一种涂层剪切强度的测试装置及测试方法与流程

1.本发明涉及涂层强度测试技术领域，更具体地说是涉及一种涂层剪切强度的测试装置及测试方法。


背景技术：

2.涂层是出于耐磨、耐腐蚀及抗氧化等目的而采用不同制备技术涂敷于基体表面的保护层。涂层与基体的界面力学性能是表征涂层使用性能的关键评价对象，界面力学性能包括界面结合强度和界面剪切强度，其中界面结合强度是指抵抗涂层与基体法向分离的能力，界面剪切强度是抵抗涂层与基体切向滑移分开的能力。涂层界面力学性能优劣直接影响涂层承载能力，是涂层性能评价的重要对象。目前有很多涂层强度测试方法，常用的有拉伸法、划痕法、弯曲法及环形剪切法等。
3.现有的涂层强度的测试方法各有利弊和侧重点，如拉伸法不能测试比胶粘剂自身结合强度大的涂层；划痕法主要适用于硬质涂层的结合力测试，只能定性表证涂层强度，而不能获取适用计算和设计的应力数值；弯曲法适合测量结合强度较弱的涂层；环形剪切法的计算与常规剪切强度公式不等同，试验实施具有局限性。这些涂层强度测试方法存在物理意义不明确或只能定性表证涂层强度，不能获取适用计算和设计的应力指标等问题，而且只适用于室温环境，不能对热障涂层等高温服役涂层的实施高温条件下的涂层强度测试。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种涂层剪切强度的测试装置及测试方法，目的就是为了解决现有技术中的问题。
5.为解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案：
6.一种涂层剪切强度的测试装置，包括：底座；所述底座顶端设置有竖板；所述竖板一侧设置有中间板组件；所述中间板组件与所述竖板之间合围形成有安装腔；所述竖板上开设有贯穿所述竖板的第一螺纹孔；所述第一螺纹孔与所述安装腔相连通；所述第一螺纹孔内设置有与所述第一螺纹孔相适配的第一螺栓。
7.优选地，所述中间板组件包括第一中间板、第二中间板和第三中间板；所述第一中间板和所述第二中间板对称设置于所述竖板上；所述第三中间板设置于所述第一中间板和所述第二中间板远离所述竖板一侧。
8.优选地，所述第三中间板远离所述竖板一侧设置有固定板；所述固定板与所述竖板上均开设有两个对称设置的第二螺纹孔；所述固定板与所述竖板上的所述第二螺纹孔一一对应设置；所述第二螺纹孔内设置有与所述第二螺纹孔相适配的第二螺栓；所述第一中间板、所述第二中间板和所述第三中间板上均开设有与所述第二螺栓相适配的通孔。
9.优选地，所述底座底端开设有贯穿所述底座顶端的阶梯孔；所述阶梯孔内设置有第三螺栓；所述竖板底端开设有与所述第三螺栓相适配的第三螺纹孔。
10.一种涂层剪切强度的测试方法，利用上述的涂层剪切强度的测试装置，包括以下步骤：
11.s1：将涂层试样放入到中间板组件与竖板之间的安装腔内，旋转第一螺栓将涂层试样固定在安装腔内；
12.s2：通过万能试验机对涂层试样施加压缩载荷，以获取破坏涂层试样的最大压力；
13.s3：测量破坏表面的实际长度和宽度，计算最大剪切强度τ
max
；
14.s4：观察破坏表面，判断破坏类型和试验有效性。
15.优选地，所述s3中，按照下式计算最大剪切强度τ
max
：
[0016][0017]
其中，f
max
为最大压力，a为破坏表面的实际长度，b为破坏表面的实际宽度。
[0018]
优选地，所述s4中，判断破坏类型和试验有效性的方法为：当破坏表面的破坏类型是涂层与基材之间的附着破坏时，试验有效；其最大剪切强度表示涂层与基材之间的附着剪切强度。
[0019]
优选地，所述涂层试样安装时要保证涂层受力方向平行于施力方向。
[0020]
优选地，通过延长万能试验机的压缩杆，将测试装置和连接压缩杆的压缩头放置于高温炉内，可实现高温条件下涂层剪切强度测试，获得涂层高温剪切强度。
[0021]
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
[0022]
1)本发明的测试方法物理意义明确，测试装置简单易制，测试过程方便快捷；
[0023]
2)本发明可通过延长万能试验机的压缩杆，将测试装置和连接压缩杆的压缩头放置于高温炉内，可实现高温条件下涂层剪切强度测试，从而可以获得高温条件下的涂层剪切强度；
[0024]
3)本发明不仅可以用于室温剪切强度测试，还可以放置在高温炉中用于高温剪切强度测试。
附图说明
[0025]
图1为本发明一种涂层剪切强度的测试装置的轴测图；
[0026]
图2为本发明一种涂层剪切强度的测试装置的主视图；
[0027]
图3为本发明一种涂层剪切强度的测试装置的侧视图；
[0028]
图4为本发明一种涂层剪切强度的测试装置的俯视图；
[0029]
图5为涂层试样的结构示意图；
[0030]
图中：1、底座；2、竖板；3、第一螺栓；4、第一中间板；5、第二中间板；6、第三中间板；7、固定板；8、第二螺栓；9、第三螺栓；10、基材；11、涂层。
具体实施方式
[0031]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0032]
参照图1-5所示，本发明提供了一种涂层剪切强度的测试装置，包括：底座1；底座1顶端设置有竖板2；竖板2前侧设置有中间板组件；中间板组件与竖板2之间合围形成有与涂层试样相适配的安装腔；竖板2上开设有贯穿竖板2的第一螺纹孔；第一螺纹孔与安装腔相连通；第一螺纹孔内设置有与第一螺纹孔相适配的第一螺栓3；在使用时，将涂层试样放入到安装腔中，旋转第一螺栓3，使第一螺栓3向靠近涂层试样方向移动，直至第一螺栓3将涂层试样压紧固定住，即可进行测试。
[0033]
在本实施例中，中间板组件包括第一中间板4、第二中间板5和第三中间板6；第一中间板4和第二中间板5左右对称设置于竖板2前侧；第一中间板4和第二中间板5之间预留有足够的间隙，用于与竖板2和第三中间板6合围形成安装腔；第三中间板6设置于第一中间板4和第二中间板5远离竖板2一侧。
[0034]
在本实施例中，第三中间板6远离竖板2一侧设置有固定板7；固定板7与竖板2上均开设有两个左右对称设置的第二螺纹孔；固定板7与竖板2上的第二螺纹孔一一对应设置；第二螺纹孔内设置有与第二螺纹孔相适配的第二螺栓8；第二螺栓8数量为两个；第一中间板4、第二中间板5和第三中间板6上均开设有与第二螺栓8相适配的通孔；第一中间板4和第二中间板5上的通孔数量均为一个；第三中间板6上的通孔数量为两个；在使用时，一个第二螺栓8依次穿过固定板7上的一个第二螺纹孔、第三中间板6上的一个通孔、第一中间板4上的一个通孔和竖板2上的一个第二螺纹孔，另一个第二螺栓8依次穿过固定板7上的另一个第二螺纹孔、第三中间板6上的另一个通孔、第二中间板5上的一个通孔和竖板2上的另一个第二螺纹孔，将第一中间板4、第二中间板5、第三中间板6和固定板7固定安装在竖板2上。
[0035]
在本实施例中，第一中间板4和第二中间板5尺寸相同。
[0036]
在本实施例中，底座1底端开设有贯穿底座1顶端的阶梯孔；阶梯孔内设置有第三螺栓9；竖板2底端开设有与第三螺栓9相适配的第三螺纹孔；在使用时，第三螺栓9穿过底座1上的阶梯孔并旋入第三螺纹孔内，即可将底座1和竖板2固定连接在一起。
[0037]
本实施例中，阶梯孔的数量为两个；两个阶梯孔左右对称设置于底座1上；相应的，第三螺纹孔和第三螺栓9的数量同样为两个。
[0038]
在本实施例中，涂层试样包括基材10和设置于基材10一侧的涂层11，在使用时，将基材10下部插入安装腔内，基材10左右两侧表面分别与第一中间板4和第二中间板5的外表面接触，基材10前侧表面与第三中间板后侧表面接触，基材10后侧由第一螺栓3抵紧，使涂层11底端能够与第三中间板顶端全部接触，这样就可以将涂层试样牢牢固定安装在测试装置上，从而可以在施加压缩载荷时，保证基材10不发生偏转，进而保证基材10和涂层11均平行于试验机轴线方向受力。
[0039]
在本实施例中，第三中间板6的材料为硬质合金；更进一步地，第三中间板6的材料选用碳化钨硬质合金。
[0040]
在本实施例中，第三中间板6与涂层11接触的棱边足够锋利。
[0041]
在本实施例中，通过延长万能试验机的压缩杆，将测试装置和连接压缩杆的压缩头放置于高温炉内，可以对热障涂层等高温服役涂层的实施高温条件下的涂层强度测试，从而获得涂层在高温环境下的剪切强度。
[0042]
在另外一些实施例中，基材10下部插入安装腔内时，基材10左右两侧表面分别与第一中间板4和第二中间板5的外表面之间留有缝隙。
[0043]
本发明还提供了一种涂层剪切强度的测试方法，利用上述的涂层剪切强度的测试装置，包括以下步骤：
[0044]
s1：将涂层试样放入到中间板组件与竖板2之间的安装腔内，旋转第一螺栓3将涂层试样固定在安装腔内；
[0045]
s2：通过万能试验机对涂层试样施加压缩载荷，以获取破坏涂层试样的最大压力；在此过程中，控制压缩速率使试验在60s内完成，记录涂层试样在压缩过程中的位移－载荷曲线，获取最大压力f
max
；
[0046]
s3：测量破坏表面的实际长度和宽度，计算最大剪切强度τ
max
；
[0047]
s4：观察破坏表面，判断破坏类型和试验有效性。
[0048]
在本实施例中，s3中，由于试验压力与破坏面为同一方向，试验压力即为破坏面的剪切力，因此按照下式计算最大剪切强度τ
max
：
[0049][0050]
其中，f
max
为最大压力，a为破坏表面的实际长度，b为破坏表面的实际宽度。
[0051]
在本实施例中，s4中，观察破坏表面，判断破坏类型，按破坏介质可分为：
[0052]
a—基材10的内聚破坏；
[0053]
a/b—涂层11与基材10之间的附着破坏；
[0054]
b—涂层11的内聚破坏。
[0055]
对于破坏表面为非单一破坏类型的情况，需估算各类型的破坏面积百分比，附注于剪切强度试验结果之后。
[0056]
判断试验有效性，破坏类型为a/b为有效试验结果，表示涂层13与基材12之间的附着剪切强度，其他破坏类型应记为无效。
[0057]
在本实施例中，由于涂层13剪切位置和强度的分散性，需进行至少5组重复试验。
[0058]
本发明在进行涂层试样安装时要保证涂层受力方向平行于施力方向；本发明可通过延长万能试验机的压缩杆，将涂层剪切强度测试装置和连接压缩杆的压缩头放置于高温炉内，可以对热障涂层等高温服役涂层的实施高温条件下的涂层强度测试，获得涂层高温剪切强度；本发明的涂层剪切强度测试方法物理意义明确，测试装置简单易制，测试过程方便快捷。
[0059]
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

技术特征：
1.一种涂层剪切强度的测试装置，其特征在于，包括：底座(1)；所述底座(1)顶端设置有竖板(2)；所述竖板(2)一侧设置有中间板组件；所述中间板组件与所述竖板(2)之间合围形成有安装腔；所述竖板(2)上开设有贯穿所述竖板(2)的第一螺纹孔；所述第一螺纹孔与所述安装腔相连通；所述第一螺纹孔内设置有与所述第一螺纹孔相适配的第一螺栓(3)。2.根据权利要求1所述的一种涂层剪切强度的测试装置，其特征在于，所述中间板组件包括第一中间板(4)、第二中间板(5)和第三中间板(6)；所述第一中间板(4)和所述第二中间板(5)对称设置于所述竖板(2)上；所述第三中间板(6)设置于所述第一中间板(4)和所述第二中间板(5)远离所述竖板(2)一侧。3.根据权利要求2所述的一种涂层剪切强度的测试装置，其特征在于，所述第三中间板(6)远离所述竖板(2)一侧设置有固定板(7)；所述固定板(7)与所述竖板(2)上均开设有两个对称设置的第二螺纹孔；所述固定板(7)与所述竖板(2)上的所述第二螺纹孔一一对应设置；所述第二螺纹孔内设置有与所述第二螺纹孔相适配的第二螺栓(8)；所述第一中间板(4)、所述第二中间板(5)和所述第三中间板(6)上均开设有与所述第二螺栓(8)相适配的通孔。4.根据权利要求1所述的一种涂层剪切强度的测试装置，其特征在于，所述底座(1)底端开设有贯穿所述底座(1)顶端的阶梯孔；所述阶梯孔内设置有第三螺栓(9)；所述竖板(2)底端开设有与所述第三螺栓(9)相适配的第三螺纹孔。5.一种涂层剪切强度的测试方法，其特征在于，利用如权利要求1-4任一项中所述的涂层剪切强度的测试装置，包括以下步骤：s1：将涂层试样放入到中间板组件与竖板(2)之间的安装腔内，旋转第一螺栓(3)将涂层试样固定在安装腔内；s2：通过万能试验机对涂层试样施加压缩载荷，以获取破坏涂层试样的最大压力；s3：测量破坏表面的实际长度和宽度，计算最大剪切强度τ
max
；s4：观察破坏表面，判断破坏类型和试验有效性。6.据权利要求5所述的一种涂层剪切强度的测试方法，其特征在于，所述s3中，按照下式计算最大剪切强度τ
max
：其中，f
max
为最大压力，a为破坏表面的实际长度，b为破坏表面的实际宽度。7.据权利要求6所述的一种涂层剪切强度的测试方法，其特征在于，所述s4中，判断破坏类型和试验有效性的方法为：当破坏表面的破坏类型是涂层与基材之间的附着破坏时，试验有效；其最大剪切强度表示涂层与基材之间的附着剪切强度。

技术总结
本发明公开了一种涂层剪切强度的测试装置，包括：底座；所述底座顶端设置有竖板；所述竖板一侧设置有中间板组件；所述中间板组件与所述竖板之间合围形成有安装腔；所述竖板上开设有贯穿所述竖板的第一螺纹孔；所述第一螺纹孔与所述安装腔相连通；所述第一螺纹孔内设置有与所述第一螺纹孔相适配的第一螺栓，还公开了一种涂层剪切强度的测试方法。本发明的测试方法物理意义明确，测试装置简单易制，测试过程方便快捷，不仅可以用于室温剪切强度测试，还可以放置在高温炉中用于高温剪切强度测试。还可以放置在高温炉中用于高温剪切强度测试。还可以放置在高温炉中用于高温剪切强度测试。


技术研发人员：邵玲 朱流 薛娜 李微微 徐飞龙 涂志标 张继堂 史新星 陈梦良
受保护的技术使用者：台州慧模科技有限公司
技术研发日：2023.06.25
技术公布日：2023/9/25