冲击式压入法的声发射信号表征涂层结合强度可行性研究

采用配有声发射检测装置的冲击式压入设备分别对基体、金属涂层、有底陶瓷涂层及无底陶瓷涂层进行试验,研究了不同类涂层的表面压痕形貌,分析了各类涂层在冲击过程中产生的声发射信号,并采用K-means聚类算法对所有声发射信号进行聚类。结果表明,金属涂层、有底陶瓷涂层及无底陶瓷涂层的结合强度存在较明显的差异,其在冲击过程中产生的声发射信号也有显著的区别,涂层的结合强度与冲击产生的声发射信号之间存在密切的内在联系,进而得出冲击式压入法可用于检测涂层的结合强度。

涂层在冲击式压入条件下的失效机理及声发射信号特征

冲击式压入比静载式压入更易于诱导涂层失效,获得离散性较小的声发射信号,也容易制作成小型化便携设备。为了建立冲击式压入声发射信号与涂层结合强度的映射模型,揭示不同类型涂层在冲击式压入时的失效机理及声发射信号特征十分重要。采用配有声发射检测装置的冲击式压入设备分别对金属基体、NiCr涂层、有粘结底层Al_2O_3涂层及无粘结底层Al_2O_3涂层进行试验,分析了压痕的表面形貌、三维形貌、压痕尺寸及横截面形貌,测量了涂层的结合强度,并对能量计数、幅值、波形电压等声发射信号进行了分析。结果表明:在冲击式压入条件下NiCr涂层以界面开裂为主,无粘结底层Al_2O_3涂层以涂层断裂为主,并伴有一定的界面开裂,有粘结底层Al_2O_3涂层具有前两类涂层的共同特点;冲击过程中产生的声发射能量计数及波形电压对涂层的结合强度较为敏感,可用于涂层结合强度的表征。