棒材拧入所述变径通孔后，所述填充棒材的拧入端与所述基体的外表面共同限定出一个完整的喷涂面，所述涂层喷涂在所述喷涂面上。

10.根据权利要求9所述的人工脱粘缺陷试件，其特征在于：所述填充棒材的拧出端设有与扳手配合使用的扳手孔，以便于将所述填充棒材从所述变径通孔中拧出。