CN112649358A - 一种用于检测管状基体内壁涂层结合强度的装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于检测管状基体内壁涂层结合强度的装置与方法，包括梯形销、卡盘、壳体、支架、衬套、旋转轴。先将车削加工过的管状基体放置于卡盘内侧，再对管状基体内壁进行涂覆，然后将涂层、管状基体、卡盘、梯形销安装在壳体上，最后进行扭转试验，并计算结合强度。本发明不仅有效解决了管状基体内壁涂层结合强度难以检测的难题，也能够对机械结合涂层以及超强冶金结合涂层的结合强度进行定量检测。该装置结构简单，操作便捷，可控性强，方法简便易行，可靠程度高。
Description
技术领域
本发明涉及涂层质量评价技术领域，具体涉及一种用于检测管状基体内壁涂层结合强度的装置与方法。
背景技术
表面涂层技术是指通过对材料基体表面铺加涂层或改变表面形貌、化学组成、相组成、微观结构、缺陷状态，达到提高材料抵御环境作用能力或赋予材料表面某种特性的工艺技术。表面涂层技术可以在不改变材料基本组成的前提下而大幅度提高材料性能，经济效益显著。
目前对表面涂层质量评价的标准，微观上主要包括表面涂层化学元素的种类和分布、是否形成良好的组织，能否提供所要求的性能，过渡层是否为冶金结合，必要时要进行质量寿命检测；宏观上主要包括裂纹和气孔情况、稀释率大小、表面不平度、涂层与基体的结合强度等。
其中，针对检测涂层与基体的结合强度的方法有很多，如胶粘法、拉伸法等。但是随着新型涂层制备技术的应用越来越广泛，如新型的冷喷涂、超音速火焰喷涂、激光熔覆等技术，得到的涂层与基体为冶金结合，结合强度超高，甚至达到几百上千兆帕，因此常常为找寻不到合适的胶粘剂而束手无策；而拉伸法主要用于平面基体涂层结合强度的检测，对于管状基体涂层结合强度的检测方法还鲜有知晓。
因此，实施对管状基体内壁超强涂层结合强度的表征工作势在必行，以满足增材制造新型涂层制备技术对超强涂层结合强度表征的需求。
发明内容
本发明针对管状基体内壁涂层结合强度的检测，提供了一种用于检测管状基体内壁涂层结合强度的装置与方法。先将车削加工过的管状基体放置于卡盘内侧，再对管状基体内壁进行涂覆，然后将涂层、管状基体、卡盘、梯形销安装在壳体上，最后进行扭转试验，并计算结合强度。本发明不仅有效解决了管状基体内壁涂层结合强度难以检测的难题，也能够对机械结合涂层以及超强冶金结合涂层的结合强度进行定量检测。该装置结构简单，操作便捷，可控性强，方法简便易行，可靠程度高。
本发明旨在是通过以下技术步骤来实现：
一种检测管状基体内壁涂层结合强度的方法，包括以下步骤：
步骤S1：将用于检测管状基体内壁涂层结合强度的装置安装到工作台上，所述用于检测管状基体内壁涂层结合强度的装置包括卡盘、壳体、旋转轴、支架、衬套和梯形销；所述支架安装在工作台上；所述壳体安装在支架上；所述卡盘与壳体同轴安装；所述卡盘的圆周设有多个均匀布置的梯形销槽，梯形销槽的末端设有第一通孔，所述梯形销放置于梯形销槽内，且梯形销的顶端能够配合插入第一通孔内；所述旋转轴的一端用于放置于壳体与卡盘内部、且旋转轴的一端面与梯形销螺纹连接；所述衬套套在旋转轴上、且与壳体螺纹连接；将旋转轴连接在万能材料试验机上；
步骤S2：车削加工管状基体，并打磨、清洗，使得管状基体能够配合置于卡盘内侧，并在管状基体圆周设置多个均匀布置的第二通孔；
步骤S3：将所述管状基体置于卡盘内侧，并将梯形销的顶端继续伸入管状基体圆周的第二通孔内、且与管状基体内壁表面共圆；
步骤S4：对所述管状基体的内壁进行表面涂覆形成涂层；
步骤S5：将已涂覆的管状基体、卡盘、梯形销安装在壳体上；
步骤S6：启动万能材料试验机，当梯形销与涂层处于剥离断裂状态时，记录抗扭应力的数值；
步骤S7：所述涂层与管状基体的结合强度的数值等于所述抗扭应力的数值。
上述方案中，所述步骤S2中管状基体圆周设置四个呈90°环形分布的第二通孔，所述第二通孔为梯形孔，且第一通孔与第二通孔的深度和等于梯形销前端伸出长度。
上述方案中，所述步骤S4中涂层厚度不低于0.5mm。
上述方案中，所述涂层为等离子喷涂涂层、电弧喷涂涂层、冷喷涂涂层、超音速火焰喷涂涂层或激光熔覆涂层等。
上述方案中，所述步骤S5中卡盘通过螺栓连接到壳体上。
一种实现所述的检测管状基体内壁涂层结合强度方法的装置，包括用于检测管状基体内壁涂层结合强度的装置和万能材料试验机；
所述用于检测管状基体内壁涂层结合强度的装置包括卡盘、壳体、旋转轴、支架、衬套和梯形销；所述壳体安装在支架上；所述卡盘与壳体同轴安装；所述卡盘的圆周设有多个均匀布置的梯形销槽，梯形销槽的末端设有第一通孔，所述梯形销放置于梯形销槽内，且梯形销的顶端能够配合插入第一通孔内；所述旋转轴的一端放置于壳体与卡盘内部、且旋转轴的一端面与梯形销螺纹连接；所述衬套套在旋转轴上、且与壳体螺纹连接；所述旋转轴的另一端与所述万能材料试验机连接。
上述方案中，所述支架通过螺栓连接到工作台上。
上述方案中，所述旋转轴另一端与万能材料试验机螺纹连接。
上述方案中，所述梯形销槽侧面设有导轨，所述导轨用于与梯形销的两侧面设有的长方体凸起配合滑动连接。
上述方案中，所述梯形销背面设有矩形螺纹，用于与旋转轴一端面的螺纹配合旋转，前端伸出于卡盘上的细小通槽，与管状基体截面等高，用于固定管状基体和连接涂层，两侧面设有长方体凸起，用于与导轨配合。
与现有技术相比，本发明的增益效果如下：
1.本发明装置结构简单，操作便捷，可控性强，发明方法简便易行，可靠程度高。
2.本发明有效的解决了管状基体内壁涂层结合强度难以检测的难题。
3.本发明不仅能够对等离子喷涂、电弧喷涂等机械结合涂层为主的结合强度进行定量检测，而且还能对冷喷涂、超音速火焰喷涂、激光熔覆等超强冶金结合涂层为主的结合强度进行定量检测。
附图说明
图1是本发明提供的检测涂层结合强度装置剖面图；
图2是本发明提供的检测涂层结合强度装置轴测图；
图3是本发明提供的装置中卡盘轴测图；
图4是本发明提供的装置中壳体轴测图；
图5是本发明提供的装置中衬套轴测图；
图6是本发明提供的装置中旋转轴轴测图；
图7是本发明提供的装置中支架轴测图；
图8是本发明提供的装置中梯形销轴测图；
图9是本发明提供的装置中管状基体轴测图。
图中，1、卡盘；2、壳体；3、旋转轴；4、支架；5、衬套；6、梯形销；7、涂层；8、管状基体。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。
图1和图2所示为本发明所述用于检测管状基体内壁涂层结合强度的装置的一种较佳实施方式，所述用于检测管状基体内壁涂层结合强度的装置包括卡盘1、壳体2、旋转轴3、支架4、衬套5、梯形销6；所述支架4通过螺栓固定于工作台上；所述壳体2通过螺栓固定于支架4上；所述卡盘1上通过长螺栓连接固定于壳体2上；所述梯形销6放置于梯形销槽内；所述旋转轴3放置于壳体2与卡盘1内部；所述衬套5通过外螺纹与壳体2连接。
优选的，所述支架4上下各设有2个通孔，上端用于连接壳体2，下端用于连接工作台，起到固定装置作用；所述壳体2设有内螺纹，侧面设有四个呈90°环形分布的螺纹孔，用于连接卡盘1，下面设有2个螺纹孔，用于连接支架4；所述卡盘1与壳体2同轴放置，侧面分别设有四个呈90°环形分布的螺纹孔和梯形销槽，梯形销槽前端设细小第一通孔，两侧面设有导轨，用于放置梯形销6；所述梯形销6背面设有矩形螺纹，用于与旋转轴3一端面的螺纹配合旋转，前端伸出于卡盘1上的细小梯形销槽，与管状基体8截面等高，用于固定管状基体8和连接涂层7，两侧面设有长方体凸起，用于与导轨配合；所述旋转轴3与壳体2同轴放置，一端侧面设有矩形螺纹，用于与梯形销6配合旋转，另一端设有内螺纹，用于连接万能材料试验机；所述衬套5外套于旋转轴3上通过外螺纹与壳体2连接，用于固定旋转轴3。
一种检测管状基体内壁涂层结合强度的方法，先将车削加工过的管状基体8放置于卡盘1内侧，再对管状基体8内壁进行涂覆，然后将涂层7、管状基体8、卡盘1、梯形销6安装在壳体2上，最后进行扭转试验，并计算结合强度。其具体步骤为：
步骤S1：将用于检测管状基体内壁涂层结合强度的装置安装到工作台上，所述用于检测管状基体内壁涂层结合强度的装置包括卡盘1、壳体2、旋转轴3、支架4、衬套5和梯形销6；所述支架4安装在工作台上；所述壳体2安装在支架4上；所述卡盘1与壳体2同轴安装；所述卡盘1的圆周设有多个均匀布置的梯形销槽，梯形销槽的末端设有第一通孔，所述梯形销6放置于梯形销槽内，且梯形销6的顶端能够配合插入第一通孔内；所述旋转轴3的一端用于放置于壳体2与卡盘1内部、且旋转轴3的一端面与梯形销6螺纹连接；所述衬套5套在旋转轴3上、且与壳体2螺纹连接；将旋转轴3连接在万能材料试验机上；
步骤S2：车削加工管状基体8，并打磨、清洗，使得管状基体8能够置于卡盘1内侧，并在管状基体8圆周设置多个均匀布置的第二通孔；
步骤S3：将所述管状基体8置于卡盘1内侧，并将梯形销6的顶端继续伸入管状基体8圆周的第二通孔内、且与管状基体8内壁表面齐平；
步骤S4：对所述管状基体8的内壁进行表面涂覆形成涂层7；
步骤S5：将已涂覆的管状基体8、卡盘1、梯形销6安装在壳体2上；
步骤S6：启动万能材料试验机，当梯形销6与涂层7处于剥离断裂状态时，记录抗扭应力的数值；
步骤S7：根据公式计算涂层与管状基体的结合强度，所述涂层7与管状基体8的结合强度等于所述抗扭应力。
优选的，所述步骤S1中支架4通过螺栓连接到工作台上，旋转轴3通过右端内螺纹连接在万能材料试验机上。
所述步骤S2中管状基体8车削加工至内径为70mm，外径为80mm，长15mm，四周加工四个呈90°环形分布的梯形孔，并利用砂纸进行打磨，超声波清洗机进行清洗，并吹干。
所述步骤S3中梯形销6前端与管状基体8内径共圆。
所述步骤S4中表面涂覆的涂层7厚度不低于0.5mm，主要为等离子喷涂涂层、电弧喷涂涂层、冷喷涂涂层、超音速火焰喷涂涂层或激光熔覆涂层。
所述步骤S5中卡盘1通过螺栓连接到壳体2上。
所述步骤S6中万能材料试验机可获得涂层7与管状基体8剥离断裂的扭矩-扭转角曲线及参数，并测得涂层与管状基体界面开裂条件，即当涂层7与管状基体8界面剥离开裂时扭矩-扭转角曲线会生成一个拐点，此拐点所对应的抗扭应力即为涂层7与管状基体8界面的结合强度，剥离断裂状态为万能材料试验机带动梯形销6外扩直至梯形销6与涂层7在结合位置剥离断裂时的状态。
所述步骤S7中公式为σb＝τa，式中σb—涂层与管状基体的结合强度，τa—涂层与管状基体的抗扭应力。
实施例1
步骤S1：将支架4通过螺栓连接到工作台上，旋转轴3通过右端内螺纹连接在万能材料试验机上。
步骤S2：将管状Q235钢基体车削加工至内径为70mm，外径为80mm，长15mm，四周加工4个呈90°环形分布的梯形孔，并利用砂纸进行打磨，超声波清洗机进行清洗，得到管状基体8；
步骤S3：手动放置管状基体8于卡盘1内侧，并固定梯形销6，使得梯形销6前端与管状Q235钢的内径共圆；
步骤S4：对管状Q235钢内壁进行等离子喷涂，喷涂材料为Cr2O3纯粉末，等离子喷涂工艺参数范围如下：输入功率30KW，喷涂距离110mm，送粉率30g/min，Ar气体流量50L/min，经游标卡尺测量得等离子喷涂涂层厚度为0.58mm；
步骤S5：将已涂覆等离子喷涂涂层7的管状Q235钢基体、卡盘1、梯形销6通过螺栓一同安装在壳体2上；
步骤S6：启动万能材料试验机，获得等离子喷涂涂层与Q235钢的剥离断裂的扭矩-扭转角曲线及参数，当梯形销6与等离子喷涂涂层处于剥离断裂状态时，记录剥离抗扭应力的数值(拐点参数)为38.6MPa；
步骤S7：根据公式σb＝τa，式中σb—涂层与管状基体的结合强度，τa—涂层与管状基体的抗扭应力，知等离子喷涂涂层与管状Q235钢基体的结合强度数值大小即为抗扭应力的数值大小，即结合强度σb＝38.6MPa。
实施例2
步骤S1：将支架4通过螺栓连接到工作台上，旋转轴3通过右端内螺纹连接在万能材料试验机上；
步骤S2：将管状45钢基体车削加工至内径为70mm，外径为80mm，长15mm，四周加工四个呈90°环形分布的梯形孔，并利用砂纸进行打磨，超声波清洗机进行清洗；
步骤S3：手动放置管状基体8于卡盘1内侧，并固定梯形销6，使得梯形销6前端与管状45钢的内径共圆；
步骤S4：对管状45钢内壁进行激光熔覆Ni35合金粉末，激光熔覆工艺参数范围如下：激光功率2000W，扫描速度0.05m/s，光斑直径2mm，保护气体氩气的流速15L/h，经游标卡尺测量得激光熔覆涂层厚度为4.06mm；
步骤S5：将已涂覆激光熔覆涂层的管状45钢基体、卡盘1、梯形销6通过螺栓一同安装在壳体2上。
步骤S6：启动万能材料试验机，获得激光熔覆涂层与45钢的剥离断裂的扭矩-扭转角曲线及参数，当梯形销与激光熔覆涂层处于剥离断裂状态时，记录剥离抗扭应力的数值(拐点参数)为349.8MPa。
步骤S7：根据公式σb＝τa，式中σb—涂层与管状基体的结合强度，τa—涂层与管状基体的抗扭应力，知激光熔覆涂层与管状45钢基体的结合强度数值大小即为抗扭应力的数值大小，即结合强度σb＝349.8MPa。
应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种检测管状基体内壁涂层结合强度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：将用于检测管状基体内壁涂层结合强度的装置安装到工作台上，所述用于检测管状基体内壁涂层结合强度的装置包括卡盘(1)、壳体(2)、旋转轴(3)、支架(4)、衬套(5)和梯形销(6)；所述支架(4)安装在工作台上；所述壳体(2)安装在支架(4)上；所述卡盘(1)与壳体(2)同轴安装；所述卡盘(1)的圆周设有多个均匀布置的梯形销槽，梯形销槽的末端设有第一通孔，所述梯形销(6)放置于梯形销槽内，且梯形销(6)的顶端能够配合插入第一通孔内；所述旋转轴(3)的一端用于放置于壳体(2)与卡盘(1)内部、且旋转轴(3)的一端面与梯形销(6)螺纹连接；所述衬套(5)套在旋转轴(3)上、且与壳体(2)螺纹连接；将旋转轴(3)连接在万能材料试验机上；
步骤S2：车削加工管状基体(8)，并打磨、清洗，使得管状基体(8)能够配合置于卡盘(1)内侧，并在管状基体(8)圆周设置多个均匀布置的第二通孔；
步骤S3：将所述管状基体(8)置于卡盘(1)内侧，并将梯形销(6)的顶端继续伸入管状基体(8)圆周的第二通孔内、且与管状基体(8)内壁表面共圆；
步骤S4：对所述管状基体(8)的内壁进行表面涂覆形成涂层(7)；
步骤S5：将已涂覆的管状基体(8)、卡盘(1)、梯形销(6)安装在壳体(2)上；
步骤S6：启动万能材料试验机，当梯形销(6)与涂层(7)处于剥离断裂状态时，记录抗扭应力的数值；
步骤S7：所述涂层(7)与管状基体(8)的结合强度的数值等于所述抗扭应力的数值。
2.根据权利要求1所述的检测管状基体内壁涂层结合强度的方法，其特征在于，所述步骤S2中管状基体(8)圆周设置四个呈90°环形分布的第二通孔，所述第二通孔为梯形孔，且第一通孔与第二通孔的深度和等于梯形销(6)前端伸出长度。
3.根据权利要求1所述的检测管状基体内壁涂层结合强度的方法，其特征在于，所述步骤S4中涂层(7)厚度不低于0.5mm。
4.根据权利要求1所述的检测管状基体内壁涂层结合强度的方法，其特征在于，所述涂层(7)为等离子喷涂涂层、电弧喷涂涂层、冷喷涂涂层、超音速火焰喷涂涂层或激光熔覆涂层等。
5.根据权利要求1所述的检测管状基体内壁涂层结合强度的方法，其特征在于，所述步骤S5中卡盘(1)通过螺栓连接到壳体(2)上。
6.一种实现权利要求1-5任意一项所述的检测管状基体内壁涂层结合强度方法的装置，其特征在于，包括用于检测管状基体内壁涂层结合强度的装置和万能材料试验机；
所述用于检测管状基体内壁涂层结合强度的装置包括卡盘(1)、壳体(2)、旋转轴(3)、支架(4)、衬套(5)和梯形销(6)；所述壳体(2)安装在支架(4)上；所述卡盘(1)与壳体(2)同轴安装；所述卡盘(1)的圆周设有多个均匀布置的梯形销槽，梯形销槽的末端设有第一通孔，所述梯形销(6)放置于梯形销槽内，且梯形销(6)的顶端能够配合插入第一通孔内；所述旋转轴(3)的一端放置于壳体(2)与卡盘(1)内部、且旋转轴(3)的一端面与梯形销(6)螺纹连接；所述衬套(5)套在旋转轴(3)上、且与壳体(2)螺纹连接；所述旋转轴(3)的另一端与所述万能材料试验机连接。
7.根据权利要求6所述的检测管状基体内壁涂层结合强度方法的装置，其特征在于，所述支架(4)通过螺栓连接到工作台上。
8.根据权利要求6所述的检测管状基体内壁涂层结合强度方法的装置，其特征在于，所述旋转轴(3)另一端与万能材料试验机螺纹连接。
9.根据权利要求6所述的检测管状基体内壁涂层结合强度方法的装置，其特征在于，所述梯形销槽侧面设有导轨，所述导轨用于与梯形销(6)的两侧面设有的长方体凸起配合滑动连接。
10.根据权利要求6所述的检测管状基体内壁涂层结合强度方法的装置，其特征在于，所述梯形销(6)背面设有矩形螺纹，用于与旋转轴(3)一端面的螺纹配合旋转，前端伸出于卡盘上的细小通槽，与管状基体(8)截面等高，用于固定管状基体(8)和连接涂层(7)，两侧面设有长方体凸起，用于与导轨配合。
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