MECHANICAL ANALYSIS AND NUMERICAL CALCULATION OF BONDING STRENGTH MEASUREMENT BY INTERFACIAL INDENTATION METHOD

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涂、镀层的结合强度评定

涂、镀层与基体的结合强度是评价其质量的重要性能指标。常用的结合强度评定方法：厚涂层采用粘结拉伸法；薄膜镀层用划痕法。本文指出了这两种方法存在的问题。我们自行设计制造的涂层压入仪，采用楔压法测得热喷涂层的结合强度，当结合强度高于粘胶强度时仍有效。采用正压法测定气相沉积薄膜的结合强度并与划痕法作了比较。我们提出用接触疲劳试验测定硬质薄膜的界面疲劳强度评定结合力。这种方法接近于工具服役状况，其破坏形式是界面剥落，只对界面状态敏感，不受非界面因素影响，因而可作为动态结合强度的判据。

膜基结合强度评定方法的探讨——划痕法、压入法、接触疲劳法测定的比较

薄膜(镀层)与基体之间的结合强度是评价薄膜质量的重要性能指标。目前使用最广泛的是划痕法和压入法。这些都属于一次性加载方式。一种较好的评定硬质膜膜基结合强度的方法是采用以临界剪切应力幅Dc作为判据的滚动接触疲劳法。通过与划痕法,压入法的对比可知表征结合强度大小的剪切应力幅只对界面因素敏感,对非界面因素不敏感,能真实反映膜基结合状态,是一个较为合理的动态结合强度判据。

用涂层压入仪测定薄膜与基体结合强度的探讨

用新颖的能连续加载、卸载并配有声发射监测的涂层压入仪 ,对薄膜与基体的结合强度进行了探讨。实验结果表明 ,膜或膜 /基破坏的声发射信号各有特点 ,可区分压入过程中 (含卸载 )开裂和剥落及其对应的载荷值。压入法的临界载荷 pc 为加载过程中使膜发生初始剥落的外载 ,用涂层压入仪可精确测定。 pc 值对基体硬度和表面粗糙度的变化敏感。故用涂层压入仪可以实现用压入法考察膜

涂层压入仪的研制及其应用

本文报导了涂层压入仪的研制背景、结构原理、主要技术特性及其应用举例。该仪器具有连续加载卸载功能并配有声发射和光学系统 ,能测量并记录连续的载荷与压入深度关系曲线 ,能用声发射系统对测试过程中涂层试样的开裂和剥落进行动态监测 ,并确定对应的载荷。用涂层压入仪作界面压入测得厚涂层与基体界面开裂的临界载荷 PW可反映涂层的结合强度 ;也可正面压入考察薄膜与基体的结合 ,区分薄膜开裂和剥落并精确测定其对应的载荷值 ,用加载过程中发生初始剥落的载荷表征膜的结合强度。涂层压入仪还可用于膜韧性、膜和膜 /基断裂韧性、离子氮化层脆性等的评价 ,测定块体材料硬度、塑性功、弹性功。

界面压入法测定涂层结合强度的实验研究与理论分析

采用具有新颖性的涂层压入仪，在涂层与基体之间的界面压入，可测得压入过程中载荷与压入深度的关系曲线和界面开裂的临界载荷Ｐｗ，此值可反映涂层结合强度。界面压入法适合于评价高结合强度的涂层。根据能量守恒和转化原理，并结合Ｇｒｉｆｉｔｈ处理裂纹问题的思路，可得到结合应力表达式。在具体处理上采用数值计算与实验相结合的方法来近似处理，由此可得到结合应力值。

涂层压入仪的研制及其应用

报道了涂层压入仪的研制背景、结构原理、主要技术特性及其应用举例,该仪器具有连续加载卸载功能并配有声发射和光学系统,能测量并记录连续的载荷与压入深度关系曲线,能用声发射系统对测试过程中涂层试样的开裂和剥落进行动态监测,并确定对应的载荷,用涂层压入仪作界面压入测得厚涂层与基体界面开裂的临界载荷pw可反映涂层的结合强度;也可正面压入考察薄膜与基体的结合,区分薄膜开裂和剥落并精确测定其对应的载荷值,用加载过程中发生初始剥落的载荷表征膜的结合强度,涂层压入仪还可用于膜韧性、膜和膜,基断裂韧性、离子氮化层脆性等的评价,测定块体材料硬度、塑性功、弹性功、弹塑性比等性能指标。

基于弹塑性滚动接触疲劳法评价硬质薄膜结合强度

滚动接触疲劳法表征结合强度的剪切应力幅是一个对界面因素敏感,而对非界面因素不敏感的力学参量,能真实反映膜基结合状态,是较为合理的动态结合强度评价方法。但由于应力计算的模型采用弹性力学方法,对膜基结合强度较高而厚度很小的薄膜,往往加大载荷也较难使膜基界面发生分离。本文采用小直径、高弹性模量Al_2O_3球的滚动接触疲劳方式,对高结合强度的硬质薄膜进行评价,并采用有限元方法计算弹塑性变形条件下的应力分布,切应力幅的计算结果具有合理性。改进后的滚动接触疲劳法允许基体发生弹塑性变形,界面切应力大幅度提高,能够在相对较少周次下造成薄膜剥落,失效部位发生于界面,因而更适合于评价结合强度较高的硬质薄膜。

面向工业设计的塑料表面铝涂层的结合强度

目的采用电弧喷涂方法在环氧树脂和ABS塑料表面喷涂铝涂层,研究涂层结合强度的影响因素。方法第一组试验是塑料表面喷砂后,喷涂铝涂层;第二组是塑料表面喷砂后,涂覆一层高强度环氧树脂结构胶,再喷涂铝涂层。选择喷涂气体压力、喷涂电流和喷涂距离三因素进行正交试验,采用粘结拉伸法测试结合强度,并用照相法测量铝液和环氧树脂塑料、Q235钢的接触角。结果本试验条件下,二种塑料电弧喷涂铝涂层结合强度的影响因素主次顺序为:空气压力>喷涂电流>喷涂距离。最优方案是:喷涂气体压力为0.7 MPa,喷涂电流为220 A,喷涂距离为160 mm。未涂覆高强度环氧树脂结构胶的涂层,结合强度最大不超过3 MPa;涂覆高强度环氧树脂结构胶的涂层,结合强度达到近20 MPa。铝液和Q235钢的接触角是45°,和环氧树脂塑料的接触角是135°。结论环氧树脂和ABS塑料表面电弧喷涂铝涂层的结合强度低的主要原因是铝液和它们之间的润湿性差。涂覆高强度环氧树脂结构胶后,喷涂工艺参数对涂层的结合强度影响不明显,结合强度受控于环氧树脂结构胶的粘接作用,使涂层的结合强度显著提高。

纯钛表面含氢类金刚石镀膜的实验研究

目的:观察纯钛表面不同修饰方法对提高表面润湿性及其与热凝树脂结合强度影响的效果。方法:制作5组纯钛试件,分别镀制含氢类金刚石膜、单纯类金刚石膜、TiN膜、阳极氧化膜以及空白对照组。采用接触角测定仪测量试件的接触角并计算表面自由能,使用万能材料试验机测量修饰后的试件与热凝树脂的结合强度。结果:含氢类金刚石膜的表面自由能与树脂的结合强度大于其余各组,TiN的表面自由能与树脂的结合强度最低,阳极氧化组与单纯类金刚石膜的应用,对于提高纯钛表面的润湿性和提高纯钛与热凝树脂结合强度作用不明显。结论:纯钛表面经含氢类金刚石膜修饰后,提高了表面润湿性和戴用舒适性,同时提高了与热凝树脂的结合强度。

动态结合强度试验机的研制及应用

介绍了滚动接触疲劳法测定硬质薄膜膜基界面疲劳强度的方法 ,以及动态结合强度试验机的原理、结构及其应用。试验结果表明 ,用该试验机测得的膜基界面疲劳强度能定量地反映膜基界面之间的结合强度 ,且该方法对膜的成分和基体表面状态等界面因素敏感 。

压入法测涂层结合强度的研究进展

涂层结合强度是评价涂层质量的重要指标,基于涂层的多样性及复杂性,涂层结合强度的检测方法种类较多。压入法是一种通过施加压入载荷诱导涂层失效以表征涂层结合强度的检测方法,此方法按压入位置的不同可分为侧面压入法、界面压入法及表面压入法;就此3种压入方法进行了综述,介绍了它们的适用范围、检测特点及研究进展,讨论了它们的优势与不足,分析了表面压入法目前存在的研究难点,并提出了相应的解决思路。

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。

涂基层结合力性能测试及应用

涂层与基材间结合力是评价涂层质量的一项重要力学性能指标,可以通过实验进行测定。目前较为常用的测量方法有:拉伸法、剪切法、弯曲法、划痕法、压入法等,无损检测技术也被尝试用来定量表征涂基层结合力。文章选取一种航空工业中常用的环氧硝基磁漆,利用划格法、拉伸法、压入法和无损检测法测量涂层与基体的结合力,对比四种方法的可行性及有效性,为以后实际生产检测的工作做准备。

压痕法和十字交叉法评价类金刚石硬质涂层的界面结合强度

涂层与基体界面结合强度是硬质涂层材料一个关键的性能指标。应用压痕法和十字交叉法测试了硅基/类金刚石(diamond-like carbon,DLC)涂层的界面结合强度。结果表明:利用Vickers压痕法和Hertz压痕法测量所得硅基/DLC涂层的临界载荷分别为0.981N和300N。用Vickers压痕法测量时,载荷达到临界载荷后涂层将产生环状开裂,当载荷进一步增大时,还会产生径向裂纹;对于Hertz压痕法,载荷从300N增加到800N时,涂层环状裂纹从1个增加到4个。通过采用十字交叉法测量得到硅基/DLC涂层界面拉伸强度和剪切强度分别为(8.9±2.7)MPa和(20.1±2.6)MPa,表明该涂层抗剪切性能良好,拉伸分离后界面比剪切分离后界面的均匀性更好。压痕法和十字交叉法评价硬质涂层的界面强度简单易行,结果准确,具有广泛的应用前景。

不同表面处理磨具对冷轧4A60铝/08Al钢复合板结合性能的影响

围绕冷轧金属复合板的结合机理,通过改变表面处理的打磨磨具(钢丝刷和砂带),研究了表面处理磨具对冷轧4A60铝/08Al钢复合板结合性能的影响。结果表明,同等条件下,采用砂带表面处理获得的钢表面优于钢丝刷处理后的钢表面;采用目数为150~180号砂带表面处理有利于4A60铝/08Al钢复合,获得的面粗糙度约为3.2μm,铝/钢界面结合强度最高约为80 MPa。