CN2783316Y - 一种涂层力学性能试验装置 - Google Patents

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陈光明
谷长军
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陈光明
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Abstract

本实用新型公开了一种测量涂层力学性能的试验装置,它包括力学性能测试机、光学摄像仪、声发射动态监测仪。力学性能测试机可分别对涂层材料进行机械压痕、扭转、拉伸、弯曲、双拉和剪切等力学试验,利用维氏硬度计测试硬度的原理,测出载荷-位移曲线。该机采用高精度位移传感器、精密组合夹具和精密导向机构,提高了位移精度。通过光学摄像仪和声发射动态监测仪记录试验过程中的各种参数,最后将所获得的试验数据输入到一台安装了涂层力学性能分析软件的计算机,计算机通过分析试验所得的各种数据,并与载荷-位移曲线相比较获得涂层的断裂韧性、界面拉伸断裂强度、界面剪切断裂强度等实验数据。

Description

一种涂层力学性能试验装置
技术领域
本实用新型涉及一种试验装置,具体地说,涉及一种测量涂层力学性能的试验装置。
背景技术
目前,公知的涂层性能试验主要是针对工况进行工艺对比试验。如抗烧蚀试验、剪切试验、显微硬度试验、拉伸试验(主要针对涂层结合强度小于50Mpa的热喷涂涂层)、划痕试验(主要针对微米量级的薄膜)等,均无法获取力学分析所必需的相关参数,如涂层的断裂韧性、界面拉伸断裂强度、界面剪切断裂强度等。而硬度计无法实现连续加载,不能测定载荷-位移曲线;电子式万能试验机的位移测试精度不能满足压痕法测试要求,国际上虽有压痕测试仪,虽然能满足压痕法测试要求,可测定载荷-位移曲线,但价格非常昂贵。
实用新型内容本实用新型正是为了克服现有涂层力学性能试验装置的不足,而设计的一种涂层力学性能专用试验装置-涂层力学材料试验机。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:该涂层力学性能试验装置包括力学性能测试机、光学摄像仪、声发射动态监测仪。力学性能测试机为GP-TS2000HM/50KN,即电脑伺服控制涂层材料专用万能材料试验机。它包括一台安装了涂层力学性能分析软件的计算机,可分别对涂层材料进行机械压痕、扭转、拉伸、弯曲和剪切的力学试验,同时自动获取相应的载荷-位移曲线。
根据维氏硬度计测试硬度的原理,(通过施加预载荷、主载荷、保持总载荷及卸载荷),利用安装在下空间内,中横梁中部的高精度位移传感器测出载荷-位移曲线。该高精度位移传感器的最小分辨率可达0.2微米,解决了硬度计无法实现连续加载,无法测定载荷-位移曲线的难题。为了保证试验精确,更换试样方便,该电脑伺服控制涂层材料专用万能材料试验机采用了精密组合夹具和精密导向机构,可以在X-Y方向自由调整试样的位置,误差小于10微米,且试样的受力点与导向结构的受力轴线和力学性能测试机载荷轴一致,其位移测试精度可达到GB/T16491标准中对压痕法测试的要求。精密组合夹具为GP-XY20K精密组合夹具,可以夹持圆柱形、方柱形和板形试样。导向机构为GP-ZH精密导向机构。
目前的力学性能测试机一般只能实现拉、压、弯试验,而对于扭转实验一般要通过专用试验机实现。GP-TS2000HM/50KN力学性能测试机将扭转实验、拉、压、弯试验组合在一起,上空间中有一台四点弯曲装置,可完成拉、压、弯实验,下空间中有一台扭转装置,扭转装置固定安装在下底板上,可完成扭转实验。通过下底板分别与传动装置、横梁平动电机及减速装置、扭转电机及减速装置相连。横梁平动电机及减速装置、扭转电机及减速装置与计算机相连并受计算机控制。扭转装置的扭角测试分辨率高达0.05度,拉、压、弯装置对拉伸、弯曲、剪切试验按照GB/T8641-1988、GB/T8642-1988、GB/T13222-1991标准实现。
所述光学摄像仪有两个或两个以上的摄像镜头,可分别从多个方向拍摄涂层试样在试验中裂纹的萌生及扩展图像,所获取的图像与载荷-位移曲线相对应。光学摄像仪的CCD探头和夹具用磁性法连接在一起,放大和信号采集装置放置在实验台上,采集后的数据传输给计算机处理。光学摄像仪为GP-TSHCCD600光学摄像系统观察仪。
所述声发射动态监测仪用声发射系统在线连续监测涂层材料的受载荷损伤行为,测定涂层断裂或界面断裂时间,所获取的图像与载荷-位移曲线相对应。声发射动态监测仪的探头通过耦合介质与被测试样接触,声发射器放置在试验台上,采集后的数据传输给计算机处理。声发射动态监测仪为GP-TSHAE10Kn。
力学性能测试机中的计算机执行涂层力学性能分析(软件),采集光学摄像仪和声发射动态监测仪所测图像和声信号,并与来自力学性能测试机所测载荷-位移曲线叠加,通过分析处理得出涂层/基体界面裂纹萌生、发展的特征参数,并以文字、表格和图形的方式输出实验结果报表。力学性能分析软件为通用软件,主程序用VBS语言编写,数据库采用了MSACCESS数据库,数据库管理采用SQL技术,输出报表使用Crystal Report工具。
本实用新型的有益效果是该力学性能测试机将扭转实验、拉、压、弯试验组合在一起,可对涂层材料进行机械压痕、扭转、拉伸、弯曲、和剪切等力学试验,并自动测定相应的载荷-位移曲线,提高了位移测试精度,减小了测试误差;将力学性能测试机、光学摄像仪、声发射动态监测仪(记录)集成在一套测试装置中,能在线判断、监视和记录涂层及界面在试验过程中的损伤演变过程(如涂层裂纹形态及演变等),并将测试过程和结果传输给计算机,经力学性能分析软件处理,最终获取涂层力学性能的试验数据,提高了测试的精度和效率。
附图说明
图1为本实用新型连接关系示意图。
图2为力学性能测试机结构图。
图3为力学性能测试机中扭转装置半透视结构放大图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
如图1所示,该涂层力学性能试验装置包括力学性能测试机30及其内部的计算机31,光学摄像仪40通过数据线34或存储介质与计算机31交换数据,声发射动态监测仪50通过数据线35或存储介质与计算机31交换数据。力学性能测试机分别对涂层材料进行机械压痕、扭转、拉伸、弯曲和剪切等各种力学试验,同时通过光学摄像仪和声发射动态监测仪记录试验过程中的各种实验数据。
力学性能测试机30为GP-TS2000HM/50KN,既电脑伺服控制涂层材料专用万能材料试验机,它由上横梁7、中横梁5、下底板3将该力学性能测试机30分隔成上、下两个空间,上空间8内安装了一台四点弯曲装置9;下空间10内中横梁5中间安装了一个传感器6,下空间10内下底板3中间安装了一台扭转装置6。由计算机控制横梁平动电机及减速装置12,并通过传动装置6控制中横梁3,驱动四点弯曲装置9实现拉伸、压缩、弯曲、剪切等试验。由计算机31控制扭转电机及减速装置12来控制下底板驱动扭转装置11,从而实现扭矩测定实验。计算机通过串行接口接收来自传感器6测定的试验数据。该电脑伺服控制涂层材料专用万能材料试验机采用了GP-XY20K精密组合夹具和GP-ZH精密导向机构,保证了可以在X-Y方向自由调整试样的位置,误差小于10微米,且试样的受力点与导向机构的受力轴线和力学性能测试机载荷轴一致,GP-XY20K精密组合夹具可以夹持圆柱形、方柱形和板形试样。
光学摄像仪采用GP-TSHCCD600高分辨率光学摄像系统观察仪,在对涂层材料进行力学试验的同时,采用两个CCD摄像镜头可任意从两个方向拍摄涂层试样在试验中裂纹的萌生及扩展图像,所获取的图像与载荷-位移曲线相对应。光学摄像仪也可以采用多个CCD摄像镜头或其它镜头。
声发射动态监测仪采用GP-TSHAE10Kn,在对涂层材料进行力学试验的同时,声发射动态监测仪通过声发射系统在线连续监测涂层材料的受载损伤行为,测定涂层断裂或界面断裂的时间,并与载荷-位移曲线相对应。
图3为力学性能测试机中扭转装置半透视结构放大图。

Claims (6)

1.一种测量涂层力学性能的试验装置,其特征在于:包括力学性能测试机(30)、光学摄像仪(40)、声发射动态监测仪(50);所述力学性能测试机利用维氏硬度计测试硬度的原理,即对试样施加预载荷、主载荷、保持总载荷及卸载荷,通过安装在下空间(10)内,中横梁(3)中部的传感器(2)测出载荷-位移曲线。所述光学摄像仪(40)有两个或两个以上的摄像镜头,可分别从多个方向拍摄涂层试样在试验中裂纹的萌生及扩展图像;所述声发射动态监测仪(50)用声发射系统在线连续监测涂层材料的受载荷损伤行为,测定涂层断裂或界面断裂时间;力学性能测试机(30)中的计算机(31)执行涂层力学性能分析软件,采集光学摄像仪和声发射动态监测仪所测图像和声信号,并与来自力学性能测试机(30)所测载荷-位移曲线叠加,通过常规分析处理得出涂层/基体界面裂纹萌生、发展的特征参数。
2.根据权利要求1所述的一种测量涂层力学性能的试验装置,其特征在于:该力学性能测试机还包括夹治具和导向机构,可以在X-Y方向上自由调整试样的位置,且试样点与所述导向机构的受力轴线和所述力学性能测试机载荷轴一致。
3.根据权利要求2所述的一种测量涂层力学性能的试验装置,其特征在于:所述夹治具为GP-XY20K精密组合夹具,所述导向机构为GP-ZH精密导向机构。
4.根据权利要求1至3之一所述的一种测量涂层力学性能的试验装置,其特征在于:所述力学性能测试机(30)为GP-TS2000HM/50KN电脑伺服控制涂层材料专用万能材料试验机。
5.根据权利要求1所述的一种测量涂层力学性能的试验装置,其特征在于:所述光学摄像仪(40)为GP-TSHCCD600光学摄像系统观察仪。
6.根据权利要求1所述的一种测量涂层力学性能的试验装置,其特征在于:所述声发射动态监测仪(50)为GP-TSHAE10Kn。
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