一种材料表面冰黏附强度法向力测试装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种材料表面冰黏附强度法向力的测试装置。首先，把沾取定量水的黏附探头垂直按压于已制冷的待测试样表面，待其接触面结冰黏结；其次，垂直拉黏附探头并测量剥离过程中的最大力，通过与黏附探头接触面积的换算得出表征待测试样法向冰黏附强度的定量参数。所述装置由机架兼试样固定台、制冷温控单元、黏附探头、探头推拉机构、测力传感器、黏附探头浸水水皿等部件组成。本实用新型专利技术中把水结冰过程作为一种黏附剂黏附黏结过程，通过定量控制温度、结冰水量、黏附探头接触端面积和施加载荷，可避免以往的试验误差和环境干扰。本实用新型专利技术原理结构简单，操作方便，可重复性高，真实地表征材料(或涂层)表面和冰的法向黏附强度。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及材料表面冰黏附强度法向力测试装置。这种测量方法和装置能够用于评价材料(涂层)表面的防结冰能力，对于低温零部件的设计具有参考价值。
技术介绍
表面结霜、结冰问题是在低温环境下由于存在水分或水蒸汽而产生的一种粘附现象，例如汽车玻璃上的结霜、电力传输设备上的结冰；飞机翼上的结冰，制冷设施和空调的结霜等问题。合理、快捷地评价材料(或涂层)、不同的表面形态的冰黏附特性并分析材料(涂层)和表面形态的黏附规律是工程领域中开发研制防冻黏技术的基础。目前，针对材料表面的冰黏附特性的评价研究方法主要有美国寒冷地区研究与工程试验室ASTM D3528-96(1996)测试标准；IS08131997规定了法向测试黏附力的标准；国内专利200910005590. 6 ( 一种测试覆冰或涂层结合强度的装置和方法)是一种用于测试覆冰与金·属材料或涂料之间的粘结强度的测试装置和方法等。以上几种测试冰黏附强度方法和装置的主要问题有(I)试验装置过于复杂，需配别过多的附加装置；(2)试验的可重复性不好，试验结果无法定量化等。针对以上现有表面测试黏附强度的方法和装置的一些问题，本技术提出一种简便、可重复性强、能同时适用于材料(或涂层)的表面冰黏附强度的测试方法和装置。本技术首先利用黏附探头沾取定量的水，然后压在已制冷的待测试样表面，使其与测试样表面结冰；然后通过推拉机构往上拉，利用测力传感器，可以得出此时最大的法向剥离力。由于本装置每次黏附探头沾取定量的水结冰、试样表面制冷温度可控，因此可以得到定量化的试验结果，试验可重复性能够得到保证，并且结构简单，操作方便。
技术实现思路
针对材料表面对冰的法向黏附特性评价，本技术提出一种原理简单，可定量化、试验重复性强，操作简便，能够适用于包括涂层在内的材料表面的冰黏附强度测试装置。本技术的测试原理如下首先对待测试样进行制冷，达到预定的制冷温度，并保持制冷温度的恒定。再利用黏附探头在水皿内沾取定量的水，并对黏附探头施加一定的载荷，使其与待测试样表面紧密接触，待其与待测试样表面结冰。然后对黏附探头施加一定的法向拉伸力，使其结冰剥离，通过力传感器可以得出剥离过程中的最大法向力，此值即用于表征待测试样表面冰黏附力。由于本装置每次试验都沾取定量的水、待测试样表面制冷温度可控并保持温度不变，在试验装置简便的条件下，可以保证试验的可重复性，操作方便。本技术所述的材料表面冰黏附强度法向力测试方法和装置，需按以下步骤进行第一步制备待测试样3，保证其表面的平整度；第二步待测试样安装于机架兼试样固定台I上，并保证待测试样3与装在机架兼试样固定台I上的制冷单元2接触良好，开启制冷控制单元8，对待测试样3及机架兼试样固定台I进行制冷，制冷温度根据测试要求而设定，待测试样3表面温度达到设定温度后保持稳定状态；第三步待测试样3表面温度达到测试温度时，用黏附探头4浸泡于水皿9中，保证黏附探头4表面吸附的水分定量；将黏附探头4快速安装于装有力传感器5的推拉杆6上，通过调整推拉杆6使黏附探头4与待测试样3表面良好接触；第四步保持黏附探头4对待测试样3表面的压力恒定，直至黏附探头4和待测试样3表面水冻结黏结；根据界面结冰状态保持一定时间，使其冻黏界面10稳定；第五步拉动推拉杆6，使黏附探头4与待测试样3表面发生剥离；通过测力传感器5测量剥离过程最大拉力；并通过界面黏附面积的换算，得出待测试样3的法向冰黏附强度。所述待测试样3表面法向冰黏附强度的测量温度可调，调整范围在-35 0°C ;黏附探头4表面吸附的水量可控。所述制冷温度控制以及黏附探头的沾水、加载、剥离过程由人工方式或通过电动方式完成。一种用于上述的材料表面冰黏附强度法向力测试方法的装置，主要由机架兼试样固定台I、制冷单元2、黏附探头4、力传感器5、推拉机构6和定量水皿9组成，黏附探头4通过力传感器5安装于推拉机构6上，并通过推拉机构6沿垂直于待测试样3表面法向方向滑动，对试样表面加压或拉拖剥离，待测试样3通过制冷单元2装在机架兼试样固定台I上，制冷单元2的温度通过温度控制器8控制。传感器可以得出此时最大剥离力。由面积可以换算出表征材料表面或涂层的黏附强度。以上的制冷单元通过调节直流电源控制和保持温度，精确控制待测试样的制冷温度，制冷温度的调节范围根据选用不同的制冷单元而不同(一般在-35 OV )。技术公开的冰黏附强度的测试装置，该装置主要由制冷温控单元、黏附探头、推拉机构和底座以及测力传感器组成，所述的制冷温控单元置于底座内，黏附探头通过力传感器连接于推拉杆机构上。测力传感器通过黏附探头的法向拉伸来确定剥离过程中的最大剥离力。黏附探头沾水水皿通过设定可一直保证其盛水容量，便于控制黏附探头沾水量。在此技术中黏附探头剥离待测试样表面的结冰时，通过测力传感器可以确定出拉伸过程中的最大剥离力。在此技术中测力传感器可以采用电动或者通过手动来实现法向拉伸。在申请中黏附探头根据待测试样的冰黏附特性选择不同材质、不同形貌的不同黏附探头。测试过程中黏附冰层破裂发生在黏附探头侧，未发生在待测试样表面，表明待测试样的冰黏附强度大于黏附探头的冰黏附强度，视为试验结果无效，需更换冰黏附强度更大的黏附探头；界面黏附冰层破裂发生在黏附冰层内部，表明黏附探头和待测试样的冰黏附强度均大于冰自身的强度，视为试验结果有效，其结论为待测试样冰黏附强度大于冰破裂强度；界面黏附冰层破裂发生在待测试样表面，视所测法向力为待测试样的冰黏附法向强度。相对于现有的表面黏附强度测试方法和手段，本技术公开的装置有以下不同占-^ \\\ ·I)试验装置中的制冷单元对待测试样制冷，并且在测试过程对待测试样进行保温。能有效地避免待测试样制冷后，再进行黏附试验时，由于温度变化而造成冰的融化，从而对试验结果造成很大的影响。2)在进行试验之前，先对待测试样进行制冷，待其达到制冷温度后，利用黏附探头在水皿里沾取水，然后与待测试样表面进行接触、结冰，保证了试验结冰的速率，进而保证了试验条件的统一性和试验结果的准确性。试验装置中的黏附探头每次都沾取等量水。3)、黏附探头根据其待测试样的冰黏附强度特性，可采用不同材料制备，为了加强其自身表面冰黏附强度可在黏附探头表面进行形貌改良和改性。为了减少黏附探头对待测·表面的传热影响，对黏附探头预期连接的部件进行隔热处理，并且尽可能减小黏附探头的体积和热熔。4)、在测试中，测试法向剥离力时的最大力通过黏附探头的下端面积换算得出表征材料或涂层表面的冰黏附强度。保证了试验不会引入其他的试验误差，从而保证了试验的精确性。本技术公开的材料表面冰黏附强度法向力测试方法和装置，可用于多种材料、涂层表面待测试样的冰黏附强度测试，为工程中的材料和涂层提供了简易、可行有参照的评价方法和手段。附图说明图I是本技术公开的装置的一种实施例示意图。图2是本技术公开的测试方法中对于黏附冰层剥离情况分辨示意图，其中图2 (a)为黏附探头与待测材料表面由冰黏结初始状态；图2(b)为黏附探头剥离过程中界面冰的破裂发生在黏附探头附近状态，此状态为“失败试验”，并不能真实反映待测试样的冰黏附法向特性，应更换其他黏附探头进行试验;图2(c)为黏附探头剥离过程中界面冰的破裂发生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种材料表面冰黏附强度法向力测试装置，其特征在于，主要由机架兼试样固定台(1)、制冷单元(2)、黏附探头(4)、力传感器(5)、推拉机构(6)和定量水皿(9)组成，黏附探头(4)通过力传感器(5)安装于推拉机构(6)上，并通过推拉机构(6)沿垂直于待测试样(3)表面法向方向滑动，对试样表面加压或拉拖剥离，待测试样(3)通过制冷单元(2)装在机架兼试样固定台(1)上，制冷单元(2)的温度通过温度控制器(8)控制。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：金敬福，陈廷坤，李微微，曹敏，齐迎春，宋鹏飞，丛茜，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：实用新型
国别省市：