CN110887784A - 一种发动机缸孔内壁涂层结合强度检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于涂层结合强度测试技术领域，涉及一种发动机缸孔内壁涂层结合强度检测装置及检测方法；检测装置包括能够夹紧涂层检测块的固定底板和压板、能够贯穿压板的压紧结构、设置在压紧结构靠近固定底板的一端的挤压螺钉和设置拉钉孔内且能够与缸孔涂层检测块粘接的拉钉；检测方法：将涂层检测块放置在固定底板和压板之间，在拉钉的底部涂覆粘接材料，使粘接材料与涂层检测块涂层面充分粘接；取出涂层检测块并连同拉钉一起取出，将拉钉周边的涂层切割开；利用拉力计缓慢拉动拉钉，测得使拉丁脱落的最大拉力F；计算涂层结合强度P＝F/A；本发明结构简单，灵活、易于操作，能够模拟涂层与缸孔喷涂涂层的实际连接结构，能够提高测量数据的准确性。

Description

一种发动机缸孔内壁涂层结合强度检测装置及检测方法

技术领域

本发明属于涂层结合强度测试技术领域，涉及一种发动机缸孔内壁涂层结合强度测试装置及利用该装置测试发动机缸孔内壁涂层结合强度的测试方法。

背景技术

热喷涂是表面工程领域内赋予材料表面新功能最有效的技术之一，能够使得工件表面获得耐高温、抗氧化、耐磨损、耐腐蚀等功能涂层，还可以对缺损的部件进行修复，制备防辐射、密封、绝缘等特殊用途的功能涂层等，目前已在航空航天、汽车制造、石油化工、核工业、冶金、建筑、机械等众多领域得到了广泛的应用。由于喷涂的涂层与基体之间结合是以机械结合为主，这就要求涂层必须达到一定的结合强度，以保证涂层在不同工况下服役过程中不发生脱落。

目前，对热喷涂的涂层结合强度测试普遍采用的是拉伸试验法，是将喷涂涂层的拉伸试样与对偶试样用环氧树脂胶粘结接在一起，加热固化后通过万能材料试验机进行拉伸测试，执行的标准是GB/T8642-2002，ASTMC633或者DINEN582标准。

该测试方法中，喷涂涂层的拉伸试样与对偶试样的连接面为平面，拉伸试样难以模拟实际使用中的涂层实物发动机缸孔涂层的结合强度测试需要在缸孔实物上进行，导致测试结果误差较大。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种涂层结合强度的检测装置及其检测方法，用于提高涂层结合强度的测量精度。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的，结合附图说明如下：

一种涂层结合强度的检测装置，包括能够夹紧涂层检测块的固定底板1和压板2、能够贯穿压板的压紧结构、所述压紧结构包括挤压螺钉3，挤压螺钉3靠近固定底板1的一端设有拉钉孔，拉钉孔内装有能够与涂层检测块5粘接的拉钉7。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述的拉钉7的自由端涂覆有粘接层。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述的粘接层采用环氧树脂胶。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述的固定底板上设置有两根导向螺栓4，所述的压板2上设置有与导向螺栓4配合的通孔，所述的导向螺栓4上设置有能够对压板施压的压紧螺母6。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述的压紧结构包括设置在压板上的挤压螺纹通孔，所述挤压螺钉3与挤压螺纹通孔连接，所述的拉钉7设置在挤压螺钉靠近固定底板的一端。

一种涂层结合强度的检测装置的检测方法，包括以下几个步骤：

步骤S1：切割涂层检测块,样块取自缸体的缸孔部位,缸孔表面有喷涂涂层；

步骤S2：将涂层检测块放置在固定底板和压板之间，涂层检测块上的涂层面朝向压板，利用固定底板和压板将涂层检测块夹紧；

步骤S3：在拉钉的底部涂覆粘接材料，利用压紧结构将拉钉压紧在涂层检测块的涂层表面，然后放置烘箱内进行加热固化，使拉钉与涂层检测块充分粘接；使粘接材料与涂层检测块涂层面充分粘接；

步骤S4：取出涂层检测块并连同拉钉一起取出，将拉钉周边的涂层切割开；

步骤S5：使涂层检测块剩余的部分保持固定，利用拉力计缓慢拉动拉钉，直至拉钉与涂层检测块脱离，测得使拉丁脱落的最大拉力F；

步骤S6：计算涂层结合强度P＝F/A，其中A为拉钉与涂层检测块接触面的面积。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述的步骤S3中，在拉钉的底部涂覆粘接材料前，对拉钉的底部采用喷砂工艺或粗砂纸摩擦的方式进行粗化处理。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述的步骤S3中，所述的粘接材料采用环氧树脂胶，拉钉压紧在涂层检测块上之后，将检测装置与涂层检测块整体置于100℃～200℃的环境进行加热固化1～4小时，固化之后随炉冷却。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述的步骤S4中，涂层检测块切除后剩余部分的横截面积大于或等于拉钉的横截面积。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述的压板上的压紧结构能够设置两个或两个以上，对同一块涂层检测块进行多处检测，并计算多处涂层结合强度的平均值。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

本发明对于发动机缸孔内壁涂层结合强度的测试提供了一种结构简单，灵活、易于操作的测试装置，能够模拟涂层与缸孔喷涂涂层的实际连接结构，从而能够提高测量数据的准确性。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1为本发明所述发动机缸孔内壁涂层结合强度检测装置的结构示意图；

图2为本发明所述发动机缸孔内壁涂层结合强度检测装置的工作示意图；

图3为图2中的A处放大图；

图4为拉钉与涂层检测块的连接示意图。

其中：1-固定底板，2-压板，3-挤压螺钉，4-导向螺栓，5-涂层检测块，6-压紧螺母，7-拉钉。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

如图1所示，本实施例中，一种涂层结合强度的检测装置，包括能够夹紧涂层检测块5的固定底板1和压板2、若干个能够贯穿压板2的压紧结构、设置在压紧结构靠近固定底板1的一端的挤压螺钉3和设置拉钉孔内且能够与涂层检测块5粘接的拉钉7。能够贯穿压板2的压紧结构个数没有限制，根据检测点需求，设置1个或多个检测点，设置多少检测点就需要设置多少挤压螺钉及压紧结构。

进行检测时,根据需求,将形成涂层的缸孔内壁切割一部分，使切割出来的部分保持涂层原有形状，作为涂层检测块5。将涂层检测块5放置在固定底板1和压板2之间，并利用固定底板1和压板2将其压紧，避免测试时，涂层检测块5发生移动而影响测量精度。

如图3、图4所示，在拉钉7的端部涂覆粘接材料，通过压紧结构对拉钉7施压，使拉钉7涂覆有粘接材料的一端与涂层检测块5涂层表面紧密连接，以此模拟涂层检测块5与缸体的连接。

在涂层检测块5与拉钉7粘接紧固之后，取出拉钉7与涂层检测块5，采用金刚石开孔器切除拉钉7周围覆盖范围之外的涂层检测块5上的涂层，使拉钉7覆盖范围之内的涂层检测块5涂层与拉钉7保持连接，再将涂层检测块5固定，利用拉力计对拉钉7缓慢施加拉力，直至拉钉7与涂层检测块5分离，拉力计在拉钉7与涂层检测块5分离时检测到的拉力为使拉钉7与涂层检测块5分离的最大拉力，此时计算涂层结合强度P＝F/A，其中A为拉钉与涂层检测块5接触面的面积，计算所得涂层结合强度P即为涂层与缸体的的结合强度。

本实施例中，采用线切割的方式将涂层检测块5切割下来，并采用无水乙醇对涂层检测块5表面进行清洗，去除油污等杂质，避免涂层检测块5与粘接层的粘接强度受到影响。

实施例2：

在上述实施案例的基础上，本实施案例中，所述的粘接层采用环氧树脂胶。

在压紧结构将拉钉7压紧在涂层检测块5上之后，需要进行加热固化，将检测装置与涂层检测块5整体置于100℃～200℃的环境进行加热固化1～4小时，固化完成之后随炉冷却。加热时，环氧树脂胶受热软化而有利于与拉钉7和涂层检测块5充分粘接，并填补拉钉7与涂层检测块5之间的间隙以模拟涂层的连接情况。

本实施例中，环氧树脂胶可采用E-7胶，固化温度为100℃，保温时间3小时，保温结束后随炉冷却。

环氧树脂胶也能够采用FM-1000胶，固化温度180-200℃，保温时间2小时，保温结束后随炉冷却。

本实施例中，在拉钉7的底部涂覆粘接材料前，对拉钉7的底部采用喷砂工艺或粗砂纸摩擦的方式进行粗化处理，以此增加拉钉7底部的粗糙度，使拉钉7底部形成凹凸不平的粗糙表面，以此有利于提高拉钉7与粘接层的连接强度。

实施例3：

如图2所示，在上述实施例的基础上，本实施例中，所述的固定底板1上设置有两根导向螺栓4，所述的压板2上设置有与导向螺栓6配合的通孔，所述的导向螺栓4上设置有能够对压板2施压的压紧螺母6。

利用导向螺栓4能够对压板2的移动起到导向、限位的作用，有利于使压板2与固定底板1保持平行，从而保证拉钉7能够垂直向下与涂层检测块5接触，避免压力分散，有利于提高测量的精度。

所述的压紧结构包括设置在压板2上的挤压螺纹通孔和与挤压螺纹通孔连接的挤压螺钉3，所述的拉钉7设置在挤压螺钉3靠近固定底板1的一端。

以此通过旋转挤压螺钉3即可实现压紧或松脱拉钉7的功能，使得本方案结构简单、使用方便，有利于提高测量的效率。

拉钉7只是插在挤压螺钉3下端拉钉孔凹孔中，没有固定在一起。拉钉与测试块涂层粘接时，通过挤压螺栓对拉钉施压，使拉钉与测试块涂层很好粘接，粘接完成后，进行涂层结合强度检测时，将涂层检测块5连同拉钉7一起取出，进行下一步检测工作。实际操作中拉钉与挤压螺钉可以螺纹连接，也可以如上所述不连接，只要保证挤压螺栓3对拉钉7可以进行施压，且可以方便的取出测试块和拉钉即可。

本实施例中，所述的固定底板1上能够设置刻度线，利用刻度线便于涂层检测块5快速找准位置，以便于使涂层检测块5与压紧结构对齐。固定底板1上也能够设置定位块，利用定位块帮助涂层检测块5快速定位，而便于涂层检测块5与压紧结构快速对齐。

为了提高测量精度，往往需要多次进行实现，取得多组数据计算平均值，在压板2上的压紧结构能够设置多个，压紧结构(挤压螺栓及螺栓孔，与之配套的拉钉)可以根据检测点数量需求设置两个或两个以上。缸孔测量一般设置3个，能够对同一块涂层检测块5进行多处检测，取得同一测量条件下的多组数据，以此有利于提高测量的精度和数据的准确性。

实施例4：

在上述实施例的基础上，本实施例中，测试拉钉底7面直径为10mm，底面积为78.5mm²，所检测的涂层检测块5的基体为铝合金，涂层为铁基涂层，在涂层检测块5测试5个点，记录拉力的数值分别为2983N、2474.5N、2826N、2983N、2904.5N，按照结合强度计算公式P＝F/A，测得涂层的结合强度为38MPa、35MPa、36MPa、38MPa、37MPa，平均结合强度为36.8MPa。

实施例5：

在上述实施例的基础上，本实施例中，测试拉钉7底面直径为10mm，底面积为78.5mm²，所检测的涂层检测块5的基体为铸铁，涂层为铁基涂层，在涂层检测块5上测试5个点，记录拉力的数值分别为3611N、3768N、3532.5N、3846.5N、3768N，按照结合强度计算公式P＝F/A，测得涂层的结合强度为46MPa、48MPa、45MPa、49MPa、48MPa，平均结合强度为47.2MPa。

实施例6：

在上述实施例的基础上，本实施例中，测试拉钉7底面直径为10mm，底面积为78.5mm²，所检测的涂层检测块5的基体为铝合金，涂层为双层涂层，粘结层为NiAl涂层，表层为TiO2陶瓷涂层，在涂层检测块5上测试5个点，记录拉力的数值分别为2474.5N、2512N、2590.5N、2512N、2669N，按照结合强度计算公式P＝F/A，测得涂层的结合强度为35MPa、32MPa、33MPa、32MPa、34MPa，平均结合强度为33.2MPa。

实施例7：

在上述实施例的基础上，本实施例中，测试拉钉7底面直径为10mm，底面积为78.5mm²，所检测的涂层检测块5的基体为铸铁，涂层为双层涂层，粘结层为NiAl涂层，表层为TiO2陶瓷涂层，在涂层检测块5上测试5个点，记录拉力的数值分别为3061.5N、3297N、3140N、3061.5N、3218.5N，按照结合强度计算公式P＝F/A，测得涂层的结合强度为39MPa、42MPa、40MPa、39MPa、41MPa，平均结合强度为40.2MPa。

本实施例中，其它未描述的内容与上述实施例相同，故不赘述。

以上所述的，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种涂层结合强度的检测装置，其特征在于：包括能够夹紧缸孔涂层检测块(5)的固定底板(1)和压板(2)、能够贯穿压板(2)的压紧结构；所述压紧结构包括挤压螺钉(3)，挤压螺钉(3)靠近固定底板(1)的一端设有拉钉孔，拉钉孔内装有能够与涂层检测块(5)粘接的拉钉(7)。

2.根据权利要求1所述的一种涂层结合强度的检测装置，其特征在于：所述的拉钉(7)的自由端涂覆有粘接层。

3.根据权利要求2所述的一种涂层结合强度的检测装置，其特征在于：所述的粘接层采用环氧树脂胶。

4.根据权利要求1所述的一种涂层结合强度的检测装置，其特征在于：所述的固定底板(1)上设置有两根导向螺栓(4)，所述的压板(2)上设置有与导向螺栓(4)配合的通孔，所述的导向螺栓(4)上设置有能够对压板(2)施压的压紧螺母(6)。

5.根据权利要求4所述的一种涂层结合强度的检测装置，其特征在于：所述的压紧结构包括设置在压板(2)上的挤压螺纹通孔，所述挤压螺钉(3)与挤压螺纹通孔连接，所述的拉钉(7)装在挤压螺钉(3)靠近固定底板(1)的一端。

6.一种涂层结合强度的检测装置的检测方法，其特征在于：包括以下几个步骤：

步骤S1：切割涂层检测块(5),样块取自缸体的缸孔部位,缸孔表面有喷涂涂层；

步骤S2：将涂层检测块(5)放置在固定底板(1)和压板(2)之间，涂层检测块(5)涂层面朝向压板(2)，利用固定底板(1)和压板(2)将涂层检测块(5)夹紧；

步骤S3：在拉钉(7)的底部涂覆粘接材料，利用压紧结构将拉钉(7)压紧在涂层检测块(5)的涂层表面，使粘接材料与涂层检测块(5)涂层面充分粘接；

步骤S4：取出涂层检测块(5)并连同拉钉(7)一起取出，切除涂层检测块(5)上面拉钉(7)周边的涂层；

步骤S5：使涂层检测块(5)剩余的部分保持固定，利用拉力计缓慢拉动拉钉(7)，直至拉钉(4)与涂层检测块(5)脱离，测得使拉丁脱落的最大拉力F；

步骤S6：计算涂层结合强度P＝F/A，其中A为拉钉与涂层检测块(5)接触面的面积。

7.根据权利要求6所述的一种涂层结合强度的检测装置及其检测方法，其特征在于：所述的步骤S3中，在拉钉(7)的底部涂覆粘接材料前，对拉钉(7)的底部采用喷砂工艺或粗砂纸摩擦的方式进行粗化处理。

8.根据权利要求6所述的一种涂层结合强度的检测装置及其检测方法，其特征在于：所述的步骤S3中，所述的粘接材料采用环氧树脂胶，拉钉(7)压紧在涂层检测块(5)上之后，将检测装置与涂层检测块(5)整体置于100℃～200℃的环境进行加热固化1～4小时，固化之后随炉冷却。

9.根据权利要求6所述的一种涂层结合强度的检测装置及其检测方法，其特征在于：所述的步骤S4中，涂层检测块(5)切除后剩余部分的横截面积大于或等于拉钉(7)的横截面积。

10.根据权利要求6所述的一种涂层结合强度的检测装置及其检测方法，其特征在于：所述的压板(2)上的压紧结构能够设置两个或两个以上，对同一块涂层检测块(5)进行多处检测，并计算多处涂层结合强度的平均值。

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