专利名称：涂层力学试验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测量涂层力学性能的试验装置。
背景技术：
涂层技术是重要的现代材料表面处理技术和材料复合技术，广泛应用于航天航空、兵器、动力设备、运输设备的发动机等制造方面。不同的涂层材料是针对具体工况采用不同工艺方法制备的，其性能特点表现出强烈的多样性。不同工艺可制备不同材质的涂层，如电镀铬，热喷涂不锈钢，等离子喷涂陶瓷，热浸镀铝，金属微弧氧化形成陶瓷层；不同工艺可制备相同材质但结构特点不同的涂层，如热压或电镀铜涂层，热喷涂或等离子喷涂不锈钢；相同工艺方法的参数差别，可制备结构特点不同的涂层，如不同的电镀工艺参数，可获得硬铬或软铬性能差别较大的涂层。另外，基体状态也对制备的涂层产生强烈的的影响基体的晶粒大小及位向，组织类型及分布等，均可影响涂层的形成，这在生长型涂层制备中可得到充分反映，如电镀工艺；基体表面的拉应力或压应力状态，对涂层的形成及性能产生不同的影响；基体表面形貌也对涂层的形成及性能产生明显的影响，如热喷涂前基体表面的粗糙预处理。
目前的涂层性能实验主要是针对工况进行工艺对比实验，如抗烧蚀实验，抗热震实验，抗磨损实验，剪切实验，显微硬度实验，拉伸实验(有相应的国家标准，主要针对涂层结合强度小于50MPa的热喷涂涂层)，划痕实验(该实验主要是针对微米量级的薄膜)等等，上述实验均无法获取力学分析所必须相关参数，如涂层的断裂韧性，界面拉伸断裂强度，界面剪切断裂强度等。

发明内容
针对上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种涂层力学试验装置，该装置集声、光、机电三者于一体，能在获取相应的载荷位移曲线的同时，在线判断、监视和记录涂层及界面在试验过程中的损伤、演变过程。
为实现上述目的，本发明一种涂层力学试验装置包括力学性能测试机、光学摄像仪和声发射动态监测仪，其中
所述力学性能测试机可分别对涂层材料进行机械压痕、扭转、拉伸、弯曲、双拉和剪切的力学试验，同时自动获取相应的载荷位移曲线；所述光学摄像仪可任意从两个方向拍摄涂层试样在试验中裂纹的萌生及扩展图像，所获取的图像与所述载荷位移曲线对应；所述声发射动态监测仪用声发射系统在线连续监测涂层材料的受载荷损伤行为，测定涂层断裂或界面断裂的时间，并与所述载荷位移曲线对应。
进一步地，还包括夹治具和导向机构，可以在X-Y方向上自由调整试样的位置，且试样的受力点与所述导向结构的受力轴线和所述力学性能测试机载荷轴一致。
进一步地，所述夹治具为GP-XY20K精密组合夹治具，所述导向机构为GP-ZH精密导向机构。
进一步地，所述力学性能测试机为GP-TS2000HM电脑伺服控制涂层材料专用万能材料试验机。
进一步地，所述光学摄像仪为GP-TSHCCD600光学摄像系统观察仪。
进一步地，所述声发射动态监测仪为GP-TSHAE10Kn。
本发明可分别对涂层材料进行压痕、扭转、拉伸、弯曲、双拉(涨形)和剪切等力学试验，自动获取相应的载荷位移曲线，并能在线判断、监视和记录涂层及界面在上述试验过程中的损伤演变过程(如涂层裂纹形态及演变等)，为最终分析获取涂层力学性能提供试验数据。


图1为本发明结构示意图。
具体实施例方式如图1所示，本发明包括力学性能测试机1、光学摄像仪2和声发射动态监测仪3，力学性能测试机1可分别对涂层材料机械压痕、扭转、拉伸、弯曲、双拉和剪切的力学试验，同时自动获取相应的载荷位移曲线；光学摄像仪2为两套高分辨率光学摄像仪，可任意从两个方向拍摄涂层试样在试验中裂纹的萌生及扩展图像，所获取的图像与载荷位移曲线对应；声发射动态监测仪3用声发射系统在线连续监测涂层材料的受载荷损伤行为，测定涂层断裂或界面断裂的时间，并与载荷位移曲线对应；其中，力学性能测试机1采用GP-TS2000HM电脑伺服控制涂层材料专用万能材料试验机，光学摄像仪2采用GP-TSHCCD600光学摄像系统观察仪，声发射动态监测仪3采用GP-TSHAE10Kn。为了使测试准确，夹持试样简捷，采用GP-XY20K精密组合夹治具和GP-ZH精密导向机构，可以在X-Y方向上自由调整试样的位置，此误差小于10μm，且试样的受力点与导向结构的受力轴线和力学性能测试机1载荷轴一致，夹治具可以夹持圆柱形、方柱形和板形试样。
权利要求
1.一种涂层力学试验装置，其特征在于，包括力学性能测试机、光学摄像仪和声发射动态监测仪，其中所述力学性能测试机可分别对涂层材料进行机械压痕、扭转、拉伸、弯曲、双拉和剪切的力学试验，同时自动获取相应的载荷位移曲线；所述光学摄像仪可任意从两个方向拍摄涂层试样在试验中裂纹的萌生及扩展图像，所获取的图像与所述载荷位移曲线对应；所述声发射动态监测仪用声发射系统在线连续监测涂层材料的受载荷损伤行为，测定涂层断裂或界面断裂的时间，并与所述载荷位移曲线对应。
2.根据权利要求1所述的涂层力学试验装置，其特征在于，还包括夹治具和导向机构，可以在X-Y方向上自由调整试样的位置，且试样的受力点与所述导向结构的受力轴线和所述力学性能测试机载荷轴一致。
3.根据权利要求2所述的涂层力学试验装置，其特征在于，所述夹治具为GP-XY20K精密组合夹治具，所述导向机构为GP-ZH精密导向机构。
4.根据权利要求1至3任一所述的涂层力学试验装置，其特征在于，所述力学性能测试机为GP-TS2000HM电脑伺服控制涂层材料专用万能材料试验机。
5.根据权利要求4所述的涂层力学试验装置，其特征在于，所述光学摄像仪为GP-TSHCCD600光学摄像系统观察仪。
6.根据权利要求5所述的涂层力学试验装置，其特征在于，所述声发射动态监测仪为GP-TSHAE10Kn。
全文摘要
本发明公开了一种涂层力学试验装置，该装置包括力学性能测试机、光学摄像仪和声发射动态监测仪，其中力学性能测试机可对涂层材料进行力学试验，同时自动获取相应的载荷位移曲线；光学摄像仪可任意从两个方向拍摄涂层试样在试验中裂纹的萌生及扩展图像，所获取的图像与载荷位移曲线对应；声发射动态监测仪用声发射系统在线连续监测涂层材料的受载荷损伤行为，测定涂层断裂或界面断裂的时间，并与载荷位移曲线对应。本发明可分别对涂层材料进行压痕、扭转、拉伸、弯曲、双拉和剪切等力学试验，自动获取相应的载荷位移曲线，并能在线判断、监视和记录涂层及界面在上述试验过程中的损伤演变过程，为最终分析获取涂层力学性能提供试验数据。
文档编号G01N29/00GK1621802SQ20041010290
公开日2005年6月1日 申请日期2004年12月30日 优先权日2004年12月30日
发明者陈光南, 罗耕星, 陈光明, 景海江, 张坤, 张国祥, 张凯, 杨班权, 彭青, 肖京华, 叶智军 申请人:中国科学院力学研究所