CN212008165U - 一种内孔涂层剪切结合强度测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种内孔涂层剪切结合强度测试装置，其属于性能测试技术领域，包括定位组件、导环、助力组件和拉杆，定位组件用于夹紧待测样品，导环置于所述待测样品的中心位置处，所述导环具有沿轴向设置的螺纹孔和沿径向设置的导槽，所述导槽与所述螺纹孔连通；助力组件的一端穿设于所述导槽内，另一端与所述待测样品的内孔上的涂层粘接；拉杆与所述螺纹孔螺纹连接，所述拉杆的底端具有锥形面，所述拉杆能够通过所述导环、所述助力组件对所述涂层施加轴向拉力，所述拉杆也能够通过所述锥形面、所述助力组件对所述涂层施加径向压力。测试结果能够用于评价内曲面涂层与基体的剪切结合强；保载与测试无需切换装置，省时省力。

Description

一种内孔涂层剪切结合强度测试装置

技术领域

本实用新型涉及性能测试技术领域，尤其涉及一种内孔涂层剪切结合强度测试装置。

背景技术

在许多重要的工业领域，如石油化工，航空航天，武器装备和机械制造领域，存在着很多且对整体结构非常重要的内孔类零件，例如汽车发动机缸体、燃气轮机壳体和化工石油管道等。某些零件需要在高温高压等苛刻的条件下进行工作，这对零件的内孔质量要求非常高，为提高内孔质量，常对在役的重要的内孔类零件使用各种工艺在内孔的表面制备涂层。

涂层和基体的结合强度是考核涂层质量的一个非常重要的指标。如果涂层结合强度达不到标准，在服役过程中涂层可能会剥落，轻则涂层对基体起不到保护作用，重则会导致整个零件报废或者整个设备报废，因此在正式使用前对其进行结合强度测试至关重要。

传统的涂层结合强度测试包括剪切结合强度。涂层的剪切结合强度是指涂层承受切线方向(沿涂层表面)剪切应力的极限能力。多数涂层是在受较大剪应力的状态下工作的，所以用剪切试验测定涂层的结合强度更符合实际的使用工况。

现有的剪切结合强度测试存在以下技术缺陷：

(1)测试时在外缘或平面上喷涂涂层后进行，这与内孔件内壁涂层是在有一定曲率的曲面上进行喷涂的工况有较大差异，测试结果无法评价内曲面涂层与基体的剪切结合强度。

(2)现有的涂层结合强度测试前，胶合保温阶段需要使用专用的保载装置，使涂层与胶合面紧密结合，胶合完成后需切换测试装置，麻烦且费时。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种内孔涂层剪切结合强度测试装置，以解决现有技术中存在的无法对内曲面涂层进行测试，保载和测试装置需频繁切换的技术问题。

如上构思，本实用新型所采用的技术方案是：

一种内孔涂层剪切结合强度测试装置，包括：

定位组件，用于夹紧待测样品；

导环，置于所述待测样品的中心位置处，所述导环具有沿轴向设置的螺纹孔和沿径向设置的导槽，所述导槽与所述螺纹孔连通；

助力组件，一端穿设于所述导槽内，另一端与所述待测样品的内孔上的涂层粘接；

拉杆，与所述螺纹孔螺纹连接，所述拉杆的底端具有锥形面，所述拉杆能够通过所述导环、所述助力组件对所述涂层施加轴向拉力，所述拉杆也能够通过所述锥形面、所述助力组件对所述涂层施加径向压力。

其中，所述助力组件包括：

转接头，穿设于所述导槽内；

摩擦头，与所述涂层粘接；

摩擦杆，一端与所述转接头固定连接，另一端与所述摩擦头固定连接。

其中，所述转接头的一端具有球形面，所述锥形面能够与所述球形面抵接。

其中，所述导环上设置有限位孔，所述限位孔内螺纹连接有限位杆，所述限位杆的底端能够与所述转接头抵接。

其中，所述摩擦杆的一端与所述转接头螺纹连接，所述摩擦杆的另一端与所述摩擦头螺纹连接，所述转接头与所述摩擦头之间能够设置多个所述摩擦杆。

其中，所述定位组件包括：

底座，所述待测样品和所述导环均置于所述底座上；

上盖，与所述待测样品抵接，所述上盖与所述底座之间通过紧固件锁紧，所述上盖呈环形，所述拉杆能够穿过所述上盖。

其中，所述上盖的内壁上环设有限位面，多个所述限位面呈台阶状排布，所述待测样品能够与所述限位面抵接。

其中，所述底座上设置有定位槽，所述待测样品的一端位于所述定位槽内。

其中，所述底座上设置有限位槽，所述导环的一端位于所述限位槽内。

其中，所述助力组件设置有至少两组，至少两组所述助力组件绕所述导环的周向均匀分布，对应每组所述助力组件设置一个所述导槽。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提出的内孔涂层剪切结合强度测试装置，通过对待测样品的内孔上的涂层进行测试，测试结果能够用于评价内曲面涂层与基体的剪切结合强；涂层的剪切结合强度测试前，通过将拉杆上的轴向压力经锥形面施加至助力组件，转化为对涂层的径向压力，以实现保载，无需切换装置，省时省力，提高测试效率。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的内孔涂层剪切结合强度测试装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的内孔涂层剪切结合强度测试装置的剖视图；

图3是图2的A处的放大图；

图4是本实用新型实施例提供的上盖的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的导环的剖视图；

图6是本实用新型实施例提供的内孔涂层剪切结合强度测试装置的部分结构示意图；

图7是本实用新型实施例提供的助力组件的结构示意图；

图8是本实用新型实施例提供的内孔涂层剪切结合强度测试装置处于准备阶段的示意图；

图9是本实用新型实施例提供的内孔涂层剪切结合强度测试装置处于测试阶段的示意图。

图中：

10、待测样品；

11、底座；12、上盖；121、限位面；

2、导环；21、螺纹孔；22、导槽；

3、助力组件；31、转接头；32、摩擦头；33、摩擦杆；

4、拉杆；41、锥形面；

5、限位杆。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

参见图1至图9，本实用新型实施例提供一种内孔涂层剪切结合强度测试装置，能够在测试前对涂层与胶合面进行保载，使得涂层与胶合面紧密接触；还能够对内曲面涂层与基体的剪切结合强度进行测试。在本实施例中以待测样品10为缸套进行介绍，当然，待测样品10还可以是其他具有内孔的部件，在此不一一赘述。

内孔涂层剪切结合强度测试装置包括定位组件、导环2、助力组件3和拉杆4，下面逐个进行详细介绍。

定位组件用于夹紧待测样品10，避免在测试时待测样品10移位。定位组件在夹紧待测样品10的同时，不能影响其他部件对待测样品10的涂层施力，且便于更换不同规格的待测样品10。

定位组件包括底座11和上盖12，上盖12与底座11之间通过紧固件锁紧，紧固件可以是螺柱。待测样品10置于底座11上，上盖12与待测样品10抵接，当紧固件锁紧时，上盖12和底座11夹紧待测样品10。在本实施例中，底座11呈圆盘状。上盖12呈环形，便于放置其他部件。

底座11的一侧设置有定位槽，待测样品10的一端位于定位槽内，待测样品10的另一端与上盖12抵接。底座11的另一侧设置有定位柱，定位柱的外表面上设置有螺纹，便于拉伸试验机夹紧并加载，避免测试加载过程中打滑。

上盖12的内壁上环设有限位面121，多个限位面121呈台阶状排布，待测样品10能够与限位面121抵接。由于限位面121呈环形，能够对待测样品10的周边进行全面限位。多个限位面121呈台阶状排布，针对不同外径的待测样品10进行限位，能够适应多种规格的待测样品10，以获得不同曲率的涂层的结合强度。

导环2置于底座11上并位于待测样品10的中心位置处，底座11上与导环2对应的位置设置有限位槽，导环2的一端位于限位槽内，防止导环2发生径向移位。导环2具有沿轴向设置的螺纹孔21和沿径向设置的导槽22，导槽22与螺纹孔21连通。

助力组件3的一端穿设于导槽22内，另一端与待测样品10的内孔上的涂层粘接；拉杆4上的力能够传递至助力组件3，进而传递至涂层。

助力组件3设置有至少两组，至少两组助力组件3绕导环2的周向均匀分布，对应每组助力组件3设置一个导槽22。在本实施例中，设置有四组助力组件3。四组助力组件3能够同步沿径向移动，并同时与涂层接触实现自动对中。

助力组件3包括转接头31、摩擦头32和摩擦杆33，转接头31穿设于导槽22内，摩擦头32与涂层粘接，摩擦杆33的一端与转接头31固定连接，另一端与摩擦头32固定连接。摩擦头32与涂层之间设置有胶层，形成胶合面进而粘接。

具体地，摩擦头32的一端为弧面，便于与内孔上的涂层配合，摩擦头32的另一端与摩擦杆33之间螺纹连接。同时，摩擦杆33与转接头31之间螺纹连接，使得助力组件3沿径向的延伸长度可调节，以适应不同直径的待测样品10。当被测的待测样品10的内径尺寸较大时，可以使用多个摩擦杆33组合的方式。

拉杆4与导环2上的螺纹孔21螺纹连接，拉杆4能够通过导环2、助力组件3对涂层施加轴向拉力。利用螺纹的反向锁死将拉杆4上的轴向拉力直接传导到导环2上，从而通过助力组件3传导到涂层上。

拉杆4的顶端的外表面上设置有螺纹，便于在拉伸试验机上夹紧并加载。拉杆4的中间位置于外表面上设置有方形凸起并倒角，便于使用完成后将其从导环2的螺纹孔21中旋转拆卸。拉杆4的底端具有锥形面41，拉杆4能够通过锥形面41、助力组件3对涂层施加径向压力。

为了让转接头31在测试过程中能自由的滑动，转接头31与导槽22的配合面之间留有一定的间隙，所以在导环2上设置有限位孔，限位孔内螺纹连接有限位杆5，限位杆5的底端能够与转接头31抵接。在测试过程中通过限位杆5压住转接头31，避免转接头31发生翻转而导致的测试结果不准确。

具体地，转动拉杆4沿螺纹孔21向内推进，至拉杆4的锥形面41与转接头31抵接，以对转接头31施加径向压力，并通过摩擦杆33、摩擦头32传递涂层，使得摩擦头32与涂层紧密接触并保持设定时长，保证结合强度。

当在拉杆4上施加轴向拉力时，由于拉杆4与导环2之间螺纹连接，轴向拉力通过导环2传递至转接头31，进而通过摩擦杆33、摩擦头32传递涂层，使得涂层受到轴向拉力。

本实用新型实施例提供的内孔涂层剪切结合强度测试装置，在使用时包括准备阶段和测试阶段。在附图中用箭头表示受力方向。

参见图8，在准备阶段，将拉杆4沿螺纹孔21向内推进至锥形面41与助力组件3抵接，以通过拉杆4对助力组件3施加径向压力，使得助力组件3与涂层紧密接触并保持设定时长，将拉杆4复位。具体地，通过将拉杆4沿螺纹孔21向内推进至锥形面41与转接头31抵接，在图8中拉杆4竖直向下移动，使得转接头31受到沿径向向外的推力而沿径向移动，以通过摩擦杆33、摩擦头32对涂层施加径向压力，使得摩擦头32与涂层紧密接触，并在设定的温度条件下保持一定时间，使得胶层固化。

为了使得摩擦头32与涂层的接触面积为定值，一般在制作涂层完成之后，将内孔的壁面上位于摩擦头32周边的涂层去掉，使得摩擦头32与涂层的接触面积为摩擦头32的弧面的面积。

参见图9，在测试阶段，即进行剪切结合强度测试时，对拉杆4施加轴向拉力，在图9中拉杆4受到竖直向上的轴向拉力，使得轴向拉力沿导环2传递至助力组件3，以对助力组件3施加轴向拉力，使得涂层受到轴向拉力，至涂层脱落的瞬时记录拉杆4所受到的轴向拉力的大小。

拉杆4在受到轴向拉力时，拉杆4与导环2在螺纹的作用下锁死，拉杆4上的轴向拉力能够沿导环2传递至转接头31，进而通过摩擦杆33、摩擦头32对涂层施加轴向拉力，通过使施加在拉杆4上的轴向拉力均匀地施加在涂层上，填补了内孔件难以模拟实际工况测试剪切结合强度的空白。

剪切结合强度的计算公式如下：

σ_τ＝T/(N*S)＝T/(N*R*θ*H)

其中，T为拉杆上的轴向拉力；

N为摩擦头的个数；

S为单个摩擦头与涂层的接触面积；

R为单个摩擦头对应圆的半径；

θ为单个摩擦头对应的弧度角；

H为摩擦头的高度。

综上所述，利用上述内孔涂层剪切结合强度测试装置实现了以下功能：

1、实现了内孔件内壁涂层剪切结合强度的简单便捷的测定

通过此装置将施加在拉杆4上的轴向拉力转换为施加在内孔涂层表面上的剪切力，涂层脱落时的瞬时力代入公式可计算出涂层的剪切结合强度。根据实际的需求便捷的进行测试，提高了测试效率。

2、实现了不同直径内孔零件的内壁涂层结合强度测试

通过上盖12上呈台阶状排布的多个限位面121，能够定位不同直径的待测样品10。当被测试的内孔件直径尺寸差距较大时，可通过使用不同个数的摩擦杆33与摩擦头32组合的方式，实现涂层结合强度测试。当直径差距较小时，可直接通过旋转拉杆4对转接头31的径向位置进行微调，操作简单，连接可靠。

3、实现了保载装置与测试装置的整合

通过此装置将施加在拉杆4上的轴向压力转换为施加在内孔涂层表面上的径向力，涂层与摩擦头32胶合时能够对其进行保载且能自动对中，使两者结合紧密，该装置可通过拉杆4的旋转进行保载，无需额外的装置，降低了测试成本，节约了频繁更换不同装置的时间，提高效率。

以上实施方式只是阐述了本实用新型的基本原理和特性，本实用新型不受上述实施方式限制，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种内孔涂层剪切结合强度测试装置，其特征在于，包括：

定位组件，用于夹紧待测样品(10)；

导环(2)，置于所述待测样品(10)的中心位置处，所述导环(2)具有沿轴向设置的螺纹孔(21)和沿径向设置的导槽(22)，所述导槽(22)与所述螺纹孔(21)连通；

助力组件(3)，一端穿设于所述导槽(22)内，另一端与所述待测样品(10)的内孔上的涂层粘接；

拉杆(4)，与所述螺纹孔(21)螺纹连接，所述拉杆(4)的底端具有锥形面(41)，所述拉杆(4)能够通过所述导环(2)、所述助力组件(3)对所述涂层施加轴向拉力，所述拉杆(4)也能够通过所述锥形面(41)、所述助力组件(3)对所述涂层施加径向压力。

2.根据权利要求1所述的内孔涂层剪切结合强度测试装置，其特征在于，所述助力组件(3)包括：

转接头(31)，穿设于所述导槽(22)内；

摩擦头(32)，与所述涂层粘接；

摩擦杆(33)，一端与所述转接头(31)固定连接，另一端与所述摩擦头(32)固定连接。

3.根据权利要求2所述的内孔涂层剪切结合强度测试装置，其特征在于，所述转接头(31)的一端具有球形面，所述锥形面(41)能够与所述球形面抵接。

4.根据权利要求2所述的内孔涂层剪切结合强度测试装置，其特征在于，所述导环(2)上设置有限位孔，所述限位孔内螺纹连接有限位杆(5)，所述限位杆(5)的底端能够与所述转接头(31)抵接。

5.根据权利要求2所述的内孔涂层剪切结合强度测试装置，其特征在于，所述摩擦杆(33)的一端与所述转接头(31)螺纹连接，所述摩擦杆(33)的另一端与所述摩擦头(32)螺纹连接，所述转接头(31)与所述摩擦头(32)之间能够设置多个所述摩擦杆(33)。

6.根据权利要求1所述的内孔涂层剪切结合强度测试装置，其特征在于，所述定位组件包括：

底座(11)，所述待测样品(10)和所述导环(2)均置于所述底座(11)上；

上盖(12)，与所述待测样品(10)抵接，所述上盖(12)与所述底座(11)之间通过紧固件锁紧，所述上盖(12)呈环形，所述拉杆(4)能够穿过所述上盖(12)。

7.根据权利要求6所述的内孔涂层剪切结合强度测试装置，其特征在于，所述上盖(12)的内壁上环设有限位面(121)，多个所述限位面(121)呈台阶状排布，所述待测样品(10)能够与所述限位面(121)抵接。

8.根据权利要求6所述的内孔涂层剪切结合强度测试装置，其特征在于，所述底座(11)上设置有定位槽，所述待测样品(10)的一端位于所述定位槽内。

9.根据权利要求6所述的内孔涂层剪切结合强度测试装置，其特征在于，所述底座(11)上设置有限位槽，所述导环(2)的一端位于所述限位槽内。

10.根据权利要求1-9任一项所述的内孔涂层剪切结合强度测试装置，其特征在于，所述助力组件(3)设置有至少两组，至少两组所述助力组件(3)绕所述导环(2)的周向均匀分布，对应每组所述助力组件(3)设置一个所述导槽(22)。

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