一种冰层结合强度的测试方法技术

本发明专利技术公开了一种冰层结合强度的测试方法，即采用孤岛法，在冷库中将测试材料固定在载物平台上，同时操纵力学传感器探头和工作台作进给运动，对凝结在测试材料表面的冰层进行破坏性测试，使得冰层从基底脱落。力学传感器将推力的连续数据传输到计算机中，得到冰层与基底的结合力，进而得到测试材料与冰层的结合强度。本发明专利技术适用于平板表面、微阵列表面以及修饰的上述表面与冰层结合力的测试，测试结果准确；对材料及其尺寸和粗糙度均无特殊要求；另外，本发明专利技术对结合强度进行直接测试，可一次性获得大量实验数据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及材料性能检测
，特指一种界面冰层结合强度的物理测量方法，适用于平板表面、微阵列表面以及修饰的上述表面的界面冰层结合强度的测定。
技术介绍
在工程应用中，低温环境下常常会发生结冰现象，水凝固成冰的过程中体积增大，流动性减弱，材料表面会有冰层驻留在甚至形成冰块，冰块 的积聚会造成材料受重的急剧增加，有些情况下会对人们的日常生活和国家的经济建设带来很多不便甚至不可想象的灾难。例如，飞机在空中飞行时，在翼面前缘和发动机进气道内易发生结冰，致使飞机操稳特性恶化，甚至造成机毁人亡；天上落下冻雨，掉在电线上立刻就会结成坚实的冰，这样下来，结的冰柱会越来越大，越来越重，供电网就会承受不了，造成破坏成灾；冬天由于路面结冰，易出现交通事故。面对这些问题，就需要研制防冰除冰材料，而材料与冰层的结合强度就成为了一个关键性的指标。飞行中，飞机的结冰主要是由云中过冷水滴碰到飞机机体后结冰形成，也可由大气中水汽直接在机体表面凝华而成。这里所说的过冷水滴指的是一种高空云层中普遍存在的不稳定的，稍受震动便立马冻结成冰的水颗粒，这种微小的水颗粒分布于许多云团中。当飞机在这样的云团中穿行时，一旦机体表面温度低于o°c，过冷水滴就会在机体表面某些部位冻结，并聚积成冰。飞机的突出部位通常是较容易结冰的，比如，机翼/尾翼的前缘、翼面、发动机螺旋桨叶片、发动机进气口、空速管、飞机风挡、天线等。概括起来，结冰对飞机的危害主要有以下几个方面破坏飞机的空气动力性能；降低动力装置效率，甚至使发动机产生故障；影响仪表和通讯，妨碍飞行员目视飞行。电线冰会造成以下危害1.损坏杆塔，线路覆冰过厚，会使杆塔机械荷重越载而折断。2.线路跳闸，对于导线垂直排列的线路，当下层导线上的覆冰先脱落时(导线上的覆冰不一定同时脱落)，导线就会迅速上升或上、下跳跃，造成相间短路，使线路开关跳闸，供电中断；3.绝缘子串倾斜、导线严重下垂。线路各档距内的覆冰厚度不均匀时，导线弧垂将发生很大变化，造成悬垂绝缘子串倾斜，在覆冰过厚的档距内，会造成导线严重下垂而发生接地事故；4.绝缘子串覆冰后，会大大降低绝缘性能，而当悬垂绝缘子串覆冰溶化时，可能形成冰柱，使绝缘子串短路，造成接地事故。对于天气寒冷而又潮湿的南方来说，导线覆冰严重影响着输电线路的安全运行，覆冰带来了安全生产方面的危害，并加大了维护的工作量，增加了企业成本。因此有效地避免和防止冰灾对输电线路造成的危害，是电力、线缆企业等必须面对的课题。经检索，公开号为101482489A的中国专利，提供了一种测试覆冰或涂层结合强度的装置和方法，该专利技术中“一种测试覆冰或涂层结合强度的装置，包括堵塞(2)和中心具有通孔的堵塞支撑装置(I)，所述堵塞(2)能够插入所述堵塞支撑装置(I)的通孔内，其中所述堵塞(2)的插入部分(11)与所述堵塞支撑装置(I)的通孔配合，且插入部分(11)的长度小于所述堵塞支撑装置(I)通孔的深度，所述堵塞的插入部分(11)的顶端可拆卸的连接有覆料基体(3)，所述覆料基体(3)是与覆冰接触的表面或带有涂层表面的基体，其截面积适于随所述堵塞的插入部分(11)从所述通孔内抽出。该专利技术只需一个堵塞就能完成各种材料之间的粘合强度的测试，应用范围广，制作成本低。”但此测试方法还存在着很大的缺陷首先，其结冰过程在冰柜中完成，测试过程在室温下进行，而室温下冰块会融化，造成测试结果的不准确；其次，测试材料须加工成特定形状，这提高了对测试材料的要求 ’另夕卜，要得到结合强度，该方法须进行两次测试，较繁琐。
技术实现思路
本专利技术为解决上述问题，提出将基底上的冰块等化为一个孤岛，利用结合力测试仪直接对冰层与基底的结合力进行破坏性测试，进而得到冰层与基底的结合强度，本专利技术适用于平板表面、微阵列表面以及修饰的上述表面与冰层结合力的测试。 为解决上述问题，本专利技术采用了以下技术方案本专利技术所述的，具体为在冷库中将测试材料固定在载物平台上，同时操纵力学传感器探头和工作台作进给运动，对凝结在测试材料表面的冰层进行破坏性测试，使得冰层从基底脱落。力学传感器将推力的连续数据传输到计算机中，由于进行的是破坏性测试，推力峰值即为冰层与基底的结合力，结合力和冰层与基底之比即为结合强度。进一步的，上述测试方法按照以下步骤进行步骤一将冷库温度区间设置为-3°c -rc,在在冷库中水结冰之前,利用移液器在测试样品上滴上水滴。步骤二 继续降温，使水滴结冰，温度区间设置为_13°C -15°c。降温时间酌情而定，直到水滴结冰为止。步骤三水滴结冰后，进行结合力测试。将冷库温度升到-4°C _6°C之间，使电脑可以工作，待温度稳定。步骤四将测试样品固定在载物平台上，同时操纵力学传感器探头和工作台作进给运动，对凝结在测试样品表面的冰层进行破坏性测试，使得冰层从基底脱落。步骤五力学传感器将推力的连续数据传输到计算机中，得到冰层与基底的结合力，进而得到结合强度。由于进行的是破坏性测试，推力峰值即为冰层与基底的结合力，结合力和冰层与基底之比即为结合强度。在所述步骤五之后，进一步进行步骤六，即回温步骤测试结束后，关闭电脑、结合力仪。冷库温度设置为-rc -3°c，打开除湿机(设置为低风档)，一小时后如果冷库墙面没有明显的水汽凝结，将温度升到1°C 5°C，继续阶段式升温直至达到室温。所述测试材料包括Ti、Al、Ni等金属及其合金；环氧树脂、聚酰亚胺、橡胶等各类聚合物；玻璃、陶瓷等非金属。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果首先，结冰和测试过程均在冷库中进行，保证了测试结果的准确性；其次，本专利技术对材料及其尺寸和粗糙度均无特殊要求 ’另夕卜，本专利技术对结合强度进行直接测试，可一次性获得大量实验数据。本专利技术适用于平板表面、微阵列表面以及修饰的上述表面与冰层结合力的测试。附图说明图I为本专利技术一实施例使用的冷库测试环境的示意图。附图中标记表示为1.风幕机，2.温度控制箱，3.蒸发器，4.制冷机组。图2为本专利技术测试方法的原理图。附图中标记表示为1.力学传感器探头，2.冰块，3. Ni微阵列，4.基底。具体实施例方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。 如图I所示，为一实施例使用的冷库测试环境的示意图，其中1.风幕机，2.温度控制箱，3.蒸发器,4.制冷机组。该冷库最小尺寸2. OmX I. 5mX2. Om,可达到的最低温度为-20°C。外接制冷机组、蒸发器、温度控制箱、风幕机，冷库电源为380V。地冷库面要水平，有落水口。这些技术均为现有技术，不再累述。本实施例提供。如图2所示，为测试方法的原理图，将基底上的冰块等化为一个孤岛，利用结合力测试仪对冰层与基底的结合力进行破坏性测试，进而得到冰层与基底的结合强度。本实施例中，测试样品为采用常规微加工方法制备的Ni微阵列结构。本实施例的测试方法通过以下步骤进行步骤一将冷库温度区间设置为_3°C _rC,在在冷库中水结冰之前,利用移液器在测试样品上滴上水滴。步骤二 继续降温，使水滴结冰，温度区间设置为_13°C _15°C。降温时间酌情而定，直到水滴结冰为止。步骤三水滴结冰后，进行结合力测试。将冷库温度升到-4°C _6本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冰层结合强度的测试方法，其特征在于：在冷库中将测试材料固定在载物平台上，同时操纵力学传感器探头和工作台作进给运动，对凝结在测试材料表面的冰层进行破坏性测试，使得冰层从基底脱落；力学传感器将推力的连续数据传输到计算机中，得到冰层与基底的结合力，进而得到测试材料与冰层的结合强度。

【技术特征摘要】
1.一种冰层结合强度的测试方法，其特征在于在冷库中将测试材料固定在载物平台上，同时操纵力学传感器探头和工作台作进给运动，对凝结在测试材料表面的冰层进行破坏性测试，使得冰层从基底脱落；力学传感器将推力的连续数据传输到计算机中，得到冰层与基底的结合力，进而得到测试材料与冰层的结合强度。2.根据权利要求I所述的冰层结合強度的测试方法，其特征在于所述测试方法按照以下步骤进行 步骤ー将冷库温度区间设置为-3°c -rc，在在冷库中水结冰之前，利用移液器在测试样品上滴上水滴； 步骤ニ 继续降温，使水滴结冰，温度区间设置为_13°C -15°C，降温时间酌情而定，直到水滴结冰为止； 步骤三水滴结冰后，进行结合力测试，将冷库温度升到_4°C _6°C之间，使电脑可以工作，待温度稳定； 步骤四将测试样品固定在载物平台上，同时操纵力学传感器探头和工作台作进给运动，对凝结在测试样品表面的冰层进行破坏性测试，使得冰层从基底脱落； 步骤五力学传感器将推力的连续数据传输到计算机中，得到冰层与基底的结合力，进而得到结合强度，推力峰值即为冰层与基底的结合力，结合力和冰...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁桂甫，葛亮，姚锦元，李艳春，汪红，张丛春，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：