一种金刚石涂层结合强度的检测装置及其检测方法制造方法及图纸

一种金刚石涂层结合强度的检测装置及其检测方法，其中检测装置包括检测槽、放置架、超声机构和抛动机构，所述检测槽用于承载超声传播介质，于所述检测槽内设置没于所述超声传播介质中的放置架，所述超声机构用于在所述检测槽中形成特定的超声场，所述抛动机构和所述放置架连接，用于驱动所述放置架在所述超声场中移动。该检测装置基于超声波技术并对超声检测进行优化，使其产生稳定均匀的超声场，便于对金刚石涂层结合强度进行批量检测。金刚石涂层结合强度进行批量检测。金刚石涂层结合强度进行批量检测。

【技术实现步骤摘要】
一种金刚石涂层结合强度的检测装置及其检测方法


[0001]本专利技术涉及金刚石涂层性能检测领域，尤其涉及金刚石涂层的结合强度的检测装置及其检测方法。

技术介绍

[0002]金刚石涂层具有硬度高、耐磨性优良和摩擦系数低等特性，是理想的工具涂层，在刀具表面沉积金刚石涂层可以有效解决石墨、陶瓷、碳纤维复合材料等难加工材料的加工问题。然而，目前国内的金刚石涂层产业并没有实现规模化、标准化和产业化，主要原因是缺乏对金刚石涂层性能的统一评价标准和高效的检测手段。涂层脱落是金刚石涂层失效的主要形式，直接导致涂层脱落的原因是承受的应力大于涂层和基底之间的结合强度，因此，涂层和基底间的结合强度作为反映涂层性能的最重要表征，目前较成熟的检测方法主要有拉曼光谱法、压痕法、划痕法等。
[0003]拉曼光谱法基于拉曼散射效应，可快速原位分析涂层表面分子振动和转动方面信息，达到无损、精确确定涂层的分子结构及应力大小，然而不足之处也很明显：1)检测过程存在诸多因素不可控，导致每次检测结果不是在统一的检测标准下进行，导致结果无法进行对比，因此无法有效批量量化结合强度的大小；2)对螺旋刀具检测困难、检测成本很高、检测效率极低，不适用大批量刀具的检测；3)激光瑞利散射比拉曼信号强，使得激光瑞利散射对拉曼信号干扰很大，必须能排除瑞利散射光，并具有高灵敏度，才能有效地收集拉曼谱，技术难度极大。压痕法/划痕法通过使金刚石压头和涂层表面直接接触并施加载荷，或在涂层表面移动，产生压痕或划痕，通过金相分析或声发射检测获得涂层破裂临界载荷间接反应涂层结合强度，然而不足之处同样明显：1)无法批量检测，对同一样品单次只能检测局部位置；2)无法有效检测曲面位置的结合强度，且无法检测微细刀具；3)属于破坏性检测，刀具测试后无法作为正常刀具使用，对于高价值刀具而言成本极高；4)需要长时间将刀具表层金刚石涂层破坏，检测效率低下。
[0004]因此，需要设置一种对涂层结合强度检测效率高、准确性好、成本低且可以进行批量检测的检测装置及其检测方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种金刚石涂层结合强度的检测装置及其检测方法，该检测装置基于超声波技术并对超声检测进行优化，使其产生稳定均匀的超声场，便于对金刚石涂层结合强度进行批量检测。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种金刚石涂层结合强度的检测装置，包括检测槽、放置架、超声机构和抛动机构，所述检测槽用于承载超声传播介质，于所述检测槽内设置没于所述超声传播介质中的放置架，所述超声机构用于在所述检测槽中形成特定的超声场，所述抛动机构和所述放置架连接，用于驱动所述放置架在所述超声场中移动；于放置架内批量限位放置被检工件，通
过超声机构在检测槽中形成超声场，以实现批量检测，借助抛动机构对放置架进行移动驱动，一方面，放置架的移动可降低放置架内被检工件处在超声检测盲区的可能，提高检测的全面性，另一方面，放置架的移动便于使得被检工件上不同位置有机会落入波峰区域，保证检测所需的冲击力；
[0008]进一步的，所述检测槽和所述放置架采用超声波可透射的材料，包括不锈钢板；以此减少超声波传输过程中的能量损耗；
[0009]进一步的，所述超声传播介质包括电导率≤20μs/cm的水，且在检测过程中，水始终完全淹没被检工件；
[0010]进一步的，所述放置架包括用于支撑被检工件的底板和设置于所述底板上用于对被检工件进行径向限位的限位板；
[0011]进一步的，所述超声机构包括超声波发生器和与所述超声波发生器通信连接的超声波换能器，所述超声波换能器设置于所述检测槽上，所述超声波换能器包括压电式换能器、磁致伸缩换能器、电磁声换能器和激光换能器；
[0012]进一步的，所述超声波换能器设置有多个，多个所述超声波换能器之间并联设置；以此保证各个超声波换能器接收到的激励信号具有同样的相位，减少各个超声波换能器之间的干涉；
[0013]进一步的，多个所述超声波换能器以中间位置的排布密度小于外侧位置的排布密度的方式进行排布；以此进一步提高所形成的的超声场的稳定、均匀性；
[0014]进一步的，所述超声波换能器通过辐射器设置于所述检测槽上，所述超声波换能器和辐射器之间以及所述辐射器和所述检测槽之间通过超声耦合剂粘接；直接于检测槽上设置超声波换能器容易出现点源激励不稳定的问题，通过辐射器后，再让辐射器和检测槽谐振使其达到均匀化声场的目的，超声耦合剂可以进一步降低超声波传递过程中的能量损失；
[0015]进一步的，超声波从所述超声波换能器倾斜入射到被测工件界面；通过倾斜入射方式降低超声传播反射波和入射波的叠加干涉，减少驻波点的存在，有效均匀化超声场，使得对不同位置的被检工件具有相近的作用效果，提高批量检测的稳定性；
[0016]进一步的，超声波倾斜入射到被测工件界面的角度为30～60
°
；
[0017]进一步的，所述抛动机构包括和所述放置架固定连接的顶杆以及驱动所述顶杆进行直线移动的驱动装置；
[0018]进一步的，所述抛动机构的直线移动距离为50～150mm。
[0019]一种金刚石涂层结合强度的检测方法，包括如下步骤：
[0020]1)在待测区域中充满超声传播介质，将被检工件置于待测区域，且保证被检工件始终没于超声传播介质中；
[0021]2)在待测区域中形成波长小于或等于被检工件的直径的超声场；
[0022]3)将被检工件在超声场内进行移动；
[0023]进一步的，根据超声波频率和波长的关系，通过输入信号频率调节超声波频率以实现对波长的调节，其中，超声波频率和波长满足以下关系：V
C
＝f
·
λ，其中，λ为超声波在超声传播介质中的波长，f为产生的超声波的频率，V
C
为超声波在超声传播介质中的传播速率；
[0024]进一步的，设置超声波的频率和输入信号频率一致，且超声波在超声传播介质中的平均速度为1500m/s，为了实现波长小于或等于被检工件的直径，被检工件结构尺寸和超声波频率的匹配关系为：
[0025]被检工件直径≤2mm时，超声波频率为1MHz，
[0026]被检工件直径2～5mm时，超声波频率为300～700KHz，
[0027]被检工件直径5～10mm时，超声波频率为150～300KHz，
[0028]被检工件直径10～20mm时，超声波频率为75～150KHz；
[0029]进一步的，为了控制不同规格被检工件的处理时间，使得超声作用于被检工件表面的时间不至于过短达不到检测强度，也不至于过长导致正常结合强度的涂层破裂，因此，被检工件结构尺寸和检测时间的匹配关系为：
[0030]被检工件直径≤2mm时，超声波检测时间为10～20min，
[0031]被检工件直径2～5mm时，超声波检测时间为15～30min，
[0032]被检工件直径5～本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金刚石涂层结合强度的检测装置，包括检测槽、放置架、超声机构和抛动机构，其特征在于，所述检测槽用于承载超声传播介质，于所述检测槽内设置没于所述超声传播介质中的放置架，所述超声机构用于在所述检测槽中形成特定的超声场，所述抛动机构和所述放置架连接，用于驱动所述放置架在所述超声场中移动。2.根据权利要求1所述的金刚石涂层结合强度的检测装置，其特征在于，所述检测槽和所述放置架采用超声波可透射的材料，包括不锈钢板。3.根据权利要求1所述的金刚石涂层结合强度的检测装置，其特征在于，所述超声传播介质包括电导率≤20μs/cm的水，且在检测过程中，水始终完全淹没被检工件。4.根据权利要求1所述的金刚石涂层结合强度的检测装置，其特征在于，所述放置架包括用于支撑被检工件的底板和设置于所述底板上用于对被检工件进行径向限位的限位板。5.根据权利要求1所述的金刚石涂层结合强度的检测装置，其特征在于，所述超声机构包括超声波发生器和与所述超声波发生器通信连接的超声波换能器，所述超声波换能器设置于所述检测槽上，所述超声波换能器包括压电式换能器、磁致伸缩换能器、电磁声换能器和激光换能器。6.根据权利要求1所述的金刚石涂层结合强度的检测装置，其特征在于，所述超声波换能器设置有多个，多个所述超声波换能器之间并联设置。7.根据权利要求6所述的金刚石涂层结合强度的检测装置，其特征在于，多个所述超声波换能器以中间位置的排布密度小于外侧位置的排布密度的方式进行排布。8.根据权利要求5所述的金刚石涂层结合强度的检测装置，其特征在于，所述超声波换能器通过辐射器设置于所述检测槽上，所述超声波换能器和辐射器之间以及所述辐射器和所述检测槽之间通过超声耦合剂粘接。9.根据权利要求5所述的金刚石涂层结合强度的检测装置，其特征在于，超声波从所述超声波换能器倾斜入射到被测工件界面。10.根据权利要求9所述的金刚石涂层结合强度的检测装置，其特征在于，超声波倾斜入射到被测工件界面的角度为30～60
°
。11.根据权利要求1所述的金刚石涂层结合强度的检测装置，其特征在于，所述抛动机构包括和所述放置架固定连接的顶杆以及驱动所述顶杆进行直线移动的驱动装置。12.根据权利要求11所述的金刚石涂层结合强度的检测装置，其特征在于，所述抛动机构的直线移...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨路，汪亮，王弢，
申请(专利权)人：嘉兴沃尔德金刚石工具有限公司，
类型：发明
国别省市：