CN218470511U - 一种涂层结合强度的测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种涂层结合强度的测试装置，包括一台万能试验机、试样锁紧座、刮刀座和刮刀；刮刀座上设置有样品腔、刮刀腔和刮刀行进腔；样品腔两侧的刮刀座底部沿刮刀座宽度方向各设置一开口朝下的槽体，靠近样品腔的槽体壁上对称的设有与样品腔贯通的刮刀腔，远离样品腔的槽体壁上对称的设有与刮刀腔匹配的刮刀行进腔；刮刀座上部与万能试验机上端固定连接；试样锁紧座固定于万能试验机下端，用于锁紧固定待测试样下端，刮刀设置于刮刀腔内。本实用新型结构简单，操作便捷，测试稳定，制作成本低，无外加的复杂设备，简化了涂层强度的检测和定量分析。

Description

一种涂层结合强度的测试装置

技术领域

本实用新型属于涂层结合强度测试技术领域，具体涉及一种涂层结合强度的测试装置。

背景技术

高通量换热管多孔涂层的结合强度是其重要的性能指标之一，较低的涂层结合强度会使运输和安装时多孔涂层发生剥离，更会在实际运行中因工质的冲蚀而脱落，严重影响高通量换热管的传热效率。当前，高通量换热管行标HG/T4379-2012仅规定了两种定性测试方法，一是高通量换热管纵向拉伸至断裂，表面无多孔层脱落；二是外表面多孔管180°弯曲后外侧表面多孔层无脱落。此两种方法均为从产品上取样的定性检测，不能判断出哪种多孔层的强度更高。

GB/T 8642-2002规定了热喷涂抗拉结合强度的测定标准，该方法在基体块一侧喷涂涂层，并用指定胶水将涂层粘贴到另一侧基体块上，胶水固化后利用拉伸机对涂层与基体块表面及涂层与胶水、基体块间进行拉伸断裂。但该方式只有在喷涂涂层与基体块结合面发生断裂或喷涂涂层本身发生断裂时(涂层强度与涂层和基体块结合强度低于胶水强度)才有效；此外，在实际评价过程中，需要额外制备涂层与基体块样品，在非热喷涂工艺下样品的涂层与实际涂层差异较大，而且，粘结方式多应用于厚度高于0.15mm的涂层检测，尤其在涂层为多孔结构时，胶粘所用的液态粘接剂不仅会对接触表面0.13mm深度产生影响，还会渗入到多孔层内部，改变涂层与基体块之间的结合方式。因此，该方法在实际评价非热喷型涂高通量换热管多孔层结合强度时很难实现。

除以上两种常用方法外，还有划痕法、压痕法、刮剥法、动态拉伸法、剪切法等定量检测法。其中，划痕法考察附着力，再利用声信号、振动检测和微观形貌检测等实现定量。压痕法采用压头压入，通过压痕复合和径向裂纹长度的斜率评价，相比划痕法，对基体的硬度不敏感。刮剥法与本实用新型原理相同，但评价采用能量衡量，与刮刀的尺寸和刮痕的面积有关，因此较难达到一致性判断。动态拉伸法适用于微型的薄膜拉伸，并需时刻在扫描电镜下观察，操作复杂。

CN202010110545.3公开了一种胶粘结合强度的测定装置，通过测定装置的压头施加轴向压力，测得脱粘的压力值，从而得到胶粘结合强度。其虽然对测定粘接强度时在拉伸试验中上下两端夹头的对中难题有改善作用，但是对于无法粘结拉开的涂层具有很大的局限性，无法对此类涂层进行结合强度的测定。

CN202110019298.0公开了一种银镀层的结合强度测试方法，主要采用划痕法测定结合强度。在试样的银镀层表面制备划痕，后再在划痕内部并滴加化学变色试剂，根据划痕显色长度与线性载荷的对应关系，推算银镀层的结合强度；可以通过结合使用金属镀层的“微米划痕方法”与银的“化学变色方法”，定量表征银镀层的结合强度。但是此方法无法纵向评价结合强度的大小，且操作过程繁杂不简便。

CN201520245031.3公开了一种测试涂层试件结合强度的试验装置，用于测试涂层试件拉伸强度的装置，其装置虽然便于加工，可靠实用，可解决涂层试件因不便装夹导致拉伸及剪切结合强度指标难以获得的具体问题，但其装置无法横向定量控制压力，进而衡量结合强度。

综上所述，定性检测法能快速实现合格判断，但不能比较出产品的优劣，而粘结拉伸定量检测法不仅要单独制样，因粘接剂的影响要求薄层厚度不能低于0.15mm，且不适用于多孔涂层的检测。其他检测方法，多需要判断静态或动态的微观形貌、声信号等，操作和分析复杂，又不适用于现场的快速判别。

实用新型内容

为了解决现有技术在涂层结合强度测量中存在的制样复杂、无法测定涂层结合强度高于粘接剂强度的粘结涂层、现场难以快速半定量评价和精确定量评价、对测试涂层厚度要求高的技术问题，本实用新型提供了一种涂层结合强度的测试装置。

本实用新型提供的涂层结合强度的测试装置，包括一台万能试验机、试样锁紧座、刮刀座和刮刀；所述刮刀座整体呈条块状长方体，其上设置有样品腔、刮刀腔和刮刀行进腔；样品腔为柱形通孔，沿刮刀座高度方向贯穿其几何中心，样品腔两侧的刮刀座底部沿刮刀座宽度方向各设置一开口朝下的槽体，靠近样品腔的槽体壁上对称的设有与样品腔贯通的刮刀腔，远离样品腔的槽体壁上对称的设有与刮刀腔匹配的刮刀行进腔；刮刀座上部与万能试验机上端固定连接，可随万能试验机上端上下移动而移动；试样锁紧座固定于万能试验机下端，用于锁紧固定待测试样下端，待测试样上端穿过样品腔，样品腔沿待测试样轴向可做相对运动；刮刀设置于刮刀腔内，其刀头可与待测试样表面接触。

本实用新型的测试装置的工作过程为：将试样锁紧座固定于万能试验机下端，将刮刀座固定于万能试验机上端，将待测式样下端(光管区)锁紧固定于试样锁紧座上，并使待测式样上端(涂层区)穿过刮刀座的样品腔；将刮刀设置于刮刀腔内，刮刀刀头与待测试样表面接触，为刮刀施加横向载荷，保证刮刀与待测试样两侧接触相同，并保证试验过程中双侧刮刀作用力始终处于稳定且平衡的状态。启动万能试验机，万能试验机上端在程序控制下匀速向上移动，刮刀座也匀速向上移动，此时刮刀划过待测试样接触面，刮除涂层，万能试验机采集拉伸力-位移曲线，保存数据和图像。刮刀座下端面与待测试样标示线对齐，保证待测试样刮剥的位置一致。

本实用新型的测试原理是在现有刮剥式测量方法的基础上进行的改进，同样利用特制的刮剥刀具，以类似于薄层金属刮剥方式工作，通过载荷大小、测试从基底上剥离薄膜所需的力及结合刮剥面积得出结合强度来判断结合强度的优劣和精确定量结合强度大小，与现有技术中单刮刀水平刮剥及以从基底上剥离薄膜所需能量的依据不同。本实用新型结合强度测试从横向和纵向分别施加双侧载荷F和拉伸力，竖直方向上刮刀由试样上的预留无薄膜区(光管区)开始，紧贴试样基体的表面楔入涂层和基体的界面。在纵向拉伸力的作用下，涂层从基体沿界面剥离下来。并以光管区(基体区)刮剥力与涂层区刮剥力的差值及单位面积强度来衡量涂层结合强度P的大小。

由刮剥过程测得的纵向拉伸力的变化得出刮剥位移与纵向刮剥力曲线和刮剥力An，并可记录横向载荷大小F；

利用涂层厚度和刮刀前端大小(或管状样品直径)，或涂层厚度和刮痕宽度计算得出刮剥面积S；

刮剥位移与纵向刮剥力曲线中的刮剥力An为一个稳定波动力曲线，通过对曲线的分析可得到A1和A2，A1为光管区(无涂层区)的平均刮剥力，A2为涂层区的平均刮剥力；

τ＝A2-A1(1)，为刮剥掉涂层所需的力；

P＝τ/S(2)，P为涂层的结合强度。

由测试原理，本实用新型的测试装置适用于带基底的有涂层样品测试，但通过基底样品的测试也可得出标准值A1，从而由A2-A1得出适用于任意带涂层的样品。

本实用新型具有如下有益效果：

1)测试样品易得，无需额外复杂制样，在柱状产品上直接切割取样检测，而且对比单独制取片状样能够真实反映产品涂层的结合强度；

2)无粘接剂失效问题，可用于涂层厚度0.05mm以上的涂层测试；

3)实现现场快速半定量评价和精确定量评价，相比划痕法等复杂检测方式，简化了测试所需的步骤和分析，适用于工业化的快速质量检测；

4)测试装置结构简单，操作便捷，对样品材质不敏感，检测结果稳定，制造成本低，无外加的复杂设备，简化了涂层强度的检测和定量分析。

附图说明

图1是本实用新型的测试装置的结构示意图；

图2是本实用新型的测试装置的刮刀座的结构示意图；

图3是图2的俯视结构示意图；

图4是本实用新型的刮剥原理图；

图5是刀头为斜切面形式的刮刀结构示意图；

图6是刀头为直角面形式的刮刀结构示意图；

图7是刀头为尖头型形式的刮刀结构示意图；

图8是刀头为圆弧形形式的刮刀结构示意图。

图中：1-万能试验机，2-刮刀座，3-刮刀，4-压力传感器，5-阻尼结构，6-旋紧螺母，7-待测试样，8-试样锁紧座，9-微气体管，10-样品腔，11-刮刀行进腔，12-刮刀腔，13-涂层区，14-光管区；

F-横向载荷，An-刮剥力。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步描述。

图1是本实用新型的测试装置的结构示意图。该装置包括台万能试验机1、刮刀座2、刮刀3、压力传感器4、阻尼结构5、旋紧螺母6、试样锁紧座8和微气体管9。刮刀座2上部与万能试验机1上端固定连接，可随万能试验机1上端上下移动而移动；试样锁紧座8固定于万能试验机1下端，用于锁紧固定待测试样7下端的光管区14(见图4)，待测试样7上端为涂层区13(见图4)，待测试样7上端穿过样品腔10(见图2)，样品腔10沿待测试样7轴向可做相对运动。

如图2～3所示，刮刀座2整体呈条块状长方体，其上设置有样品腔10、刮刀腔12和刮刀行进腔11；样品腔10为柱形通孔，沿刮刀座高度方向贯穿其几何中心，样品腔10两侧的刮刀座底部沿刮刀座宽度方向各设置一开口朝下的槽体，靠近样品腔10的槽体壁上对称的设有与样品腔10贯通的刮刀腔12，远离样品腔10的槽体壁上对称的设有与刮刀腔10匹配的刮刀行进腔11。

如图1～2所示，刮刀3设置于刮刀腔12内，其刀头与待测试样7表面接触。刮刀3的尾部后方依次设置有压力传感器4、阻尼结构5和旋紧螺母6，旋紧螺母6设于刮刀行进腔11内。

刮刀3的刀头(刮刀的前端)与待测试样7表面接触，刮刀3刀头可为任意形式，如斜切面、直角面、尖头型、圆弧形、十字面、针头等。图5～8给出了刮刀3刀头的几种刀头形式，依次分别为：斜切面形式、直角面形式、尖头型形式、圆弧形形式。

阻尼结构5能够发生弹性形变，可根据胡克定律和压力传感器4得出载荷力的大小。刮刀3在阻尼结构5和旋紧螺母6作用下紧贴待测试样7表面并施加一定的作用力F，旋转旋紧螺母6使压力传感器4、阻尼结构5和刮刀3前进，当刮刀3刀头刚接触到待测试样7时，阻尼结构5处于松弛状态，此时压力传感器4显示载荷F为0N，误差在0.5N以内。继续旋转旋紧螺母6，为阻尼结构5和刮刀3提供横向载荷F，产生的反作用力通过中间压力传感器4得到，调整旋紧螺母6使两侧载荷相同，保证刮刀3与待测试样7两侧接触相同，并保证试验过程中双侧刮刀3作用力始终处于稳定且平衡的状态。样品腔10为一中空空间，形状为柱状，可为圆柱状或棱柱状，或与刮刀3能有一定接触并能固定锁紧的柱体。待测试样7的上半段位于样品腔10内，样品腔10内还可在刮刀腔12上方的样品腔腔体上或样品腔顶部位置设有开孔，开孔内设置有微气体管，试验时通入少量气体，使待测试样7刮掉的涂层碎屑及时掉落，防止其影响测试结果。当万能试验机1上端在程序控制下匀速向上移动时，刮刀座2也匀速向上移动，此时刮刀3划过待测试样7的接触面，从光管区14向涂层区13刮剥，产生刮剥力An刮除涂层(见图4)。刮刀座2下端面与待测试样7的标示线对齐，保证待测试样7刮剥的位置一致。

试样锁紧座8包括能与万能试验机1下端连接的固定结构，固定结构可为卡盘结构或压力锁死机构，利用三点或多点固定原理，通过接触面使待测试样7在水平和竖直方向锁紧，不发生过大的移动和变形；卡盘结构能够自动调整管状样品至中心位置，并能通过调整卡盘内槽高度，使待测试样7竖直方向保持固定的测试位置，使每次测试时的测试起始点和转折点都在相同的位置。

总之，本实用新型涂层厚度检测范围大，对基底材质要求不高，且能实现现场快速检测和实验室精确定量检测。所用的测试装置结构简单，操作便捷，测试稳定，制作成本低，无外加的复杂设备，简化了涂层强度的检测和定量分析。

Claims (4)

1.一种涂层结合强度的测试装置，其特征在于：包括一台万能试验机、试样锁紧座、刮刀座和刮刀；所述刮刀座整体呈条块状长方体，其上设置有样品腔、刮刀腔和刮刀行进腔；样品腔为柱形通孔，沿刮刀座高度方向贯穿其几何中心，样品腔两侧的刮刀座底部沿刮刀座宽度方向各设置一开口朝下的槽体，靠近样品腔的槽体壁上对称的设有与样品腔贯通的刮刀腔，远离样品腔的槽体壁上对称的设有与刮刀腔匹配的刮刀行进腔；刮刀座上部与万能试验机上端固定连接，可随万能试验机上端上下移动而移动；试样锁紧座固定于万能试验机下端，用于锁紧固定待测试样下端，待测试样上端穿过样品腔，样品腔沿待测试样轴向可做相对运动；刮刀设置于刮刀腔内，其刀头可与待测试样表面接触。

2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于：所述刮刀尾部后方依次设置有压力传感器、阻尼结构和旋紧螺母，旋紧螺母设于刮刀行进腔内。

3.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于：所述刮刀刀头形式为斜切面形式、直角面形式、尖头型形式或者圆弧形形式。

4.根据权利要求1～3任一所述的测试装置，其特征在于：所述样品腔内在刮刀腔上方的样品腔腔体上或样品腔顶部位置设有开孔，开孔内设置有微气体管。

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