管材涂层弯曲强度测试方法技术

本发明专利技术公开了一种管材涂层弯曲强度测试方法，属于涂层力学性能测试领域，该方法包括：利用缺口环压缩试验测得管材涂层与管材基体的弹性模量之比α；对管材涂层‑基体缺口/闭口环复合试样进行径向压缩试验，直至管材涂层发生开裂破坏，记录管材涂层开裂的临界载荷值Pc；将测得的管材涂层与基体的弹性模量之比α、涂层开裂临界载荷值Pc以及试样的几何尺寸代入推导出的公式，即可计算得到管材外侧、内侧和两侧涂层的弯曲强度。本发明专利技术实现了管材涂层弯曲强度的准确、简便测量。

Test method for bending strength of pipe coatings

The invention discloses a method for measuring bending strength of pipe coating, which belongs to the field of testing mechanical properties of coating. The method includes: measuring the ratio of elastic modulus of pipe coating to pipe matrix by using notch ring compression test; conducting radial compression test on pipe coating, matrix notch/closed ring composite sample until pipe material The critical load value (Pc) of pipe coating cracking is recorded, and the ratio of elastic modulus of pipe coating to matrix, the critical load value (Pc) of Coating Cracking and the geometric size of specimen are substituted into the deduced formula to calculate the bending strength of the coating on the outside, inside and both sides of the pipe. The invention realizes the accurate and simple measurement of the bending strength of the pipe coating.

【技术实现步骤摘要】
管材涂层弯曲强度测试方法
本专利技术涉及涂层力学性能测试领域，特别是指一种管材涂层弯曲强度测试方法。
技术介绍
管材是常用的工程材料构件形式，例如：锅炉管道、航空航天发动机尾喷管、环形燃烧室、管形火焰筒、枪炮管等。为实现管材构件在服役环境下长时间的安全可靠服役，通常需要在管材表面涂覆保护涂层(耐磨涂层、耐腐蚀涂层、耐高温涂层、隔热涂层等)。弯曲强度作为脆性材料的主要强度指标，其反映了材料对于弯曲载荷的抗力；且强度问题是工程材料实际应用中最根本的问题，是工程构件设计的依据，准确测试管材表面涂层的弯曲强度对于管材涂层复合构件最大承载力设计至关重要。管材表面涂层的弯曲强度是管材复合构件经济安全设计的必需参数，对于确保管材涂层复合构件的服役安全性与可靠性、及其残余寿命预测具有重要意义。目前针对涂层强度的测试方法主要有以下三种：①涂层界面结合强度测试，利用国际标准“ISO13124:2011Fineceramics(advancedceramics,advancedtechnicalceramics)—Testmethodforinterfacialbondstrengthofceramicmaterials”可测得梁试样表面涂层的界面拉伸粘结强度与剪切强度，但是无法适用于管材表面涂层弯曲强度的测试；②剥离后涂层的弯曲强度，即将涂层从基体表面剥离，然后可将涂层视为均质材料，利用三/四点弯曲法即可测得其弯曲强度。该方法仅适用于条/梁状涂层的弯曲强度测试，而无法测得管/环状异形涂层的弯曲强度；且对于厚度较小(几十～几百μm)的涂层，由于弯曲强度的厚度效应会导致测得的弯曲强度值偏大。③块体材料表面涂层弯曲强度测试，利用国际标准“ISO19603:2016Fineceramics(advancedceramics,advancedtechnicalceramics)—Testmethodfordeterminingelasticmodulusandstrengthofthickceramiccoating”仅能测得矩形截面梁试样表面涂层的弯曲强度，而无法应用于管材表面涂层弯曲强度的测试。因此，以上测试方法均不适用于管材涂层弯曲强度的测量。中国专利文献CN106289978A公开了一种测量管材涂层弹性模量的方法，该方法实现了管材表面涂层弹性模量的测试评价，但无法测得管材涂层的弯曲强度。迄今为止尚未提出一种可用于测量管材涂层弯曲强度的方法。
技术实现思路
本专利技术提供一种管材涂层弯曲强度测试方法，本专利技术能够简单、快捷地测试管材涂层的弯曲强度。为解决上述技术问题，本专利技术提供技术方案如下：一种管材涂层弯曲强度测试方法，包括以下步骤：利用缺口环压缩试验测得管材外侧涂层与管材基体的弹性模量之比α；对管材外侧涂层-基体缺口环复合试样进行径向压缩试验，直至管材外侧涂层发生开裂破坏，记录管材外侧涂层开裂的临界载荷值Pc；通过如下公式计算管材外侧涂层的弯曲强度σc：其中，R0为管材外侧涂层-基体缺口环复合试样横截面的几何轴线曲率半径，H为管材基体厚度，H＝R-r，R为管材基体的外半径，r为管材基体的内半径；h为管材外侧涂层的厚度，h＝Rc-R，Rc为管材外侧涂层的外半径；yz为管材外侧涂层-基体缺口环复合试样横截面的中性轴至管材基体内表面的距离，e为管材外侧涂层-基体缺口环复合试样横截面的几何轴线至中性轴间的距离，A为管材外侧涂层-基体缺口环复合试样横截面的面积，A＝bH+αbh；b为管材外侧涂层-基体缺口环复合试样的轴向长度。进一步的，所述管材外侧涂层-基体缺口环复合试样通过如下方法制得：对管材外侧涂层表面进行研磨处理；从管材上切取环状试样，所述环状试样的轴向长度与管材厚度之比为1～5，所述环状试样的轴向长度与管材外半径之比为0.2～1.0；对所述环状试样的圆边进行倒角处理；在所述环状试样上制备一个缺口，缺口宽度小于管材的外半径，得到管材外侧涂层-基体缺口环复合试样。进一步的，利用力学试验机对管材外侧涂层-基体缺口环复合试样进行径向压缩试验，加载速率使得管材外侧涂层开裂的时间为3～30s；通过管材外侧涂层-基体缺口环复合试样的载荷-横梁位移曲线或声发射测试装置测得管材外侧涂层开裂破坏的临界载荷值Pc；所述管材外侧涂层厚度大于等于20μm。一种管材涂层弯曲强度测试方法，包括以下步骤：利用缺口环压缩试验测得管材内侧涂层与管材基体的弹性模量之比α；对管材内侧涂层-基体闭口环复合试样进行径向压缩试验，直至管材内侧涂层发生开裂破坏，记录管材内侧涂层开裂的临界载荷值Pc；通过如下公式计算管材内侧涂层的弯曲强度σc：其中，R0为管材内侧涂层-基体闭口环复合试样横截面的几何轴线曲率半径，H为管材基体厚度，H＝R-r，R为管材基体的外半径，r为管材基体的内半径；h为管材内侧涂层的厚度，h＝r-rc，rc为管材内侧涂层的内半径；e为管材内侧涂层-基体闭口环复合试样横截面的几何轴线至中性轴间的距离，ρz为管材内侧涂层-基体闭口环复合试样横截面中性轴的曲率半径，A为管材内侧涂层-基体闭口环复合试样横截面的面积，A＝bH+αbh；b为管材内侧涂层-基体闭口环复合试样的轴向长度。进一步的，所述管材内侧涂层-基体闭口环复合试样通过如下方法制得：对管材内侧涂层表面进行研磨处理；从管材上切取环状试样，所述环状试样的轴向长度与管材厚度之比为1～5，所述环状试样的轴向长度与管材外半径之比为0.2～1.0；对所述环状试样的圆边进行倒角处理，得到管材内侧涂层-基体闭口环复合试样。进一步的，利用力学试验机对管材内侧涂层-基体闭口环复合试样进行径向压缩试验，加载速率使得管材内侧涂层开裂的时间为3～30s；通过管材内侧涂层-基体闭口环复合试样的载荷-横梁位移曲线或声发射测试装置测得管材内侧涂层开裂破坏的临界载荷值Pc；所述管材内侧涂层厚度大于等于20μm。一种管材涂层弯曲强度测试方法，包括以下步骤：利用缺口环压缩试验测得管材两侧涂层与管材基体的弹性模量之比α；对管材两侧涂层-基体缺口环复合试样进行径向压缩试验，直至管材外侧涂层发生开裂破坏，记录管材外侧涂层开裂的临界载荷值Pc；通过如下公式计算管材两侧涂层的弯曲强度σc：其中，R0为管材两侧涂层-基体缺口环复合试样横截面的几何轴线曲率半径，H为管材基体厚度，H＝R-r，R为管材基体的外半径，r为管材基体的内半径；h1为管材外侧涂层的厚度，h1＝Rc-R，Rc为管材外侧涂层的外半径；h2为管材内侧涂层的厚度，h2＝r-rc，rc为管材内侧涂层的内半径；yz为管材两侧涂层-基体缺口环复合试样横截面的中性轴至管材内侧涂层内表面的距离，e为管材两侧涂层-基体缺口环复合试样横截面的几何轴线至中性轴间的距离，A为管材两侧涂层-基体缺口环复合试样横截面的面积，A＝bH+αb(h1+h2)；b为管材两侧涂层-基体缺口环复合试样的轴向长度。进一步的，所述管材两侧涂层-基体缺口环复合试样通过如下方法制得：对管材两侧涂层表面进行研磨处理；从管材上切取环状试样，所述环状试样的轴向长度与管材厚度之比为1～5，所述环状试样的轴向长度与管材外半径之比为0.2～1.0；对所述环状试样的圆边进行倒角处理；在所述环状试样上制备一个缺口，缺口宽度小于管材的外半径，得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种管材涂层弯曲强度测试方法，其特征在于，包括以下步骤：利用缺口环压缩试验测得管材外侧涂层与管材基体的弹性模量之比α；对管材外侧涂层‑基体缺口环复合试样进行径向压缩试验，直至管材外侧涂层发生开裂破坏，记录管材外侧涂层开裂的临界载荷值Pc；通过如下公式计算管材外侧涂层的弯曲强度σc：

【技术特征摘要】
1.一种管材涂层弯曲强度测试方法，其特征在于，包括以下步骤：利用缺口环压缩试验测得管材外侧涂层与管材基体的弹性模量之比α；对管材外侧涂层-基体缺口环复合试样进行径向压缩试验，直至管材外侧涂层发生开裂破坏，记录管材外侧涂层开裂的临界载荷值Pc；通过如下公式计算管材外侧涂层的弯曲强度σc：其中，R0为管材外侧涂层-基体缺口环复合试样横截面的几何轴线曲率半径，H为管材基体厚度，H＝R-r，R为管材基体的外半径，r为管材基体的内半径；h为管材外侧涂层的厚度，h＝Rc-R，Rc为管材外侧涂层的外半径；yz为管材外侧涂层-基体缺口环复合试样横截面的中性轴至管材基体内表面的距离，e为管材外侧涂层-基体缺口环复合试样横截面的几何轴线至中性轴间的距离，A为管材外侧涂层-基体缺口环复合试样横截面的面积，A＝bH+αbh；b为管材外侧涂层-基体缺口环复合试样的轴向长度。2.根据权利要求1所述的管材涂层弯曲强度测试方法，其特征在于，所述管材外侧涂层-基体缺口环复合试样通过如下方法制得：对管材外侧涂层表面进行研磨处理；从管材上切取环状试样，所述环状试样的轴向长度与管材厚度之比为1～5，所述环状试样的轴向长度与管材外半径之比为0.2～1.0；对所述环状试样的圆边进行倒角处理；在所述环状试样上制备一个缺口，缺口宽度小于管材的外半径，得到管材外侧涂层-基体缺口环复合试样。3.根据权利要求1或2所述的管材涂层弯曲强度测试方法，其特征在于：利用力学试验机对管材外侧涂层-基体缺口环复合试样进行径向压缩试验，加载速率使得管材外侧涂层开裂的时间为3～30s；通过管材外侧涂层-基体缺口环复合试样的载荷-横梁位移曲线或声发射测试装置测得管材外侧涂层开裂破坏的临界载荷值Pc；所述管材外侧涂层厚度大于等于20μm。4.一种管材涂层弯曲强度测试方法，其特征在于，包括以下步骤：利用缺口环压缩试验测得管材内侧涂层与管材基体的弹性模量之比α；对管材内侧涂层-基体闭口环复合试样进行径向压缩试验，直至管材内侧涂层发生开裂破坏，记录管材内侧涂层开裂的临界载荷值Pc；通过如下公式计算管材内侧涂层的弯曲强度σc：其中，R0为管材内侧涂层-基体闭口环复合试样横截面的几何轴线曲率半径，H为管材基体厚度，H＝R-r，R为管材基体的外半径，r为管材基体的内半径；h为管材内侧涂层的厚度，h＝r-rc，rc为管材内侧涂层的内半径；e为管材内侧涂层-基体闭口环复合试样横截面的几何轴线至中性轴间的距离，ρz为管材内侧涂层-基体闭口环复合试样横截面中性轴的曲率半径，A为管材内侧涂层-基体闭口环复合试样横截面的面积，A＝bH+αbh；b为管材内侧涂层-基体闭口环复合试样的轴向长度。5.根据权利要求4所述的管材涂层弯曲强度测试方法，其特征在于，所述管材内侧涂层-基体闭口环复合试样通过如下方法制得：对管材内侧涂层表面进行研磨处理；从管材上切取环状试样，所述环状试样的轴向长度与管材厚度之比为1～5，所述环状试样的轴向长度与管材外半径之比为0.2～1.0；对所述环状试样的圆边进行倒角处理，得到管材内侧涂层-基体闭口环复合试样。6.根据权利要求4或5所述的管材涂层弯曲强度测试方法，其特征在于：利用力学试验机对管材内...

【专利技术属性】
技术研发人员：包亦望，聂光临，郑德志，万德田，
申请(专利权)人：中国建材检验认证集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11