测量涂层结合强度的方法和用于测量的试样

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测量涂层结合强度的方法和用于测量的试样
本发明属于涂层结合强度测试技术领域，特别涉及爆炸喷涂、超音速火焰喷涂等热喷涂涂层结合强度的测量。
目前对热喷涂工艺获得的涂层的结合强度的测量，美国、日本和我国的国家标准均采用胶粘及拉伸的方法。它具有操作简单灵活的特点，而且不需要复杂的理论计算。但这种方法的应用范围受到所用粘接剂(胶)的抗拉强度的限制。一般情况下要求涂层的结合强度应小于胶的抗拉强度。如ASTMC-633推荐的CONP公司生产的CONAP1222粘接剂的抗拉强度为55Mpa。目前国内采用的作为粘接剂的E-7胶，其抗拉强度在70Mpa左右。近年来随着爆炸喷涂工艺的出现，测量过程中常出现脱胶的现象，说明涂层与基体的结合强度大大超过目前使用的胶的抗拉强度，使用ASTMC-633和GB5210-85标准已经不能够获得结合强度的数值，甚至在航空测试技术标准中对爆炸喷涂的结合强度也没有给出确切的数值。为了获得涂层与基体的结合强度，《表面处理技术》(胡传忻著，北京工业大学出版社，1997年)给出了一种不采用胶的测量方法，如图3所示，在基体中心开孔，使柱销与中心孔滑配合，并使基体面与柱销端面处于同一平面后喷涂，然后按图所示施加载荷，即可求出结合强度。但这种方法在测量过程中柱销与中心孔之间不可避免的会出现摩擦力，影响测量结果的准确性。《粉末冶金》(Ю.А.ХАРЛАМОВМ.И.ЛИВШИЦ 1983.5，74-78)提到的测量方法，将柱销由圆柱体改为锥形，基本上解决了测量过程中摩擦力的影响问题，但该方法在测量过程中拉伸面积很小，常导致测量结果的波动很大。如果增大拉伸面积，拉力超过涂层本身的剪切强度，导致涂层断裂，也不能获得结合强度。以上两种方法都没有被作为热涂层的测量标准。国内常采用E7胶测试热喷涂涂层的结合强度，由于E7胶的抗拉强度不超过80Mpa因此，当涂层结合强度大于80Mpa时无法测量。随着爆炸喷涂工艺和超音速火焰喷涂的应用，涂层的结合强度已经超过了E-7胶的抗拉强度，目前还没有其他合适的粘接剂替代E-7胶，因此传统的测试方法不能满足实际生产的需要。
本发明的发明的目是：提供一种解决高结合强度热喷涂涂层的结合强度测量方法和一种专用于该测量方法的试样，以解决高强度涂层结合强度测量的难题。
本发明的技术方案是：一种用于热喷涂涂层结合强度测量的试样，其特征在于，试样由一个支撑圈2和一个堵塞1组成，支撑圈2是一个圆柱体，其中心有一个由上锥孔6和下锥孔7组成的贯通孔，上锥孔6直径大的一端位于支撑圈2的上表面，下锥孔7直径大的一端位于支撑圈2的下表面，上锥孔6的锥度为40°～120°，下锥孔7的锥度为5°～40°，上锥孔6与下锥孔7的交会面的直径为2～20mm，该交会面到支撑圈2上表面的距离是0.2～0.8mm；堵塞1的上部是锥度与下锥孔7的锥度相同、上端面直径与上锥孔6和下锥孔7交会面直径相同的圆锥体，堵塞1的下部是圆柱体，堵塞1的上部锥体插入支撑圈2的下锥孔7中。
一种使用如上所述的试样测量热喷涂涂层结合强度的方法，其特征在于，(1)将堵塞1的锥体插入支撑圈2的下锥孔7中，对支撑圈2的上表面进行被测涂层的喷涂，喷涂后，涂层将上锥孔6填平，支撑圈2的上表面形成一个涂层平面；(2)在涂层表面涂胶，将一块厚度为1～5mm的加强板粘贴在涂层上；(3)将试样固定在拉伸测量装置上，从支撑圈2的下表面向上施加力，夹持堵塞下部圆柱体向下施加力，直至堵塞1从下锥孔7拉出，测得涂层的结合强度。
本发明测量方法的优点是：由于拉伸过程与粘接剂的抗拉强度无关，因此测量结果不受粘接剂的抗拉强度的限制，可以用于具有高结合强度的热喷涂涂层强度的测量。
将堵塞1设计为锥形，消除了拉伸过程中堵塞1与支撑圈2之间的摩擦力，提高了测量结果的准确性。
喷涂涂层后，由于涂层有一定的气孔率，粘接剂4可以部分浸渗到涂层中，在保证不渗到基体的条件下，提高了涂层厚度方向的断裂强度，同时加强板5使涂层成为一个整体，进一步提高了涂层抗弯强度。同时，支撑圈2上的上锥孔6涂满了涂层，增大了涂层厚度，从支撑圈2上端面到堵塞1的上端面是锥形过渡，这样就大大减少了涂层沿厚度方向开裂的可能性。由于上述原因，本发明方法可以增大涂层测试端面的面积，即堵塞1上端面的面积，提高测量精度，减少测试结果的波动。
附图说明
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图1是本发明试样结构图。
图2是支撑圈2的结构图。
图3是柱销拉伸测试示意图。
下面结合附图对本发明做详细说明。参见图1，图中所示为已经喷涂了涂层并粘接了加强板后的试样。本发明测量方法所用的试样由堵塞1和支撑圈2组成。支撑圈2是一个圆柱体，其中心有一个由上锥孔6和下锥孔7交会组成的贯通孔，上锥孔6直径大的一端位于支撑圈2的上表面，下锥孔7直径大的一端位于支撑圈2的下表面，上锥孔6的锥度为40°～120°，下锥孔7的锥度为5°～40°，上锥孔6与下锥孔7的交会面的直径为2～20mm，该交会面到支撑圈2上表面的距离是0.2～0.8mm。支撑圈2的外圆直径根据拉伸测试涂层端面、即上锥孔6与下锥孔7的交会面的直径做相应调整，一般是其3～8倍。堵塞1的上部是锥度与下锥孔7的锥度相同、上端面直径与上锥孔6和下锥孔7交会面直径相同的圆锥体，堵塞1的下部是圆柱体，堵塞1的上部锥体插入支撑圈2的下锥孔7中，使下锥孔7被充满，上锥孔6成为一个下端封闭的盆腔，被测试的涂层将喷涂在该盆腔和支撑圈2的上端面上。图1中，3是被测涂层，4是粘接剂，5是加强板。图2是支撑圈2的结构图，更清楚地显示了上锥孔6和下锥孔7。
本发明的测量过程是：(1)将堵塞1的锥体插入支撑圈2的下锥孔7中，利用喷涂设备对支撑圈2的上表面进行被测涂层的喷涂，喷涂后，涂层将上锥孔6填平，整个支撑圈2的上表面形成一个涂层平面。
(2)在涂层表面涂胶，例如涂E7胶，将一块厚度为1～5mm的加强板5粘贴在涂层上，加强板的形状可以与支撑圈2的端面形状相同，可以使用金属板加强板。
(3)将试样固定在拉伸测量装置上，从支撑圈2的下表面向上施加力，夹持堵塞下部圆柱体向下施加力，直至堵塞1从下锥孔7拉出，测量装置即可测得涂层的结合强度。
实施例1。堵塞1上端面的喷涂面积的直径d为5mm，下锥孔7的锥度α为5度，支撑圈2外圆直径Φ为30mm，上锥孔6的锥度β为60度，堵塞1上端面到支撑圈2上端面的垂直距离h为0.2mm，爆炸喷涂WC-13Co涂层，涂层厚度0.4mm，粘接剂选用E-7胶，将3mm厚的钢加强板5粘接到涂层上，测得的涂层的拉伸强度为106.8Mpa，远高于E-7胶的结合强度。下表给出其他实施例的测量结果。