涂层材料疲劳测试方法技术

本发明专利技术公开了一种涂层材料疲劳测试方法，包括：选取试样基体；在所述试样基体上喷涂待观测的涂层材料；对所述涂层材料进行散斑标记；将喷涂有涂层材料的试样基体送入扫描电子显微镜；间断地拉伸所述试样基体及其上的涂层材料；利用所述扫描电子显微镜对所述涂层材料进行连续拍摄图像或进行全过程录像。根据本发明专利技术实施例的涂层材料疲劳测试方法能够更加贴近地模拟涂层材料的实际应用环境，且详细地观察涂层材料的开裂过程，利于分析涂层材料在拉伸过程中裂纹的萌生和扩展机制以及材料的损伤机理。

Fatigue Testing Method for Coating Materials

【技术实现步骤摘要】
涂层材料疲劳测试方法
本专利技术涉及航天航空
，尤其是涉及一种涂层材料疲劳测试方法。
技术介绍
相关技术中对于涂层材料力学性能检测及损伤机理的探究，通常利用万能拉伸试验机在宏观尺度下进行，例如采用高分辨率相机拍摄的方法观测涂层的拉伸开裂过程，并结合数字图像相关方法测量涂层正表面的应变变化情况。由于涂层材料大都通过等离子喷涂或者物理气相沉积等方法制备得到的，由于喷涂方法的特殊性，涂层材料的喷涂厚度可能会受到限制，例如某些陶瓷涂层材料的喷涂制备厚度一般在几十微米至几毫米的范围之内，由于厚度较小，所以在宏观尺度下即使利用高分辨率相机也较难详细地观察涂层材料的开裂过程，无法有效观察到涂层材料在拉伸过程中裂纹的萌生和扩展机制以及材料的损伤机理。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种涂层材料疲劳测试方法，该涂层材料疲劳测试方法能够更加贴近地模拟涂层材料的实际应用环境，且详细地观察涂层材料的开裂过程，利于分析涂层材料在拉伸过程中裂纹的萌生和扩展机制以及材料的损伤机理。根据本专利技术的实施例提出一种涂层材料疲劳测试方法，所述涂层材料疲劳测试方法包括：选取试样基体；在所述试样基体上喷涂待观测的涂层材料；对所述涂层材料进行散斑标记；将喷涂有涂层材料的试样基体送入扫描电子显微镜；间断地拉伸所述试样基体及其上的涂层材料；利用所述扫描电子显微镜对所述涂层材料进行连续拍摄图像或进行全过程录像。根据本专利技术实施例的涂层材料疲劳测试方法能够更加贴近地模拟涂层材料的实际应用环境，且详细地观察涂层材料的开裂过程，利于分析涂层材料在拉伸过程中裂纹的萌生和扩展机制以及材料的损伤机理。根据本专利技术的一些具体实施例，所述试样基体包括第一固定段、第二固定段和连接在所述第一固定段和所述第二固定段之间的连接段，所述第一固定段的宽度与所述第二固定段的宽度相等且大于所述连接段的宽度，所述涂层材料喷涂在所述连接段上；其中，所述试样基体的屈服强度为σs/Mpa，所述连接段的最小横截面积为S/mm2，拉伸所述试样基体及其上的涂层材料时的拉伸载荷F/N满足：F≤S*σs。进一步地，所述试样基体包括第一固定段、第二固定段和连接在所述第一固定段和所述第二固定段之间的连接段，所述第一固定段的宽度与所述第二固定段的宽度相等且大于所述连接段的宽度，所述涂层材料喷涂在所述连接段上；其中，所述试样基体的延伸率为δ，所述连接段的长度为L/mm，拉伸所述试样基体及其上的涂层材料时的拉伸量程Lm/mm满足：Lm≤L*δ。根据本专利技术的一些具体实施例，在拉伸所述试样基体及其上的涂层材料时，拉伸速率在0.036mm/min～1mm/min的范围内线性调节。根据本专利技术的一些具体实施例，单次拉伸所述试样基体及其上的涂层材料的持续时间为60s～100s。根据本专利技术的一些具体实施例，利用纳米压印技术对所述涂层材料进行散斑标记。根据本专利技术的一些具体实施例，采用原位拉伸机拉伸所述试样基体及其上的涂层材料，控制所述原位拉伸机间断地拉伸所述试样基体及其上的涂层材料。进一步地，在进行散斑标记后，将所述试样基体的两端分别固定于所述原位拉伸机，并将所述原位拉伸机与所述试样基体一同送入所述扫描电子显微镜。进一步地，在将所述原位拉伸机与所述试样基体送入所述扫面电子显微镜之前，对所述原位拉伸机进行除尘处理。根据本专利技术的一些具体实施例，对所述图像或录像进行处理，以得到所述涂层材料表面的应变大小及其变化过程。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是根据本专利技术实施例的涂层材料疲劳测试系统的结构示意图。图2是根据本专利技术实施例的涂层材料疲劳测试系统的试样基体的结构示意图。图3是根据本专利技术另一个实施例的涂层材料疲劳测试系统的试样基体的结构示意图。图4是根据本专利技术实施例的涂层材料疲劳测试方法的流程图。附图标记：涂层材料疲劳测试系统1、原位拉伸机100、工作台110、滑动导轨111、防脱凹槽112、第一载物台120、第一夹板121、第一螺纹孔122、第一定位销孔123、第二载物台130、第二夹板131、第二螺纹孔132、第二定位销孔133、驱动器140、滑动导杆141、传动螺杆142、试样基体200、第一固定段210、第二固定段220、连接段230、喷涂面231、样品仓400。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。相关技术中对于涂层材料力学性能检测及损伤机理探究大多利用万能拉伸试验机在宏观尺度下进行，通常采用高分辨率相机拍摄的方法观测涂层的拉伸开裂过程，并结合数字图像相关方法测量涂层正表面的应变变化情况。通常情况下需要制作拉伸试样基体，然后在基体材料上喷涂待测试涂层材料，之后对涂层材料表面进行常规喷涂散斑，目的是为后续数字图像相关法计算应变提供标识点。准备完成之后利用万能拉伸试验机对拉伸试样进行拉伸试验，实验过程中需要利用高分辨率相机录制拉伸过程以观测涂层开裂的具体过程，并连续拍摄照片，以便能够利用数字图像相关法计算涂层正表面的应变变化情况。使用数字图像相关算法计算散斑在拉伸过程中的变化规律，得出应变关系。将涂层材料在承受拉伸载荷到表面裂纹开裂主要分为4个阶段：(1)涂层刚开始承受拉伸载荷时，应变呈现无规律变化；(2)随着拉伸载荷的增加，涂层表面应变为有序波动状态，近似于正弦曲线，最大应变与最小应变分别为波峰和波谷，且波峰和波谷不断向同一方向移动；(3)拉伸载荷达到一定阶段时，涂层的小部分区域应变急剧增加；(4)当急剧增加的涂层区域的应变达到极限，即区域内的应力达到抗拉极限时，涂层发生断裂。但是，由于涂层太薄，这种方法只能检测涂层表面应变变化及裂纹扩展，无法观察到涂层的侧面处界面裂纹及表面裂纹向界面裂纹扩展的变化规律。通常采用的观察界面裂纹及表面裂纹向界面裂纹扩展的方法是通过控制万能试验机的载荷渐变实现的。如准备参数相同的多个喷涂有涂层材料的试样基体，分别以逐渐增加的固定载荷拉伸试样基体，在拉伸达到所定载荷时，停止拉伸，将试样取下将拉伸试样的截面制成金相试样，在扫描电子显微镜下观察来确定拉伸过程中的裂纹形式及裂纹转变过程。但是，这种方法并不能实时反应裂纹的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种涂层材料疲劳测试方法，其特征在于，包括：选取试样基体；在所述试样基体上喷涂待观测的涂层材料；对所述涂层材料进行散斑标记；将喷涂有涂层材料的试样基体送入扫描电子显微镜；间断地拉伸所述试样基体及其上的涂层材料；利用所述扫描电子显微镜对所述涂层材料进行连续拍摄图像或进行全过程录像。

【技术特征摘要】
1.一种涂层材料疲劳测试方法，其特征在于，包括：选取试样基体；在所述试样基体上喷涂待观测的涂层材料；对所述涂层材料进行散斑标记；将喷涂有涂层材料的试样基体送入扫描电子显微镜；间断地拉伸所述试样基体及其上的涂层材料；利用所述扫描电子显微镜对所述涂层材料进行连续拍摄图像或进行全过程录像。2.根据权利要求1所述的涂层材料疲劳测试方法，其特征在于，所述试样基体包括第一固定段、第二固定段和连接在所述第一固定段和所述第二固定段之间的连接段，所述第一固定段的宽度与所述第二固定段的宽度相等且大于所述连接段的宽度，所述涂层材料喷涂在所述连接段上；其中，所述试样基体的屈服强度为σs/Mpa，所述连接段的最小横截面积为S/mm2，拉伸所述试样基体及其上的涂层材料时的拉伸载荷F/N满足：F≤S*σs。3.根据权利要求2所述的涂层材料疲劳测试方法，其特征在于，所述试样基体包括第一固定段、第二固定段和连接在所述第一固定段和所述第二固定段之间的连接段，所述第一固定段的宽度与所述第二固定段的宽度相等且大于所述连接段的宽度，所述涂层材料喷涂在所述连接段上；其中，所述试样基体的延伸率为δ，所述连接段的长度为L/mm，拉伸所述试样基体及其上的涂层材料时的拉伸量程Lm/mm满足：Lm...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海斗，底月兰，王乐，尤浩兴，董丽虹，邢志国，刘明，马国政，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军装甲兵学院，
类型：发明
国别省市：北京,11