CN216051316U - 一种层状复合材料界面结合强度测试装置 - Google Patents

Abstract

本本实用新型涉及一种层状复合材料界面结合强度测试装置。所述测试装置，包括测试装置一和装置二；所述测试装置一包括尺寸、形状完全一样的上、下夹具，也称挂具，主要用于与万能材料试验机连接，并用于挂载装置二；所述测试装置二包括尺寸、形状完全一样的上、下拉伸模具，主要用于与待测样品的粘接，并挂载在测试装置一上进行拉伸。本实用新型所开发的设备，可以使得上下模具与试样具有良好的同轴度，并避免装夹过程损坏试样，提升了测试的可靠性和便利性，弥补了现有测试装置的不足以及测试方法的不足，可以更方便、快捷、安全、准确的测量出金属层状复合材料的界面结合强度。

Description

一种层状复合材料界面结合强度测试装置

技术领域

本实用新型主要涉及材料界面结合强度的评价领域，尤其涉及异种材料焊接接头和层状复合材料界面结合强度的拉伸装置及测试方法。

背景技术

目前，对于金属层状复合材料、表面镀膜材料、异种材料焊接接头以及梯度材料等材料的界面结合强度的表征方法比较有限，而对于这些材料来说，界面结合质量已作为评价材料性能的主要指标。现有的能定量评价金属层状复合材界面结合强度的主要检测方法有剪切试验、剥离试验和粘结拉伸试验等。由于剪切试验和剥离试验对试样制备要求较高，特别是对复层较薄的层状复合材料而言，是不能用剪切和剥离试验进行评估的。另外，剪切试验对界面平直度要求较高，对试样加工的精度也有较高要求，而剥离实验无法获得强度值。与上述试验方法相比，粘结拉伸试验对于复合层较薄的试样有着更好适应性，加工精度要求也没有剪切那么高，结果也相对可靠。但在粘接拉伸实验时，要保证界面两向受力方向与界面垂直，一旦出现细小的偏差将会导致实验结果不准确。

现有的模具是夹头与待测样品粘接成一个整体，然后再将这一整体通过螺纹与万能材料试验机相连并进行拉伸实验的，这就容易出现装夹后，无法保证拉伸过程中待测样品的受力方向与待测样品垂直并与其同轴。

因此，我们在现有的粘接拉伸实验的基础上，设计了一种新型材料界面结合强度的测试装置，该装置能有效避免上述存在的问题，同时装夹、卸载都比较方便，对待测样品的加工精度等要求比较低。

实用新型内容

针对以上存在的问题，本实用新型提供了一种新型材料界面结合强度测试装置及其评价方法和应用，该装置结构简单，操作便利，测试效率高，弥补了现有测试方法的不足，可以定量、准确地测量出金属层状复合材料、表面镀膜材料、异种材料焊接接头以及梯度材料等材料的界面结合强度。

本实用新型一种层状复合材料界面结合强度测试装置；所述测试装置，包括装置一和装置二；所述装置一包括尺寸、形状、结构完全一样的上、下夹具，也称挂具，主要用于与万能材料试验机连接，并用于挂载装置二；上夹具由螺纹端和挂载端组成；所述挂载端的上部与螺纹端相连；所述挂载端底部和侧面均开有凹槽，两个凹槽呈贯通状态，且相互垂直；垂直于挂载端底部，对上夹具进行投影；底部凹槽的投影成长方形，且长方形中和长边平行的对称轴也是挂载端底部投影的对称轴；所述上夹具为对称结构；垂直于上夹具的侧面进行投影；定义侧面凹槽投影的高为H1，底部凹槽的高为H2；

所述装置二包括尺寸、形状、结构完全一样的上、下承载台；所述上承载台包括承载段、第一凸起部位；连接段、第二凸起部位；承载段、第一凸起部位；连接段、第二凸起部位均呈圆柱形；其中承载段的直径小于第一凸起部位和第二凸起部位的直径；所述承载段与第一凸起部位相连；第一凸起部位与连接段相连、连接段与第二凸起部位相连；所述连接段的直径小于等于上夹具底部凹槽的宽度；所述连接段的长度为H2的1.02-1.35倍，第二凸起部位的高度为H1的0.2-0.6倍；所述上承载台也为对称结构。

本实用新型首次将装置二设计成与装置一相匹配的，可拆装的设备，这样一来；即使将装置一与拉伸机连接后；要通过调整高度后，再将带有测试材料的装置二装配到装置一；通过后续微调；可以最大概率的确保拉伸过程中待测样品的受力方向与待测样品垂直并与其同轴。

本实用新型一种层状复合材料界面结合强度测试装置；对上夹具进行投影；底部凹槽的投影成长方形的宽为上承载台连接段直径的1.02-1.35倍。

本实用新型一种层状复合材料界面结合强度测试装置；组装后，装置二的第二凸起部位卡在装置一的侧面凹槽内，装置二的连接段部分位于装置一的底面凹槽内。

本实用新型一种层状复合材料界面结合强度测试装置；第二凸起部位的高度为H1的0.3-0.55倍。

本实用新型一种层状复合材料界面结合强度测试装置；第一凸起部位的直径小于等于装置一中挂载端的直径。

本实用新型一种层状复合材料界面结合强度测试装置；承载段的高度占承载台高度的1/6-2/5。在工业上应用时，承载段的高度不能太高；否者会带来实验结果不精确的风险。

本实用新型一种层状复合材料界面结合强度测试装置；组装后，装置一和装置二的轴中心线重合。这样操作，确保实验结果的精确。

本实用新型一种层状复合材料界面结合强度测试装置；底部凹槽的外边沿设有凸起部分3；凸起部分3的高度为2-5mm、厚度为2-5mm，凸起部分3直接和侧面凹槽接触。本实用新型，由于设计了凸起部分3，进一步能保证实验结果的精确。

本实用新型一种层状复合材料界面结合强度测试装置；第二凸起部位的高度 +凸起部分3的高度小于H1。

本实用新型一种新型材料界面结合强度测试装置；

装置一主要用于挂载装置二，并在测试过程中装夹在万能材料试验机上；

装置二主要用于与待测样品进行粘接，并在测试过程中装夹在装置一上；

装置一与装置二的尺寸可以根据实际待测样品的尺寸，结合膜层结合强度测试标准进行等比例缩小或放大；

所述新型测试装置一与装置二是配套使用，缺一不可；

本实用新型一种新型材料界面结合强度测试装置；

可用于测试层状金属复合材料的界面结合强度、材料表面膜层的结合强度、异种材料焊接接头的结合强度、梯度材料不同梯度层之间的结合强度等。

本实用新型一种新型材料界面结合强度测试装置的使用方法(以层状金属复合材料为例)；包括下述步骤：

步骤一

取层状金属复合材料，裁剪成φ10mm的试样；层状金属复合材料由至少两层金属层构成；

步骤二

在层状金属复合材料两面涂上金属胶水(一种可以粘接金属材料的胶水，其粘结力大)，并与测试装置二的上、下承载台包括承载段的顶部粘合，随后放入对中装置中，使得上、下承载台、层状金属复合材料轴中心线重合；得到待测试样与装置二的装夹组合样；

步骤三

将测试装置一上、下夹具与万能材料视试验机相连，并调整万能材料试验机的高度接近于步骤二中所得的装夹组合样的高度，注意测试装置一上、下夹具的夹槽口要对齐；

步骤四

调节万能材料试验机至测试装置一上、下夹具间的间距合适，随后将与试样粘结好的拉伸模具(装置二)的上下两端分别插入测试装置一的上、下夹具两端的卡槽中(即将装置二的连接段、第二凸起部位卡入到装置一的凹槽内)；

步骤五

组装完毕后，启动万能材料试验机，进行拉伸试验，直至试样被拉断，同时记录拉伸过程中的载荷和位移；

步骤六

根据步骤六记载的位移和载荷绘制成位移-载荷曲线，计算得到层状金属复合材料的界面结合强度，计算公式为4Fmax/πR²。

本实用新型，测试装置一和装置二是联合使用，缺一不可；

本实用新型，测试装置一与万能材料试验机进行连接，并保证上、下夹具的夹槽口要对齐。

本实用新型，待测样品需要制备成与测试装置二的连接段直径一致的圆柱形样。

本发明测试装置二与测试装置一是分离设计的，这样确保在装样过程中不会损坏样品，同时装置二与装置一之间的装夹是活动的，这样在拉伸过程中能保证样品与装置二处于同轴度，确保实验结果的准确性。

本实用新型所设计设备使用时，所用金属胶水的粘接强度大于待测材料界面结合强度。所述胶水的粘接强度包括胶水与上、下拉伸模具的粘接强度以及胶自身的抗拉强度。

本实用新型的有益效果在于：

设计了一种便于操作的新型材料界面结合强度测试装置，每次拉伸前能够快速、准确地将试样装夹在万能材料试验机上，并在拉伸后可以将试样快速取出，并进行下一次试验，并使得上下模具与试样具有良好的同轴度，提升了测试的可靠性和便利性，弥补了现有测试方法的不足，可以更准确的测量出材料的界面结合强度。

附图说明：

下面借助于在附图中示出的实施例对本实用新型进行详细解释：

图1为实施例所用设备一的设计草图；

图2为实施例所用设备二的设计草图。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

组装测试装置设备；所述测试装置，包括装置一和装置二；所述装置一包括尺寸、形状、结构完全一样的上、下夹具，也称挂具，主要用于与万能材料试验机连接，并用于挂载装置二；上夹具由螺纹端和挂载端组成；所述挂载端的上部与螺纹端相连；所述挂载端底部(直径为32mm)和侧面均开有凹槽，两个凹槽呈贯通状态，且相互垂直；垂直于挂载端底部，对上夹具进行投影；底部凹槽的投影成长方形，且长方形中和长边平行的对称轴也是挂载端底部投影的对称轴；所述上夹具为对称结构；垂直于上夹具的侧面进行投影；定义侧面凹槽投影的高为H1(约为8mm，凸起部分3的高度为2mm)，底部凹槽的高为H2(约为10mm,)；

所述装置二包括尺寸、形状、结构完全一样的上、下承载台；所述上承载台包括承载段(直径约为10mm、高约为15mm)、第一凸起部位(直径约为18mm、高约为10mm)；连接段(直径约为10mm、高约为10mm)、第二凸起部位(直径约为18mm、高约为4mm)；承载段、第一凸起部位；连接段、第二凸起部位均呈圆柱形；其中承载段的直径小于第一凸起部位、第二凸起部位的直径；所述承载段与第一凸起部位相连；第一凸起部位与连接段相连、连接段与第二凸起部位相连；所述上承载台也为对称结构。底部凹槽的外边沿设有凸起部分3；凸起部分3的高度为2mm。在直径方向的厚度为2mm；

本实用新型首次将装置二设计成与装置一相匹配的，可拆装的设备，这样一来；即使将装置一与拉伸机连接后；要通过调整高度后，再将带有测试材料的装置二装配到装置一；通过后续微调；可以最大概率的确保拉伸过程中待测样品的受力方向与待测样品垂直并与其同轴。

本实用新型一种层状复合材料界面结合强度测试装置；组装后，装置二的第二凸起部位卡在装置一的侧面凹槽内，装置二的连接段部分位于装置一的底面凹槽内。

实施例1：

Al/Mg两层金属层状复合材料界面结合强度测试，具体步骤如下：

1)采用轧制法制备Al/Mg两层层状复合材料，Al、Mg的厚度分别为0.8mm 和0.6mm。采用电火花线切在制备的Al/Mg层状复合材料上取φ10mm的试样，作为本实施例的测试样品。

2)在φ10mm试样正反两面均涂上金属胶水，并将测试装置二的上、下模具待粘面分别与涂有金属胶水的试样在保证同轴度的情况下粘粘在一起，形成待测组合样品。

3)将图1所示的测试装置一上、下夹具的螺纹口分别与万能材料试验机相连，并调整其高度，并使上、下夹具的挂槽保持在同一条垂线上。

4)将步骤二中所得的待测组合样品的上、下挂头分别装夹在装置一的上、下夹具的挂槽里，启动万能材料试验机进行拉伸测试，此时试验机自动记录上冲模的位移和载荷；直至粘粘在装置一上的样品被拉开，万能材料试验机停止。

5)将步骤四记载的位移和载荷绘制成位移-载荷曲线，随后转化成应力-应变曲线，即可获得Al/Mg层状复合材料的界面结合强度。

实施例2：

Cu做中夹层的Al-Mg扩散焊接接头结合强度测试，具体步骤如下：

1)以Cu做中间层对Al/Mg异种材料进行扩散焊接，Al、Mg的厚度分别为 2mm和2mm。采用电火花线切在制备的Al/Mg异种材料焊接接头上取φ10mm 的试样，作为本实施例的测试样品。

2)在φ10mm试样正反两面均涂上金属胶水，并将测试装置二的上、下模具待粘面分别与涂有金属胶水的试样在保证同轴度的情况下粘粘在一起，形成待测组合样品。

3)将测试装置一上、下夹具的螺纹口分别与万能材料试验机相连，并调整其高度，并使上、下夹具的挂槽保持在同一条垂线上。

4)将步骤二中所得的待测组合样品的上、下挂头分别装夹在装置一的上、下夹具的挂槽里，启动万能材料试验机进行拉伸测试，此时试验机自动记录上冲模的位移和载荷；直至粘粘在装置一上的样品被拉开，万能材料试验机停止。

5)将步骤四记载的位移和载荷绘制成位移-载荷曲线，随后转化成应力-应变曲线，即可获得Al/Mg异种材料扩散焊接接头结合强度。

实施例3：

铝合金表面微弧氧化膜层的结合强度测试，具体步骤如下：

1)对厚度为3mm的铝合金表面进行微弧氧化，得到厚度50μm的陶瓷层。采用电火花线切在拥有陶瓷层的铝合金上取φ10mm的试样，作为本实施例的测试样品。

2)在φ10mm试样正反两面均涂上金属胶水，并将测试装置二的上、下模具待粘面分别与涂有金属胶水的试样在保证同轴度的情况下粘粘在一起，形成待测组合样品。

3)将测试装置一上、下夹具的螺纹口分别与万能材料试验机相连，并调整其高度，并使上、下夹具的挂槽保持在同一条垂线上。

4)将步骤二中所得的待测组合样品的上、下挂头分别装夹在装置一的上、下夹具的挂槽里，启动万能材料试验机进行拉伸测试，此时试验机自动记录上冲模的位移和载荷；直至粘粘在装置一上的样品被拉开，万能材料试验机停止。

5)将步骤四记载的位移和载荷绘制成位移-载荷曲线，随后转化成应力-应变曲线，即可获得陶瓷层与铝基体的界面结合强度。

Claims (9)

1.一种层状复合材料界面结合强度测试装置，包括装置一和装置二；所述装置一包括尺寸、形状、结构完全一样的上、下夹具，也称挂具，主要用于与万能材料试验机连接，并用于挂载装置二，所述装置二包括尺寸、形状、结构完全一样的上、下承载台；其特征是：

上夹具由螺纹端和挂载端组成；所述挂载端的上部与螺纹端相连；所述挂载端底部和侧面均开有凹槽，两个凹槽呈贯通状态，且相互垂直；垂直于挂载端底部，对上夹具进行投影；底部凹槽的投影成长方形，且长方形中和长边平行的对称轴也是挂载端底部投影的对称轴；所述上夹具为对称结构；垂直于上夹具的侧面进行投影；定义侧面凹槽投影的高为H1，底部凹槽的高为H2；

所述上承载台包括承载段、第一凸起部位；连接段、第二凸起部位；承载段、第一凸起部位；连接段、第二凸起部位均呈圆柱形；其中承载段的直径小于第一凸起部位和第二凸起部位的直径；所述承载段与第一凸起部位相连；第一凸起部位与连接段相连、连接段与第二凸起部位相连；所述连接段的直径小于等于上夹具底部凹槽的宽度；所述连接段的长度为H2的1.02-1.35倍，第二凸起部位的高度为H1的0.2-0.6倍；所述上承载台也为对称结构。

2.根据权利要求1所述的一种层状复合材料界面结合强度测试装置，其特征是：对上夹具进行投影，底部凹槽的投影成长方形的宽为上承载台连接段直径的1.02-1.35倍。

3.根据权利要求1所述的一种层状复合材料界面结合强度测试装置，其特征是：组装后，装置二的第二凸起部位卡在装置一的侧面凹槽内，装置二的连接段部分位于装置一的底面凹槽内。

4.根据权利要求1所述的一种层状复合材料界面结合强度测试装置，其特征是：第二凸起部位的高度为H1的0.3-0.55倍。

5.根据权利要求1所述的一种层状复合材料界面结合强度测试装置，其特征是：第一凸起部位的直径小于等于装置一中挂载端的直径。

6.根据权利要求1所述的一种层状复合材料界面结合强度测试装置，其特征是：承载段的高度占承载台高度的1/6-2/5。

7.根据权利要求1所述的一种层状复合材料界面结合强度测试装置，其特征是：组装后，装置一和装置二的轴中心线重合。

8.根据权利要求1所述的一种层状复合材料界面结合强度测试装置，其特征是：底部凹槽的外边沿设有凸起部分3；凸起部分3的高度为2-5mm、厚度为2-5mm。

9.根据权利要求8所述的一种层状复合材料界面结合强度测试装置，其特征是：第二凸起部位的高度+凸起部分3的高度小于H1。

Images