CN112082941A - 一种用于涂层的结合强度测试试样及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于涂层的结合强度测试试样及方法，试样主要包括：拉伸螺母端、拉伸螺栓端、拉伸圆台芯；所述拉伸螺母端一端与拉伸机连接，另一端拉伸螺栓端螺纹连接，在拉伸螺栓端开有轴向通孔，侧面开有与所述轴向通孔连通的第一定位销孔；拉伸圆台芯可插入所述轴向通孔内，拉伸圆台芯的侧面开有第二定位销孔；当拉伸圆台芯插入轴向通孔内，且将定位销依次插入第一定位销孔、第二定位销孔后，拉伸圆台芯的一端端面与拉伸螺栓端的一端面恰好处于同一平面且形成完整端面，在所述完整端面上制备所需测试涂层；所述拉伸圆台芯的另一端与拉伸机连接。该试样尤其适用于具有高结合强度的激光熔覆涂层的测量，具有直观可靠、过程安全、方便的优点。

Description

一种用于涂层的结合强度测试试样及方法

技术领域

本发明属于表面处理及再制造涂层技术领域，涉及一种用于涂层的结合强度测试方法及其试样，尤其是一种可以准确、方便地测量激光熔覆涂层结合强度的试样和方法。

背景技术

目前涂层结合强度的测试方法主要有弯曲试验法、扭转试验法、划痕试验法、压痕试验法、胶粘拉伸试验法等。弯曲试验法主要利用弯曲梁的线弹性理论来进行涂层结合力测量，需要声发射测试仪器来捕捉涂层破裂的讯号，并且需通过复杂的数据计算算出涂层结合力，还要结合金相显微镜和扫描电镜分析，找到开裂点，分析其开裂机理。扭转试验法与划痕试验法的过程与弯曲试验法类似，都需要声发射测试仪器来捕捉涂层破裂的讯号，并通过相应复杂的公式进行数据计算，最后还要通过显微镜进行形貌分析，确定涂层开裂的原因，测量结果不直观。压痕试验法虽然不需要声发射测试仪来界定涂层开裂瞬间，但是为了找到涂层开裂时的临界载荷(涂层表面上观测到侧向裂纹的最小载荷)，需要光学显微镜全时监控，并且临界载荷比较难确定。

因此，对于涂层的结合强度的测量，因为胶粘和拉伸的方式操作简单，结果直观，无需复杂计算，被世界多国标准采纳应用，应用广泛。比如：我国用于涂层附着力的测定法标准GB 5210-85；用于热喷涂涂层结合强度测定标准GB8642-88。但是该方式受到胶粘剂本身的抗拉强度的限制，市面上的胶粘剂抗拉强度一般都不超过80MP。目前，应用于热喷涂中爆炸喷涂制备涂层的高结合强度测量时，就经常出现脱胶的现象，所以更难应用于涂层结合强度大得多的激光熔覆制备的涂层。因此传统的试样和方法很难直观、方便、准确地对激光熔覆涂层的结合强度进行测定。

发明内容

本发明的目的是为了实现涂层的结合强度测量功能，尤其是具有高结合强度的激光熔覆涂层的测量，提供一种用于涂层的结合强度测量试样及方法，主要实现试样能满足冶金结合涂层超高结合强度测试的功能，并且该试样适合在大部分拉伸机上应用，具有测量数据直观可靠，测量过程安全、方便的优点。

本发明采用以下技术方案实现：

一种用于涂层的结合强度测试试样，主要包括：拉伸螺母端、拉伸螺栓端、拉伸圆台芯；

所述拉伸螺母端，一端用于与拉伸机连接，另一端设有内螺纹；

所述的拉伸螺栓端具有外螺纹，用于与拉伸螺母端的内螺纹连接，在拉伸螺栓端开有轴向通孔，侧面开有与所述轴向通孔连通的第一定位销孔；

所述的拉伸圆台芯可插入所述轴向通孔内，拉伸圆台芯的侧面开有第二定位销孔；

当拉伸圆台芯插入轴向通孔内，且将定位销依次插入第一定位销孔、第二定位销孔后，拉伸圆台芯的一端端面与拉伸螺栓端的一端面恰好处于同一平面且形成完整端面，在所述完整端面上制备所需测试涂层；

所述拉伸圆台芯的另一端用于与拉伸机连接。

上述技术方案中，进一步的，所述的定位销与所述的第一定位销孔、第二定位销孔为间隙配合。

进一步的，所述的拉伸螺母端、拉伸圆台芯与拉伸机均通过螺纹连接。

进一步的，所述的轴向通孔为两段相连的圆台孔，第一圆台孔的大底端即第二圆台孔的小底端，所述的拉伸圆台芯上具有与所述第二圆台孔孔壁倾角相同的锥面段，用于与第二圆台孔配合实现对拉伸圆台芯的限位。

更进一步的，所述的拉伸圆台芯为一体成型结构，包括圆台段和与所述圆台段大底端相连的圆柱段，圆台段的锥面与轴向的倾角小于所述第一圆台孔孔壁与轴向倾角，所述圆柱段上设置锥面倒角形成所述锥面段，圆柱段末端开有轴向螺纹孔用于与拉伸机螺纹连接，所述拉伸圆台芯与所述轴向通孔形成间隙配合。

进一步的，所述的拉伸螺母端的端面钻有一个螺纹孔，通过该螺纹孔与拉伸机螺栓连接。

进一步的，所述拉伸螺栓端与拉伸螺母端相连接的一端端面设计为凸台状。

一种用于涂层的结合强度测试方法，采用上述试样实现，包括：

将拉伸圆台芯插入拉伸螺栓端的轴向通孔，插入定位销，使两者无相对移动；

将拉伸螺栓端携带拉伸圆台芯一起置于涂覆工位上，在所述完整端面上进行涂层制备；

将拉伸螺栓端与拉伸螺母端利用螺纹旋紧，将拉伸螺母端与拉伸机一端相连接，将拉伸圆台芯与拉伸机另一端相连接，之后拔掉定位销；

启动拉伸机，将初始载荷清零，均匀、连续的施加载荷，直至涂层断裂，拉伸圆台芯端面与涂层分离，记录最大破断载荷，计算结合强度。

本发明的有益效果在于：

本发明的用于涂层的结合强度测试试样，适应性强，可在市面上大部分拉伸机上应用，尤其可以用来测试激光熔覆涂层的结合强度。该试样中除了熔覆层的结合力，其余受拉伸力的作用的地方都可以采用螺纹连接，试样的结构既能承受冶金结合涂层的高结合强度测量所需的高载荷拉伸，又能保证涂层结合强度测试结果的可靠性，并且螺纹连接的拆装比粘胶的操作更快、更便捷，同时受不利影响因素较小。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明。

附图说明

图1本发明试样的一种具体实施例的结构示意图；

图2本发明试样的一种具体实施例的旋合待测试状态示意图。

其中，1-拉伸螺母端、2-涂层、3-拉伸螺栓端、4-定位销、4.1-第一定位销孔、4.2-第二定位销孔、5-拉伸圆台芯、6-轴向通孔、6.1-第一圆台孔、6.2-第二圆台孔。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的显示控制方法及系统的具体实施方式、结构、特征及功效，详细说明如后。

有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例详细说明中将可清楚的呈现。通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

参见图1，图中所示是熔覆层已经制备完成，准备将拉伸螺栓端和拉伸螺母端旋合前的状态；参见图2，图中所示为准备拉伸试验时的试样状态。本发明中所述的涂层可以是激光熔覆制备的涂层，也可以是其他方法制备的涂层，如热喷焊涂层，热喷涂涂层。

如图所示的本发明的具体实例中，测试试样主要包括：拉伸螺母端1、熔覆层2、拉伸螺栓端3、定位销4、拉伸圆台芯5。

所述的拉伸螺母端1主体为圆柱体，圆柱体从下端面钻有一个用于与拉伸螺栓端3配合的螺纹孔，在圆柱体上端面还有一个小圆柱体，在小圆柱体的上端面钻有一个用于与拉伸机连接的螺纹孔，圆柱体与小圆柱体二者不是分割的，是由一整块高强度钢一体成型获得；

所述的拉伸螺栓端3主体是一整块高强度钢圆柱体，侧面车有一段距离的外螺纹，该外螺纹用于与拉伸螺母端2的圆柱体内部的螺纹孔相配合；拉伸螺栓端3上端面呈凸台状，凸台端面比拉伸螺栓端3横截面要小，这样可以在测量时消除涂层与侧面螺纹的干涉影响，也能节约涂层的材料成本。拉伸螺栓端3下段侧面钻有一个垂直于轴线的第一定位销孔4.1；拉伸螺栓端3的内部有一个轴向通孔6，第一定位销孔是与该通孔连通的，轴向通孔6为两段圆台孔相连形成，第一圆台孔的大底端即第二圆台孔的小底端；第一圆台孔的小底端的大小可以根据不同拉伸机的量程而加工，既保证测量的精度，又能增强试样被测量的适应性；

所述的拉伸圆台芯5整体也是一个高强度钢材的回转体，上部为圆台体下部为圆柱体，且圆台体大底端与圆柱体连接；拉伸圆台芯5上开有第二定位销孔4.2，圆台体锥面与轴向角度应略小于拉伸螺栓端中第一圆台孔的锥面角度，拉伸圆台芯与拉伸螺栓端应达到间隙配合的程度，尽量消除两者之间的间隙对熔覆层制备的影响和对测试结果的影响，同时也避免侧面的摩擦力对测试结果的影响；圆柱体上车有一个锥面倒角，该锥面与轴线的角度与第二圆台孔孔壁和轴线的角度相等，拉伸圆台芯5插入轴向通孔，并将定位销插入第一定位销孔、第二定位销孔后，该锥面段可与第二圆台孔孔壁贴紧从而使得拉伸圆台芯5与拉伸螺栓端3同轴限位，同时实现二者轴向、径向限位，此时，拉伸圆台芯5的圆台体小底端端面恰好与拉伸螺栓端3的凸台端面形成一个完整端面，直接在该完整端面上制备涂层即可。所述的圆台体的上端面(即小底端)面积的大小，可根据所使用的拉伸机的量程来设定，也是计算涂层结合强度的所需的面积参数，所述圆柱体的下端面钻有一个螺纹孔用于与拉伸机的下端连接。

利用该试样进行涂层结合力测试的过程如下：

1)将拉伸圆台芯5插入拉伸螺栓端3的轴向通孔内，使得锥面倒角与第二圆台孔两锥面压紧，将定位销4分别穿过第一、第二定位销孔；此时拉伸圆台芯5的上端面与拉伸螺栓端3的最上表面形成一个完整端面；

2)将步骤1)的试样放置在激光熔覆设备的工位上，并对其上端面进行激光熔覆制备涂层过程；

3)涂层制备完毕后，将拉伸螺栓端3与拉伸螺母端1通过螺纹旋合在一起；

4)将拉伸螺母端1通过螺纹连接于拉伸机的上拉伸轴，将拉伸圆台芯5通过螺纹连接于拉伸机的下拉伸轴；将定位销拔出；

5)启动拉伸机，将初始载荷清零，均匀、连续的施加载荷，直至熔覆涂层断裂，拉伸圆台芯5上端面与熔覆层分离，记录最大破断载荷，并计算结合强度。

Claims (8)

1.一种用于涂层的结合强度测试试样，其特征在于，主要包括：拉伸螺母端、拉伸螺栓端、拉伸圆台芯；

所述拉伸螺母端，一端用于与拉伸机连接，另一端设有内螺纹；

所述的拉伸螺栓端具有外螺纹，用于与拉伸螺母端的内螺纹连接，在拉伸螺栓端开有轴向通孔，侧面开有与所述轴向通孔连通的第一定位销孔；

所述的拉伸圆台芯可插入所述轴向通孔内，拉伸圆台芯的侧面开有第二定位销孔；

当拉伸圆台芯插入轴向通孔内，且将定位销依次插入第一定位销孔、第二定位销孔后，拉伸圆台芯的一端端面与拉伸螺栓端的一端面恰好处于同一平面且形成完整端面，在所述完整端面上制备所需测试涂层；

所述拉伸圆台芯的另一端用于与拉伸机连接。

2.根据权利要求1所述的用于涂层的结合强度测试试样，其特征在于，所述的定位销与所述的第一定位销孔、第二定位销孔为间隙配合。

3.根据权利要求1所述的用于涂层的结合强度测试试样，其特征在于，所述的拉伸螺母端、拉伸圆台芯与拉伸机均通过螺纹连接。

4.根据权利要求1所述的用于涂层的结合强度测试试样，其特征在于，所述的轴向通孔为两段相连的圆台孔，第一圆台孔的大底端即第二圆台孔的小底端，所述的拉伸圆台芯上具有与所述第二圆台孔孔壁倾角相同的锥面段，与第二圆台孔配合实现对拉伸圆台芯的限位。

5.根据权利要求4所述的用于涂层的结合强度测试试样，其特征在于，所述的拉伸圆台芯为一体成型结构，包括相连的圆台段和与所述圆台段大底端相连的圆柱段，圆台段的锥面与轴向的倾角小于所述第一圆台孔孔壁与轴向倾角，所述圆柱段上设置锥面倒角形成所述锥面段，圆柱段末端开有轴向螺纹孔用于与拉伸机螺纹连接，所述拉伸圆台芯与所述轴向通孔形成间隙配合。

6.根据权利要求1所述的用于涂层的结合强度测试试样，其特征在于，所述的拉伸螺母端的端面钻有一个螺纹孔，通过该螺纹孔与拉伸机螺栓连接。

7.根据权利要求1所述的用于涂层的结合强度测试试样，其特征在于，所述拉伸螺栓端与拉伸螺母端相连接的一端端面设计为凸台状。

8.一种用于涂层的结合强度测试方法，其特征在于，采用如权利要求1-7任一项所述的试样实现，包括：

将拉伸圆台芯插入拉伸螺栓端的轴向通孔，插入定位销，使两者无相对移动；

将拉伸螺栓端携带拉伸圆台芯一起置于涂覆工位上，在所述完整端面上进行涂层制备；

将拉伸螺栓端与拉伸螺母端利用螺纹旋紧，将拉伸螺母端与拉伸机一端相连接，将拉伸圆台芯与拉伸机另一端相连接，之后拔掉定位销；

启动拉伸机，将初始载荷清零，均匀、连续的施加载荷，直至涂层断裂，拉伸圆台芯端面与涂层分离，记录最大破断载荷，计算结合强度。

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