CN112903394A - 测量涂层断裂韧性的方法和装置 - Google Patents

Abstract

提供了一种测量涂层断裂韧性的方法和装置，所述方法包括：准备至少两个彼此相同的基底，并将至少一个基底用作无涂层的标准试样；在其余基底上形成待测涂层以获得待测试样；以相同的预定拉伸速率对标准试样和待测试样执行相同的拉伸加载以获得与标准试样对应的第一载荷位移曲线和与待测试样对应的第二载荷位移曲线；基于第一载荷位移曲线和第二载荷位移曲线获得所述待测涂层的断裂能量；以及基于所述断裂能量计算所述待测涂层的断裂韧性，其中，选择所述基底的材料，使得所述待测涂层的断裂韧性小于所述基底的断裂韧性。

Description

测量涂层断裂韧性的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种测量涂层断裂韧性的方法和装置，特别地，涉及一种基于能量的硬质涂层断裂韧性测量方法和装置。

背景技术

硬质涂层涂敷是非常常见的表面防护技术。硬度越高，涂层耐磨性越好。但是伴随着硬度，涂层的断裂韧性往往会下降，也就是脆性高。断裂韧性是阻碍裂纹扩展的能力，涂层韧性低，不但容易使涂层自身失效，甚至还会损伤基底，因此断裂韧性的测定十分重要。但是对于涂层的断裂韧性，目前尚未存在一种非常完善、理想的方法。

对于涂层断裂韧性的测量，目前工业上常见的手段是使用纳米压痕技术，纳米压痕简单快速，但是其仍存在两个缺点：一、由于压痕法的断裂韧性计算模型的依据为半经验公式，而且其最早仅适用于块体材料的断裂韧性测量，因此其在涂层断裂韧性测量的准确度上难有保证；二、纳米压痕存在一个裂纹阈值，即，向涂层表面施加的载荷没有超过裂纹阈值时不会形成裂纹，若未形成裂纹则其测量值无法表征所述涂层的断裂韧性。另一方面，纳米压痕的载荷不能过大，一旦过大，其测量值将包括所述涂层和基底共同的力学响(例如，测得了基底的断裂韧性而非涂层的断裂韧性)。因此压痕法的局限性在当前表面涂层越来越薄的趋势下表现得越来越大。

除了压痕法，还有其他常见得断裂韧性测量方法，比如单轴拉伸以及弯曲法。但是这些方法均存在各种缺陷，例如，上述方法均是基于传统的块体材料断裂韧性测量标准而改进的，因此它们对样品的形状尺寸有要求，常见的包括裂纹预制以及制备出单独的未附着到基底的薄膜。但是这些对于薄膜和/或涂层(特别地，硬质涂层)来讲都非常难以实现。例如，涂层(硬质涂层)相对较脆，一旦形成裂纹就很容易发生扩展，造成涂层的直接断裂。其次是夹持问题，对于没有基底的涂层，在夹持和加载过程中非常容易造成夹持端和主体部分的断裂分离。即使可以保留基底直接拉伸，基底对涂层断裂韧性的影响是难以计算的，另一方面，直接拉伸有基底的试样也没有很好地方案将基底的影响排除出去，导致测量结果不准。在现有技术中，传统方法一般要求测量涂层发生开裂的临界应变或者临界应力，这是断裂韧性测量的关键要素。然而，临界应变或者临界应力在基底的影响下具有较大波动，临界应变或者临界应力的波动性一是来源于实验时的夹具固定不稳以及中心轴的对齐偏移，二是来源于对于“临界”时刻的判断比较困难，往往需要原位观察或者其他设备辅助才能做到，三是来源于影响应力测量的其它因素。因此难以确保在相同的实验条件下对涂层的临界应力或者临界应变进行测量，从而难以获得准确的断裂韧性。

发明内容

本发明目的在于一种测量涂层断裂韧性的方法和装置，特别地，涉及一种基于能量的硬质涂层断裂韧性测量方法和装置。

本发明提供了一种测量涂层断裂韧性的方法，所述方法包括：准备至少两个彼此相同的基底，并将至少一个基底用作无涂层的标准试样；在其余基底上形成待测涂层以获得待测试样；以相同的预定拉伸速率对标准试样和待测试样执行相同的拉伸加载以获得与标准试样对应的第一载荷位移曲线和与待测试样对应的第二载荷位移曲线；基于第一载荷位移曲线和第二载荷位移曲线获得所述待测涂层的断裂能量；以及基于断裂能量计算所述待测涂层的断裂韧性，其中，选择所述基底的材料，使得所述待测涂层的断裂韧性小于所述基底的断裂韧性。

在根据发明构思的实施例中，所述方法还可以包括：测量所述待测涂层的杨氏模量；以及测量拉伸后的待测试样的裂纹属性。

在根据发明构思的实施例中，在所述基于断裂能量计算所述待测涂层的断裂韧性的步骤中，可以根据下式计算所述断裂韧性：

其中，K_Ic为所述待测涂层的断裂韧性，ΔU为所述断裂能量、E为所述杨氏模量、n为裂纹数量、h为裂纹深度、c为裂纹长度。

在根据发明构思的实施例中，所述基底可以为钛合金、弹簧钢、马氏体钢以及它们的合金中的至少一种，所述待测涂层可以为脆性涂层。

在根据发明构思的实施例中，所述基底可以为Ti6Al4V、65Mn、TRIP钢以及它们的合金中的至少一种，所述待测涂层可以为TiN涂层、CrN涂层、TiAlN涂层和Ni-P涂层中的至少一种。

在根据发明构思的实施例中，所述基于第一载荷位移曲线和第二载荷位移曲线获得所述待测涂层的断裂能量的方法可以包括：通过所述第一载荷位移曲线和所述第二载荷位移曲线计算面积差，并对所述面积差进行积分来获得所述断裂能量。

在根据发明构思的实施例中，所述标准试样和所述待测试样的终止应变大于所述待测涂层的开裂应变。

在根据发明构思的实施例中，可以通过纳米压痕方法测量所述待测涂层的杨氏模量。

在根据发明构思的实施例中，所述测量拉伸后的待测试样的裂纹属性的步骤可以包括：通过声发射法或扫描电镜来测量裂纹数量；将所述待测涂层的厚度选作裂纹深度或者通过扫描电镜拍摄所述拉伸后的待测试样的剖面或侧面来测量裂纹深度；以及将所述待测涂层的宽度选作裂纹长度或者通过扫描电镜拍摄所述拉伸后的待测试样的表面来测量裂纹长度。

在根据发明构思的实施例中，所述预定拉伸速率为2.5×10^-4s^-1或更小。

本发明提供了一种测量涂层断裂韧性的装置，所述装置包括：试样准备单元，将至少两个彼此相同的基底中的至少一个基底选作无涂层的标准试样，并在其余基底上形成待测涂层以获得待测试样；拉伸单元，以相同的预定拉伸速率对标准试样和待测试样执行相同的拉伸加载以获得与标准试样对应的第一载荷位移曲线和与待测试样对应的第二载荷位移曲线；能量计算单元，基于第一载荷位移曲线和第二载荷位移曲线获得所述待测涂层的断裂能量；以及断裂韧性计算单元，基于所述断裂能量计算所述待测涂层的断裂韧性，其中，选择所述基底的材料，使得所述待测涂层的断裂韧性小于所述基底的断裂韧性。

在根据发明构思的实施例中，所述装置还可以包括：测量单元，测量所述待测涂层的杨氏模量，并且测量拉伸后的待测试样的裂纹属性。

在根据发明构思的实施例中，所述断裂韧性计算单元可以根据下式计算所述断裂韧性：

其中，K_Ic为所述待测涂层的断裂韧性，ΔU为所述断裂能量、E为所述杨氏模量、n为裂纹数量、h为裂纹深度、c为裂纹长度。

在根据发明构思的实施例中，所述能量计算单元可以通过所述第一载荷位移曲线和所述第二载荷位移曲线计算面积差，并对所述面积差进行积分来获得所述断裂能量。

在根据发明构思的实施例中，所述测量单元可以执行以下步骤：通过纳米压痕方法测量所述待测涂层的所述杨氏模量；通过声发射法或扫描电镜来测量裂纹数量；将所述待测涂层的厚度选作裂纹深度或者通过扫描电镜拍摄所述拉伸后的待测试样的剖面或侧面来测量裂纹深度；以及将所述待测涂层的宽度选作裂纹长度或者通过扫描电镜拍摄所述拉伸后的待测试样的表面来测量裂纹长度。

根据本发明的一个或多个方面，本发明提供了一种测量涂层断裂韧性的方法和装置。与传统的测量方法相比，本发明提供的测量方法更加简便，具有更高的准确度。此外，对于材料体系的限制小，具有更广的适用范围。由于直接确定了涂层的断裂能量，与基于应力应变的断裂韧性测量方法相比更加简单直接且更加稳定。

附图说明

通过以下结合附图的详细描述，本发明的以上和其它方面、特征和优点将被更清楚地理解，在附图中：

图1是测量涂层断裂韧性的方法的流程图；

图2是对标准试样进行测量的示意图；

图3是对待测试样进行测量的示意图；

图4是描述对待测试样进行拉伸之后裂纹的形成的示意图；

图5是描述基于第一载荷位移曲线和第二载荷位移曲线获得所述待测涂层的断裂能量的示意图；以及

图6是测量涂层断裂韧性的装置的示意图。

具体实施方式

提供以下具体实施方式以帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，对于本领域普通技术人员在此描述的方法、设备和/或系统的各种改变、变型和等同物将是显而易见的。例如，在此描述的操作的顺序仅仅是示例，并且不限于在此阐述的顺序，而是除了必须以特定顺序执行的操作之外，可做出对于本领域普通技术人员将显而易见的改变。此外，为了提高清楚性和简洁性，可省略对于本领域普通技术人员将公知的特征和结构的描述。在此描述的特征可以以不同的形式实施，并且将不被解释为局限于在此描述的示例。更确切地说，已经提供在此描述的示例使得本发明将是彻底的和完整的，并且将向本领域普通技术人员充分地传达本发明的范围。

下面参照附图详细描述本发明的实施例。所述实施例的示例在附图中示出，其中，相同的标号始终指的是相同的部件。以下将通过参照附图来说明所述实施例，以便解释本发明。

图1是测量涂层断裂韧性的方法的流程图；图2是对标准试样进行测量的示意图；图3是对待测试样进行测量的示意图；图4是描述对待测试样进行拉伸之后裂纹的形成的示意图；图5是描述基于第一载荷位移曲线和第二载荷位移曲线获得所述待测涂层的断裂能量的示意图。

参照图1，在步骤S10中，准备至少两个彼此相同的基底，并将至少一个基底用作无涂层的标准试样。基底的材料可以为钛合金、弹簧钢、马氏体钢以及它们的合金中的至少一种。例如，基底的材料可以为Ti6Al4V、65Mn、TRIP钢以及它们的合金中的至少一种。然而，上述针对基底的材料的举例仅是示例性的。任何具有较大延伸率的材料均可用于基底材料，将在后面具体描述基底材料与涂层材料之间的选择。

在步骤S20中，在除了用作无涂层的标准试样的基底之外的其余基底上形成待测涂层以获得待测试样。所述待测涂层为脆性涂层。例如，待测涂层可以为TiN涂层、CrN涂层、TiAlN涂层和Ni-P涂层中的至少一种。

需要说明的是，为了确保断裂韧性测量的准确性，需要确保不使涂层的裂纹扩展至基底。为实现上述要求，可以选择特定的基底的材料，使得所述待测涂层的断裂韧性小于所述基底的断裂韧性。在优选的实施例中，基底材料的断裂韧性Г_s应当是涂层断裂韧性Г_f的10倍以上。例如，常用的涂层材料(例如，陶瓷材料)的断裂韧性在0～5MPa·m^0.5的范围内，常用的金属材料的断裂韧性在24～200MPa·m^0.5的范围内，因此可以将其断裂韧性在24～200MPa·m^0.5的范围的金属材料用作基底来测量其断裂韧性在0～5MPa·m^0.5的范围的涂层材料。

进一步地，在优选地实施例中，可以选择基底的材料，以使基底的杨氏模量与待测涂层的杨氏模量之间的满足预定的关系。例如，涂层和基底的样式模量关系系数α(即，Dundrus参数)应当减小，对于E_f/E_s＜0.1的材料体系，α＜0.9。α可以被表示为：

其中，E_f为涂层的杨氏模量，E_s为基底的杨氏模量。当涂层与基底之间不满足上述关系时，存在涂层的裂纹扩展至基底的可能。

参见图2至图4，在根据本发明的示例实施例中，作为示例，以TiN薄膜和65Mn钢基底为例。将65Mn钢加工成40mm×35mm×1mm的片状试样，表面依次用1000#，1200#，1500#，2000#，5000#，7000#砂纸磨光，并进行机械抛光。抛光完毕后将试样浸泡在丙酮溶液中进行超声清洗，将处理后的片状试样中的一个选为标准试样(见图2)，其余的试样用作磁控溅射镀TiN薄膜的基体。在进行磁控溅射镀膜的工艺中，靶材为纯度99.9％Ti靶，系统的真空度为2×10^-3Pa。溅射工艺中工作气体为高纯氨气(99.99％)，流量为30sccm，反应气体为高纯氮气，溅射工艺中的工作气压为0.25Pa，靶材与基体间的距离为90mm。镀膜功率选择为300W，氮气流量为1.2sccm，溅射温度300℃，偏压为-80V，沉积时间为3小时，薄膜的厚度约为1μm，从而得到其上沉积有待测涂层的待测试样(见图3)。需要说明的是，薄膜的厚度没有特别的限制，在根据发明构思的实施例中，涂层厚度的范围可以是1微米到100微米的范围内。上述示例采用了磁控溅射镀膜的工艺，然而，形成待测涂层的方法不限于上述示例，任何可以将待测涂层牢固地形成在基底上的工艺均不超出本发明的发明构思。

标准试样和待测试样的两端均具有宽度比其中心部分宽的夹持端。图中示出的形状仅为示例，夹持端的形状可以与拉伸加载设备的夹持装置相匹配，已提供足够的夹持面积、静摩擦力。使得在拉伸加载过程中不产生相对滑动以确保拉伸加载的结果。

返回参照图1，在步骤S30中，以相同的预定拉伸速率对标准试样和待测试样执行相同的拉伸加载以获得与标准试样对应的第一载荷位移曲线和与待测试样对应的第二载荷位移曲线。

在根据发明构思的实施例中，拉伸速率可以指应变速率

应变速率可以被表示为试样在单位时间内的应变增量(ΔL/L，ΔL为试样伸长量，L为试样的原长)，其量纲可以以s^-1来表示。例如，当应变速率

时，则表示在1s内拉伸加载的实际拉伸速率

例如，可以对标准试样和待测试样进行单轴拉伸，拉伸速率可以相对较小，以避免涂层发生开裂时，裂纹扩展至基底表面。在优选的实施例中，预定拉伸速率可以为2.5×10^-4s^-1或更小。

在实际测量实验中，由于试样的拉伸变形是均匀的，因此L可以代表标识在试样上的标距。例如，可以在涂层的中间部分标识10mm的标准距离，并将其作为标距L。在这种情况下，拉伸加载的拉伸速率

应变增量(或试样伸长量，拉伸范围)应尽相对较大，以保证待测涂层发生开裂，拉伸完毕后记录终止应变，并分别得到标准试样的第一载荷位移曲线和待测试样的第二载荷位移曲线。在根据发明构思的实施例中，标准试样和待测试样的终止应变大于待测涂层的开裂应变。例如，待测试样的拉伸的终止应变小于等于标准试样的拉伸的终止应变，并且大于待测涂层开裂的应变(即，待测涂层开裂的应变<待测试样终止应变≤标准试样终止应变)。参见图4，拉伸后的待测试样的涂层部分表面将产生裂纹。根据TiN涂层和钛六铝四钒(TC4，Ti6Al4V)基底的示例中，可以将最大应变控制为小于与待测涂层的抗拉强度和基底的抗拉强度之间的中间值所对应的应变。例如，TiN涂层的抗拉强度为600MPa，其对应的应变为1％，TC4基底的抗拉强度为950MPa，其对应的应变在5％，在这种情况下，拉伸实验的最大应变可以被控制为约3％。

对标准试样和待测试样执行的拉伸加载可以同时进行，也可以线对标准试样执行拉伸加载，然后再对待测试样执行与标准试样具有相同应变范围和相同应变速率的拉伸加载。

返回参照图1，在步骤S40中，基于第一载荷位移曲线和第二载荷位移曲线获得所述待测涂层的断裂能量。

参照图5，标准试样的第一载荷位移曲线仅包含了基底发生弹性变形和塑性变形所消耗的能量，而待测试样的第二载荷位移曲线除了包含基底的弹性变形和塑性变形能量，还包含了涂层发生弹性变形、塑性变形和涂层发生开裂所消耗的能量。根据上面的描述，在待测涂层为硬质脆性涂层的情况(例如，待测涂层的断裂韧性为基底材料断裂韧性的十分之一)下，待测涂层的变形过程可以被近似为没有塑性变形阶段或者只含有很少量塑性变形阶段，并且涂层的弹性变形能绝大部分转换为了开裂所消耗的能量，只在开裂后剩余少部分的弹性变形。因此，对于作为硬质脆性涂层的待测涂层而言，可以忽略塑性变形能以及开裂后涂层的弹性变形能，由此待测试样的载荷位移曲线包含了涂层的断裂能量(产生裂纹并使裂纹发生扩展的能量)以及基底发生弹性变形和塑性变形的能量。在这种情况下，通过所述第一载荷位移曲线和所述第二载荷位移曲线计算面积差，并对所述面积差进行积分可以获得断裂能量。

返回参照图1，在步骤S50中，基于断裂能量计算所述待测涂层的断裂韧性。

在根据发明构思的实施例中，可以根据下式计算所述断裂韧性：

其中，K_Ic为所述待测涂层的断裂韧性，ΔU为所述断裂能量、E为所述杨氏模量、n为裂纹数量、h为裂纹深度、c为裂纹长度。

尽管未示出，但测量涂层断裂韧性的方法还可以包括：测量所述待测涂层的杨氏模量的步骤以及测量拉伸后的待测试样的裂纹属性的步骤。裂纹属性可以包括裂纹数量、裂纹深度和裂纹长度。

在根据发明构思的实施例中，杨氏模量可以通过纳米压痕方法进行测量。

在根据发明构思的实施例中，可以通过声发射法或扫描电镜来测量裂纹数量；可以将所述待测涂层的厚度选作裂纹深度或者可以通过扫描电镜拍摄所述拉伸后的待测试样的剖面或侧面来测量裂纹深度；以及可以将所述待测涂层的宽度选作裂纹长度或者可以通过扫描电镜拍摄所述拉伸后的待测试样的表面来测量裂纹长度。其中，待测涂层的厚度可以使用白光干涉的方法进行测量。

上述裂纹属性及其测量方法仅为示例，裂纹属性及其测量方法不限于上述示例，只要能够获得断裂能量和裂纹属性即可。上面的计算方法仅为示例，任何通过断裂能量和裂纹属性来计算断裂韧性的方法均未超出本发明的发明构思。

图6是测量涂层断裂韧性的装置的示意图。

参照图6，测量涂层断裂韧性的装置包括：试样准备单元10、拉伸单元20、能量计算单元30和断裂韧性计算单元40。

在根据发明构思的实施例中，试样准备单元10将至少两个彼此相同的基底中的至少一个基底选作无涂层的标准试样，并在其余基底上形成待测涂层以获得待测试样。试样准备单元10可以执行如上参照图1描述的步骤S10对应的工艺，为避免重复在此省略冗余的描述。作为示例，试样准备单元10可以包括高功率脉冲磁控溅射沉积系统、线切割仪、抛光机等。

拉伸单元20以相同的预定拉伸速率对标准试样和待测试样执行相同的拉伸加载以获得与标准试样对应的第一载荷位移曲线和与待测试样对应的第二载荷位移曲线。拉伸单元20可以执行如上参照图1描述的步骤S20对应的工艺，为避免重复在此省略冗余的描述。作为示例，拉伸单元20可以包括万能材料试验机。

能量计算单元30基于第一载荷位移曲线和第二载荷位移曲线获得所述待测涂层的断裂能量。能量计算单元30可以执行如上参照图1描述的步骤S30对应的工艺，为避免重复在此省略冗余的描述。

断裂韧性计算单元40基于所述断裂能量计算所述待测涂层的断裂韧性。断裂韧性计算单元40可以执行如上参照图1描述的步骤S40对应的工艺，为避免重复在此省略冗余的描述。

能量计算单元30和断裂韧性计算单元40可以单独地形成，或者可以集成地形成为单个元件。

在根据本发明的示例性实施例中，能量计算单元30和断裂韧性计算单元40可完全依赖计算机程序的运行来实现相应的功能，即，各个单元在计算机程序的功能架构中与各步骤相应，使得整个系统通过专门的软件包(例如，lib库)而被调用，以实现相应的功能。

能量计算单元30和断裂韧性计算单元40也可以通过硬件、软件、固件、中间件、微代码或其任意组合来实现。当以软件、固件、中间件或微代码实现时，用于执行相应操作的程序代码或者代码段可以存储在诸如存储介质的计算机可读介质中，使得处理器可通过读取并运行相应的程序代码或者代码段来执行相应的操作。

例如，根据本发明的示例性实施例的能量计算单元30和断裂韧性计算单元40还可以实现为计算装置，该计算装置包括存储部件和处理器，存储部件中存储有计算机可执行指令集合，当计算机可执行指令集合被处理器执行时，实现与能量计算单元和断裂韧性计算单元对应的功能。

这里，计算装置并非必须是单个的计算装置，还可以是任何能够单独或联合执行上述指令(或指令集)的装置或电路的集合体。计算装置还可以是集成控制系统或系统管理器的一部分，或者可被配置为与本地或远程(例如，经由无线传输)以接口互联的便携式电子装置。

在计算装置中，处理器可包括中央处理器(CPU)、图形处理器(GPU)、可编程逻辑装置、专用处理器系统、微控制器或微处理器。作为示例而非限制，处理器还可包括模拟处理器、数字处理器、微处理器、多核处理器、处理器阵列、网络处理器等。

在根据发明构思的实施例中，所述装置还可以包括测量单元50。测量单元50测量所述待测涂层的杨氏模量，并且测量拉伸后的待测试样的裂纹属性。作为示例，测量单元50可以包括纳米压痕仪、扫描电镜、声发射测试仪，白光干涉仪等。

测量单元50可以执行以下步骤：

通过纳米压痕方法测量所述待测涂层的所述杨氏模量；

通过声发射法或扫描电镜来测量裂纹数量；

通过扫描电镜拍摄所述拉伸后的待测试样的剖面或侧面来测量裂纹深度或者将所述待测涂层的厚度选作裂纹深度；以及

通过扫描电镜拍摄所述拉伸后的待测试样的表面来测量裂纹长度或者将所述待测涂层的宽度选作裂纹长度。

其中，待测涂层的厚度可以使用白光干涉的方法进行测量。

根据本发明提供的测量涂层断裂韧性的方法，与传统的测量方法相比，本发明提供的测量方法更加简便，具有更高的准确度。此外，对于材料体系的限制小，具有更广的适用范围。由于直接确定了涂层的断裂能量，与基于应力应变的断裂韧性测量方法相比更加简单直接且更加稳定。根据本发明提供的测量方法，即使在涂层厚度低至几微米的情况下，仍可以对待测涂层的断裂韧性进行准确的测量。

以上描述了本发明的各示例性实施例，应理解，上述描述仅是示例性的，并非穷尽性的，本发明不限于所披露的各示例性实施例。在不偏离本发明的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的范围为准。

Claims (10)

1.一种测量涂层断裂韧性的方法，其特征在于，所述方法包括：

准备至少两个彼此相同的基底，并将至少一个基底用作无涂层的标准试样；

在其余基底上形成待测涂层以获得待测试样；

以相同的预定拉伸速率对标准试样和待测试样执行相同的拉伸加载以获得与标准试样对应的第一载荷位移曲线和与待测试样对应的第二载荷位移曲线；

基于第一载荷位移曲线和第二载荷位移曲线获得所述待测涂层的断裂能量；以及

基于断裂能量计算所述待测涂层的断裂韧性，

其中，选择所述基底的材料，使得所述待测涂层的断裂韧性小于所述基底的断裂韧性。

2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：

测量所述待测涂层的杨氏模量；以及

测量拉伸后的待测试样的裂纹属性。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述裂纹属性包括裂纹数量、裂纹深度和裂纹长度，

在所述基于断裂能量计算所述待测涂层的断裂韧性的步骤中，根据下式计算所述断裂韧性：

其中，K_Ic为所述待测涂层的断裂韧性，ΔU为所述断裂能量、E为所述杨氏模量、n为裂纹数量、h为裂纹深度、c为裂纹长度。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基底为钛合金、弹簧钢、马氏体钢以及它们的合金中的至少一种，所述待测涂层为脆性涂层。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述基底为Ti6Al4V、65Mn、TRIP钢以及它们的合金中的至少一种，所述待测涂层为TiN涂层、CrN涂层、TiAlN涂层和Ni-P涂层中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基于第一载荷位移曲线和第二载荷位移曲线获得所述待测涂层的断裂能量的方法包括：通过所述第一载荷位移曲线和所述第二载荷位移曲线计算面积差，并对所述面积差进行积分来获得所述断裂能量。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述标准试样和所述待测试样的终止应变大于所述待测涂层的开裂应变。

8.根据权利要求2所述的方法，其中，通过纳米压痕方法测量所述待测涂层的杨氏模量。

9.根据权利要求2所述的方法，其中，所述测量拉伸后的待测试样的裂纹属性的步骤包括：

通过声发射法或扫描电镜来测量裂纹数量；

将所述待测涂层的厚度选作裂纹深度或者通过扫描电镜拍摄所述拉伸后的待测试样的剖面或侧面来测量裂纹深度；以及

将所述待测涂层的宽度选作裂纹长度或者通过扫描电镜拍摄所述拉伸后的待测试样的表面来测量裂纹长度。

10.一种测量涂层断裂韧性的装置，其特征在于，所述装置包括：

试样准备单元，将至少两个彼此相同的基底中的至少一个基底选作无涂层的标准试样，并在其余基底上形成待测涂层以获得待测试样；

拉伸单元，以相同的预定拉伸速率对标准试样和待测试样执行相同的拉伸加载以获得与标准试样对应的第一载荷位移曲线和与待测试样对应的第二载荷位移曲线；

能量计算单元，基于第一载荷位移曲线和第二载荷位移曲线获得所述待测涂层的断裂能量；以及

断裂韧性计算单元，基于所述断裂能量计算所述待测涂层的断裂韧性，

其中，选择所述基底的材料，使得所述待测涂层的断裂韧性小于所述基底的断裂韧性。

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