涂层结合强度测定技术

一• 引言：

涂层技术是现代材料表面处理技术和材料复合技术，如电镀、热喷涂，等离子喷涂陶瓷，热浸镀、金属微弧氧化等，在航天航空、兵器、动力设备、运输设备的发动机等制造方面广泛应用。

目前的涂层性能测定技术主要用于工艺对比试验，抗烧蚀试验，抗热震试验，抗磨损试验，剪切试验、显微硬度试验，抗拉伸试验等，已经有相应的国家标准，它们主要针对涂层结合强度小于 50MPa的涂层。对于涂层的断裂韧度、界面拉伸断裂强度、界面剪切断裂强度等，上述试验均无法获取力学分析所必须的相关参数。

在测试涂层性能的方法中，压痕法、涨形法、扭转法、弯曲等方法是较为有效的方法。这里介绍一种测定涂层 /基体界面的结合强度的方法和测试技术，该技术由深圳高品检测设备有限公司和中科院力学所2004年共同研制的，并且开发了GP-TS2000HM电脑伺服控制的涂层材料专用试验机。

二• 涂层与界面力学性能几种测试方法

1.压痕试验法

2.扭转试验法

3.涂层断裂强度的测试法

4.弯曲试验法

5.涂层抗剪切强度的测定法

6.涂层结合强度试验法

7.涂层材料的涨形试验方法

在 GP-TS2000HM/50KN专用试验机的中横梁和下底板之间安置一个GP-PS50专用杯突试验装置，并在50KN力传感器连接一个φ20 mm的球形冲头，试验中试样的涂层面向下，当中横梁球形冲头向下运动时即可进行杯突试验，直至涂层出现裂纹时停止，测量冲头的位移值得杯突最大深度值。为了消除试验装置的间隙对杯突深度测试精度的影响，在冲头的垫模间置于一个夹式引伸计，其位移测量精度为5‰。

以上是用球形冲头做杯突试验，也可用平底球形冲头做杯突试验，这样试样与平底冲头之间没有磨擦，且试件中部变形不受曲面刚度影响，能更真实地反映材料自由的变形能力。

在试样的敏感方向上贴上应变传感元件，借助精密敏感应变传感器感知信息，经由专用试验检测系统，综合分析、判断、反馈试件涂层起始断裂信息，自动停止试验，进而测得最大深度以及观察记录裂纹形态特征。

三• 涂层材料专用试验机系统、功能及特点

1.涂层材料专用试验机系统

涂层材料专用试验机系统由 GP-TS2000HM电脑伺服控制涂层材料专用（精密型）万能材料试验机和GP-TSHAE10KN声发射主动态监测仪及GP-TSHCCD600光学摄像系统观察仪一即声、光、机电三者集于一体的电脑系统材料检测设备。

1）本系统力学性能测试专用材料试验机单元、表观CCD摄像系统及材料的深层裂纹动态监测之声发射动态监测仪（或声成像仪）系统有机组合、资讯数据互联网络自成一体。

2）本系统能有效的实现涂层材料的力学性能检测、形态表观及其界面受载损伤行为的在线连续监测与观察及数据处理、参数、曲线（波形）、图形报告的分析、统计管理，并结合有限元法等，经系统综合分析与研究找出改善涂层、基体及其界面的相互作用关系，从而更加深刻地认识涂层材料的力学性能。

2.专用试验机功能及特点

1）GP-TSHAE10KN电脑伺服控制涂层材料专用（精密型）万能试验机（力学性能测试）能实现涂层材料力学性能试验，完成压痕、扭转、位伸、弯曲、剪切、双拉结合强度试验并打印输出试验曲线和参数报告。

2）GP-TSHCCD600光学摄像观察仪（表观）

具有表观裂纹萌生、发展的 CCD摄像观察电脑处理系统。要求能有慢速、连续的回放，因此采用60帧/秒、600线数以上、且具有一定的灵敏度与信噪比的高清晰度的摄像机。

3）GP-TSHAE10KN声发射动态监测仪（深层动态监测）

用声发射系统（或声扫描成像系统）在线连续监测与观察、感知材料的涂层、基体及界面的受载损伤行为。

4）本专用涂层材料试验机测试系统采用先进的双CU中央处理系统结构，实时操作响应快、协调稳定等特点。

5）本系统中，上位机用于图像、数据处理及网络通讯，下位机用于底层实时检测控制，本产品具实时有效地采集数据的特点，从而保证最终结果的准确性和快速性。

6)本涂层材料试验程序软件将作为现产品试验机软件系统的专用模块程序开发，在现产品基础上，用系统良好的开放性，结合材料力学专用试验机与特殊的涂层材料性能观测仪的特点，利用其预留的各个数据通道和传感器采集处理数据，并可灵活方便扩展。

7）对于数据处理与存储部分，本软件将构架一个实时数据平台。利用实时数据库的各种优点，满足本系统实时通信、动态调度、实时I/O以及实时资源管理等要求，方便用户根据需要，有针对性地利用系统资源，高效地运行、检测、采集和查询等各个环节。