專利名稱：厚涂層附著力檢測方法及檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于檢測方法及設備，特別是涉及一種檢測粉末涂料涂層附著力的檢測方法及檢測裝置。
背景技術：
涂層技術的廣泛應用已經開辟了材料科學研究與應用的一個新方向，由于基體上的涂層能有效改變基體表面的性能，從而不僅使結構的整體性能得到顯著提高，而且使許多傳統材料在經濟建設的各個領域中又得到充分的利用。然而，在實際應用中經常碰到的問題是如何保證和預測涂層不從基體上剝落，否則，涂層性能再好，也無法正確、放心的利用。因此，如何科學、準確地檢測涂層附著力這一評價指標成為判斷涂層性能的重要性能指標。現行附著力測定方法有拉伸法、剪切法、劃痕法、壓入法等，由于其局限性，特別是對粉末涂料涂層等厚涂層的檢測，檢測原理和結果偏離涂層實際受力和破壞狀況過大，檢測數據不準確。雖然目前各種改進方法不少，但還沒有相應的適合對厚涂層附著力檢測的方法及檢測裝置。

發明內容
本發明的目的在于針對粉末涂料涂層的特點和該涂層在實際使用過程中常遇到的失效形式一鼓脹剝離失效的特性，即由于介質對涂層的滲透作用，在涂層一基體界面上形成鼓包，由于壓力差的存在，隨著介質滲透作用的不斷進行，當鼓包在壓力作用下鼓脹到一定大小，涂層就會從基體上慢慢剝離，從而使涂層失效的特性，發明一種厚涂層附著力檢測方法及檢測裝置。
本發明的基本構思是在模擬工況條件下，通過涂有涂層的檢測板基體上制做的孔，對涂層施加壓力，使涂層被逐漸鼓脹剝離下來，涂層鼓脹剝離的同時，測量記錄涂層施壓和涂層剝離半徑及寬度，或者通過數值擬合建立涂層剝離半徑及寬度——涂層中心鼓脹位移關系曲線，通過測量記錄涂層中心鼓脹位移間接測得涂層剝離半徑及寬度，然后按下列公式計算涂層附著力，即線剝離強度和面剝離強度線剝離強度σl=r2pMPa.mm---(1)]]>和面剝離強度σb=r2bpMPa---(2)]]>式中p-涂層施壓，MPa；r-涂層剝離半徑，m；b-涂層剝離帶寬度，mm。
如需獲得涂層附著力隨涂層施壓的連續變化曲線，在剝離試驗過程中，逐點測量涂層施壓和涂層剝離半徑及寬度，或通過數值擬合的涂層剝離半徑及寬度——涂層中心鼓脹位移關系曲線，逐點測量涂層中心鼓脹位移間接獲得涂層剝離半徑及寬度，建立涂層剝離半徑——涂層施壓和涂層剝離寬度——涂層施壓關系曲線，然后根據式(1)和式(2)計算得到涂層線剝離強度——涂層施壓、涂層面剝離強度——涂層施壓曲線。
檢測板上檢測孔的大小應根據涂層材料強度、涂層附著力高低和涂層厚度的不同進行確定。根據檢測孔上覆蓋的涂層的特點，可將這一涂層假定為周邊夾持的圓板，由此得到檢測孔制作大小的條件為檢測涂層線剝離強度時4Etωmax(1-μ2)[σ]coat≤a≤23[σ]coatt2σl′---(3)]]>或者檢測涂層面剝離強度時4Etωmax(1-μ2)[σ]coat≤a≤23b[σ]coatt2σb′---(4)]]>上述各式中a——檢測孔半徑，mm；E——涂層材料彈性模量，MPa；t——被檢涂層厚度，mm；ωmax——檢測孔覆蓋涂層中心鼓脹位移，mm；[σ]coat——涂層材料許用應力，mm；σb′——預計涂層面剝離強度，MPa；σl′——預計涂層線剝離強度，MPa.mm；μ——涂層材料泊松比；p——涂層施壓，MPa；同時，涂層施壓測量儀表應滿足 涂層中心鼓脹位移測量儀表應滿足位移測量儀表的最小有效示值＜＜ωmax＜位移測量儀表的有效量程(6)為實現這一方法，涂層附著力檢測裝置是由施壓環境模擬箱、壓力測控儀表、涂層中心鼓脹位移測量儀表、檢測板、待測涂層、溫度測控儀表和加壓系統構成。加壓系統是由加壓泵、控制閥和箱體依照常用的液壓管路連接而成；檢測板上有檢測孔并覆蓋待測涂層；檢測板的材料及其待測涂層的材料與被檢測涂層附著力件的基體材料和涂層材料相同；檢測孔開設在檢測板的中心部位，為適應于不同涂層的檢測，可制作一系列不同孔徑檢測孔的檢測板，或在同一塊檢測板上開設大孔鑲嵌檢測孔變換套來實現。涂層涂敷過程中為避免涂料堵塞檢測孔，涂層涂敷前檢測孔可配裝與檢測孔尺寸相配的孔塞，孔塞與涂層接觸面涂有脫模劑，待涂層制備完成后，將孔塞取下即可。檢測板安裝在施壓環境模擬箱上并采用螺紋式或者卡箍式或者齒嚙式或者法蘭式或者剖分環式等快開結構密封緊固。測試過程中，首先根據待測涂層工作的環境條件，調控施壓環境模擬箱里的介質和溫度，當達到檢測試驗所設定溫度時，開啟加壓系統，通過檢測孔向涂層施加鼓脹剝離壓力，試驗過程中，施壓環境模擬箱里的介質溫度、壓力和涂層中心鼓脹位移，以及涂層剝離半徑和寬度值將同步檢測。若按某種變化規律控制加壓系統所施加的壓力、施壓環境模擬箱里介質溫度，則可測量在交變載荷作用下涂層的附著力。測得介質通過檢測孔對涂層所施加的壓力、涂層中心鼓脹位移、涂層剝離半徑和寬度值后，代入涂層附著力的線剝離強度和面剝離強度計算公式進行計算。
本檢測方法適合檢測厚涂層的附著力，檢測數據準確，檢測過程簡單。檢測裝置結構合理，待測涂層設計符合涂層的真實受力條件和邊界條件，通過合理的配置加壓系統、施壓環境模擬箱、壓力和溫度測控儀表以及位移測量儀表，可以使所設計檢測涂層受力條件更接近于實際涂層服役狀況；通過調整檢測孔大小，也可以對不同厚度和結合性能的涂層進行測定，檢測范圍廣。
四

圖1為涂層附著力檢測裝置結構示意圖；圖2為涂層中心鼓起位移——涂層施壓關系曲線；圖3為涂層中心鼓起位移——涂層剝離半徑關系曲線；圖4為涂層線剝離強度——涂層剝離半徑關系曲線；圖5為涂層面剝離強度——涂層剝離寬度關系曲線。
附圖標記1施壓環境模擬箱，1-1環境介質，1-2承壓殼體，1-3排空閥，1-4保壓閥，1-5加熱保溫組件；2緊固密封組件，2-1緊固組件，2-2上法蘭，2-3密封件，2-4下法蘭；3壓力測控儀表；4位移測量儀表；5檢測板；6檢測孔；7檢測孔變換套；8待測涂層；9溫度測控儀表，9-1溫度探頭；10加壓系統。
五具體實施例方式
結合附圖詳細敘述實施例。
如圖1所示，施壓環境模擬箱[1]主要由環境介質[1-1]、承壓殼體[1-2]、排空閥[1-3]、保壓閥[1-4]和加熱保溫組件[1-5]等構成；緊固密封組件[2]由緊固組件[2-1]、上法蘭[2-2]、密封件[2-3]、下法蘭[2-4]組成，緊固組件[2-1]為螺栓、墊片和螺帽套件；承壓簡體[1-2]和下法蘭[2-4]按圖1所示相對位置焊接而成；密封件[2-3]選用聚四氟乙烯材料密封墊，置于檢測板[5]與下法蘭[2-4]之間，上法蘭[2-2]、檢測板[5]、密封件[2-3]和下法蘭[2-4]依次安裝，在緊固組件[2-1]預緊力作用下達到密封；加熱組件[1-5]由夾套、導熱介質、加熱套和保溫套構成，并以圖1所示位置配合使用，夾套內充加導熱介質，導熱介質可選用導熱油或者硅油等，夾套焊制在承壓殼體[1-2]上，其內壁與承壓殼體[1-2]外壁間形成充裝導熱介質空間，整個夾套外壁被加熱套包裹，并在加熱套外層包裹保溫套，加熱套選用電阻式加熱套。壓力測控儀表[3]選用精密壓力表，量程0～10MPa，精度0.25級。位移測量儀表[4]選用位移百分表并通過位移表支架固定在上法蘭[2-2]上，位移百分表量程0～10mm，精度0級。檢測板[5]選用工程實際中常用材料Q-235A。檢測孔[6]開設在檢測板的中心部位，檢測孔大小可根據待測涂層[8]強度、附著力和厚度的不同，通過在大孔中鑲嵌檢測孔變換套[7]進行調整。待測涂層[8]選用粉末涂料涂層。溫度測控儀表[9]由溫控顯示儀表和溫度探頭[9-1]組成，溫控顯示儀表選用智能型斷續PID溫度控制表，測量精度±0.5％±1字，其控制輸出端連接加熱保溫組件[1-5]控制電路繼電器，從而通過控制加熱套加熱保溫組件加熱元件的電流通斷達到對環境介質溫度的控制。加壓系統[10]由加壓泵、控制閥和箱體構成，加壓泵可選用手動或電動形式，對于手動式加壓泵系統中可不安裝控制閥，對用電動式加壓泵，系統中控制閥與壓力測控儀表的控制端相聯接，達到對加壓系統壓力的控制。根據需要決定是否鑲嵌檢測孔變換套[7]來調整檢測孔[6]的孔徑大小。
按照待測涂層[8]制備工藝，對檢測板[5]表面進行處理并制備涂層；根據所模擬的待檢涂層工作環境，向承壓殼體[1-2]內裝入環境介質[1-1]；安裝密封墊[2-3]；將檢測板[5]放置在下法蘭[2-4]與密封墊[2-3]之上，安裝上法蘭[2-2]，用緊固組件[2-1]預緊密封；根據所模擬的待檢涂層工作溫度，設定加熱套[1-5]的加熱溫度，通電加熱；溫度達到設定值后，關閉排空閥[1-3]，通過加壓泵向承壓殼體[1-2]加壓；在壓力作用下，開孔部位的待測涂層[8]會逐漸鼓起，最終從檢測板[5]上被剝離下來；測試過程中通過位移百分表[4]測得涂層中心鼓起位移值；通過壓力測控儀表[3]讀得對涂層施壓。
直接測定r和b是比較困難的，一般采用間接測量法，即有限元輔助分析擬合法。如圖2所示，具體過程為首先，采用實測方法直接測得圖2所示涂層中心鼓起位移——涂層施壓關系曲線。其次，在曲線中取某一壓力p和對應的中心鼓起位移為ω；然后，在壓力p作用下采用有限元分析可計算出檢測孔或剝離半徑為a的涂層的中心位移值ω′；最后，通過不斷變化有限元模型中的剝離半徑a，使有限元計算的中心位移值ω′＝ω時，此時有限元模型中的剝離半徑a即可認為是實際試驗中涂層剝離半徑r。可以通過重復上述過程，得到涂層中心鼓起位移-剝離半徑關系曲線，如圖3所示。
涂層剝離帶寬b也可以采用有限元分析的方法獲得，但相對較為復雜。根據經驗，一般涂層的剝離帶寬度b大約為0.1mm。將計算獲得的剝離半徑r和經驗剝離寬度b代入線剝離強度式(1)和面剝離強度式(2)就可進行計算。
采用上述裝置便可方便的測定涂層的剝離強度。以聚乙烯(PE)為例，其E＝240MPa，μ＝0.46，[σ]coat＝15MPa，σb′＝6MPa，b＝0.1mm，位移測量儀表的有效量程范圍應為ωmax＝0.1～2.51mm并取t＝1mm時，由式(4)得2.85≤a≤16.67mm，故可取作a＝4.0mm。由式(5)、(6)驗算，裝置中所選壓力表和位移百分表符合要求。
按上述試驗和計算步驟，得到上述圖2、3所示的實測涂層中心鼓起位移——涂層施壓關系曲線以及有限元輔助分析擬合涂層剝離半徑——涂層中心鼓起位移關系曲線。
根據經驗，確定涂層剝離帶寬b約為0.1mm。
對應取涂層中心鼓起位移——涂層施壓關系曲線以及涂層剝離半徑——涂層中心鼓起位移關系曲線中的涂層施壓、涂層中心鼓起位移和涂層剝離半徑及寬度代入式(1)和式(2)，就可進行計算得到線剝離強度和面剝離強度值，如圖4、5所示。
通過以上步驟獲得PE涂層附著力的值，用以評定涂層與基體的結合性能。
權利要求
1.厚涂層附著力檢測方法，其特征為鼓脹法，其檢測過程是，在模擬工況條件下，通過涂有涂層的檢測板基體上制作的孔，對涂層施加壓力，使涂層逐漸被鼓脹剝離下來，涂層鼓脹剝離的同時，測量記錄涂層施壓和涂層剝離半徑及寬度，或者通過數值擬合建立涂層剝離半徑及寬度——涂層中心鼓脹位移關系曲線，通過測量記錄涂層中心鼓脹位移間接測得涂層剝離半徑及寬度，然后按下列公式計算涂層附著力，即線剝離強度和面剝離強度線剝離強度σl=r2pMPa.mm]]>和面剝離強度σb=r2bpMPa]]>式中p-承壓筒內壓強，MPa；r-剝離半徑，mm；b-剝離帶寬度，mm。
2.一種實施權利要求1檢測方法的厚涂層附著力檢測裝置，其特征為該裝置由施壓環境模擬箱、壓力測控儀表、涂層中心鼓脹位移測量儀表、檢測板、待測涂層、溫度測控儀表和加壓系統構成；檢測板上有檢測孔并覆蓋待測涂層；檢測板的材料及其待測涂層的材料與要被檢測涂層附著力件的基體材料和涂層材料相同；檢測孔開設在檢測板的中心部位。
3.根據權利要求書2所述的厚涂層附著力檢測裝置，其特征為所述的加壓系統是由加壓泵、控制閥和箱體構成。
全文摘要
本發明涉及厚涂層附著力檢測方法及檢測裝置。厚涂層檢測方法為在模擬工況條件下，通過涂有涂層的檢測板基體上制作的孔，對涂層施加壓力，使涂層被逐漸鼓脹剝離下來，涂層鼓脹剝離的同時，測量記錄涂層施壓和涂層剝離半徑及寬度，或者通過數值擬合建立涂層剝離半徑及寬度——涂層中心鼓脹位移關系曲線，通過測量記錄涂層中心鼓脹位移間接測得涂層剝離半徑及寬度，然后代入線剝離強度和面剝離強度計算公式計算涂層附著力。實施該方法的檢測裝置包括施壓環境模擬箱、壓力測控儀表、涂層中心鼓脹位移測量儀表、檢測板、待測涂層、溫度測控儀表和加壓系統。裝置結構合理，待測涂層設計符合涂層的真實受力條件和邊界條件，檢測范圍廣泛。
文檔編號G06F19/00GK1912576SQ200510044248
公開日2007年2月14日 申請日期2005年8月12日 優先權日2005年8月12日
發明者王威強, 趙永輝, 邊潔 申請人:山東大學