本發(fā)明涉及金屬覆層界面結(jié)合強(qiáng)度的測量裝置，及覆層界面結(jié)合強(qiáng)度測量方法，尤其涉及激光熔覆層和堆焊層界面結(jié)合強(qiáng)度的檢測技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

廢舊零部件引發(fā)的一系列問題促進(jìn)了再制造技術(shù)的發(fā)展，再制造成形技術(shù)是再制造技術(shù)的核心，通過在破損零件表面添加修復(fù)材料，最終恢復(fù)廢舊零部件尺寸，恢復(fù)甚至提升其服役性能。與熱噴涂、電刷鍍等再制造成形技術(shù)相比，激光沉積及堆焊修復(fù)層與基體呈冶金結(jié)合，修復(fù)層不易剝落，常用于服役工況惡劣的零件修復(fù)，但修復(fù)層高度的增加及覆層材料與基體材料的熱物性參數(shù)差異，使得修復(fù)層內(nèi)殘余應(yīng)力累加，界面處裂紋敏感性增加，易發(fā)生斷裂。覆層材料的服役性能直接影響修復(fù)零件的服役壽命，因此，評定金屬覆層的界面結(jié)合強(qiáng)度成為評價金屬覆層質(zhì)量及壽命的重要參數(shù)。

目前對于激光熔覆及堆焊法得到的金屬覆層，未有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)測量其界面結(jié)合強(qiáng)度，常使用一般涂層的界面結(jié)合強(qiáng)度測試方法測量，如拉伸法、彎曲法、壓痕法、剝離法等，但以上方法主要適用于非冶金結(jié)合的薄涂層，或僅能通過半定量的方法表征覆層的界面結(jié)合強(qiáng)度，并且激光熔覆及堆焊覆層的熱影響區(qū)強(qiáng)度較小，在破壞性測試方法中，熱影響區(qū)先于界面斷裂，難以得到界面處的結(jié)合強(qiáng)度。因此，現(xiàn)有的界面結(jié)合強(qiáng)度測量方法用于厚覆層及高強(qiáng)度材料有很大的局限性，難以得到覆層的界面結(jié)合強(qiáng)度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有測試金屬覆層界面結(jié)合強(qiáng)度的不足，提出一種金屬覆層界面結(jié)合強(qiáng)度測量裝置及方法，針對于激光熔覆及堆焊修復(fù)層特點，可精確、定量測得界面結(jié)合強(qiáng)度，且測試裝置結(jié)構(gòu)及試樣具有結(jié)構(gòu)簡單、易于制造、測試效率高的優(yōu)點。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：一種金屬覆層界面結(jié)合強(qiáng)度測量裝置，包括壓盤、定位桿、試樣、卡盤支撐座；所示試樣包括金屬覆層、基體、基體試塊，基體中心設(shè)有通孔，通孔兩端設(shè)有同軸雙沉頭裝配孔，同軸雙沉頭裝配孔包括位于基體上端面的上端沉頭孔和位于基體下端面的下端沉頭孔；基體試塊由同心的上段圓柱體和下段圓柱體組成，上段圓柱體插入通孔內(nèi)，下段圓柱體插入下端沉頭孔，下段圓柱體和基體的下端面重合，金屬覆層熔覆于下段圓柱體和基體的下端面，并且金屬覆層外緣位于基體的下端面邊緣內(nèi)側(cè)，將金屬覆層置于卡盤支撐座的卡盤內(nèi)腔，并通過卡盤支撐座支撐基體，上段圓柱體上端與定位桿的下端螺紋連接，定位桿的上方設(shè)有壓盤，壓盤的上端與萬能試驗機(jī)相連。

進(jìn)一步的，所述金屬覆層呈圓柱形，金屬覆層與基體試塊的圓柱軸心重合；所述卡盤支撐座包括卡盤，在卡盤的上端面設(shè)有四個位置可調(diào)的卡爪，卡爪上表面與基體的下端面貼合，卡爪前端設(shè)有弧形槽口，通過四個卡爪前端的弧形槽口組成可容納金屬覆層的卡盤內(nèi)腔。

一種金屬覆層界面結(jié)合強(qiáng)度測量方法，該方法包括以下步驟：

步驟1、制備基體，在基體中心加工通孔，在通孔兩端加工同軸雙沉頭裝配孔，同軸雙沉頭裝配孔包括位于基體上端面的上端沉頭孔和位于基體下端面的下端沉頭孔；

步驟2、制備基體試塊，基體試塊由同心的上段圓柱體和下段圓柱體組成，上段圓柱體外徑與通孔相匹配，下段圓柱體外徑與下端沉頭孔相匹配，在上段圓柱體的上端加工出螺紋孔；

步驟3、將基體試塊的上段圓柱體插入基體的圓形通孔中，下段圓柱體插入下端沉頭孔，并保證下段圓柱體和基體的下端面重合，將調(diào)平螺栓安裝在上段圓柱體上端的螺紋孔內(nèi)，使基體和基體試塊相對固定，對下段圓柱體和基體的下端面進(jìn)行磨床打磨，去除表面雜質(zhì)；

步驟4、通過激光熔覆及堆焊法在下段圓柱體和基體的下端面熔覆金屬覆層，熔覆結(jié)束后，下段圓柱體和基體通過金屬覆層固定在一起；

步驟5、卸下調(diào)平螺栓，安裝定位桿，將定位桿的下端與基體試塊的上段圓柱體上端螺紋連接，將金屬覆層加工成與基體試塊同心的圓柱形，并保證金屬覆層外圓位于基體的下端面邊緣內(nèi)側(cè)；

步驟6、調(diào)節(jié)卡盤支撐座的四個卡爪的位置，將金屬覆層放入四卡爪圍成的卡盤內(nèi)腔，卡爪上表面與基體的下端面貼合；

步驟7、在定位桿上方安裝壓盤，將壓盤與萬能試驗機(jī)相連；

步驟8、啟動萬能試驗機(jī)對壓盤施加壓力進(jìn)行推離實驗，通過萬能試驗機(jī)傳感器得到應(yīng)力-應(yīng)變曲線，記錄金屬覆層脫離基體時的壓力，采用δ＝f/a，測得試樣的金屬覆層界面結(jié)合強(qiáng)度；其中，δ為金屬覆層界面結(jié)合強(qiáng)度，f為所金屬覆層脫離基體時壓力的大小，a為金屬覆層的上端與基體的下端面的接觸面積；

步驟9、按照步驟1至8的方式，再重復(fù)測量多個試樣，對所有試樣的金屬覆層界面結(jié)合強(qiáng)度測量結(jié)果取平均值。

進(jìn)一步的，步驟1中：通孔直徑為18mm，上端沉頭孔直徑為26mm、深度為6mm，下端沉頭孔直徑為22mm、深度為1mm；

步驟2中：上段圓柱體直徑為18mm、高度為13mm，下段圓柱體直徑為22mm、高度為1mm，螺紋孔直徑為8mm、深度為6mm；

步驟5中：金屬覆層301的直徑為24mm。

有益效果：本發(fā)明為金屬覆層界面結(jié)合強(qiáng)度的定量測量提供了一種可行的測試裝置和方法，可以防止試樣從熱影響區(qū)斷裂，使得測試結(jié)果真實反映界面結(jié)合強(qiáng)度，且該發(fā)明適用可適用于多厚度、大面積金屬覆層界面結(jié)合強(qiáng)度測量。

附圖說明

圖1是本發(fā)明金屬覆層界面結(jié)合強(qiáng)度的測量裝置結(jié)構(gòu)爆炸圖；

圖2是試樣的剖面結(jié)構(gòu)圖；

圖3是四爪卡盤支撐座部件圖；

圖4是調(diào)平螺栓的安裝示意圖。

圖中標(biāo)號：1-壓盤，2-定位桿，3-試樣，4-卡盤支撐座，5-調(diào)平螺母，301-金屬覆層，302-基體，303-基體試塊，304-上端沉頭孔，305-下端沉頭孔，306-通孔，401-卡爪，402-卡盤。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。

如圖1至3所示，本發(fā)明的一種金屬覆層界面結(jié)合強(qiáng)度測量裝置，包括壓盤1、定位桿2、試樣3、卡盤支撐座4。所示試樣3包括金屬覆層301、基體302、基體試塊303，基體302中心設(shè)有通孔306，通孔306兩端設(shè)有同軸雙沉頭裝配孔，同軸雙沉頭裝配孔包括位于基體302上端面的上端沉頭孔304和位于基體302下端面的下端沉頭孔305?；w試塊303由同心的上段圓柱體和下段圓柱體組成，上段圓柱體插入通孔306內(nèi)，下段圓柱體插入下端沉頭孔305，下段圓柱體和基體302的下端面重合，金屬覆層301熔覆于下段圓柱體和基體302的下端面，并且金屬覆層301外緣位于基體302的下端面邊緣內(nèi)側(cè)，將金屬覆層301置于卡盤支撐座4的卡盤內(nèi)腔，并通過卡盤支撐座4支撐基體302，上段圓柱體上端與定位桿2的下端螺紋連接，定位桿2的上方設(shè)有壓盤1，壓盤1的上端與萬能試驗機(jī)相連。

如圖2和3所示，所述金屬覆層301呈圓柱形，金屬覆層301與基體試塊303的圓柱軸心重合；所述卡盤支撐座4包括卡盤402，在卡盤402的上端面設(shè)有四個位置可調(diào)的卡爪401，卡爪401上表面與基體302的下端面貼合，卡爪401前端設(shè)有弧形槽口，通過四個卡爪401前端的弧形槽口組成可容納金屬覆層301的卡盤內(nèi)腔。

如圖1至4所示，本發(fā)明的一種金屬覆層界面結(jié)合強(qiáng)度測量方法，該方法包括以下步驟：

步驟1、制備基體302，在基體302中心加工通孔306，在通孔306兩端加工同軸雙沉頭裝配孔，同軸雙沉頭裝配孔包括位于基體302上端面的上端沉頭孔304和位于基體302下端面的下端沉頭孔305，本實施例中，通孔304直徑為18mm，上端沉頭孔304直徑為26mm、深度為6mm，下端沉頭孔305直徑為22mm、深度為1mm；

步驟2、制備基體試塊303，基體試塊303由同心的上段圓柱體和下段圓柱體組成，上段圓柱體外徑與通孔306相匹配，下段圓柱體外徑與下端沉頭孔305相匹配，在上段圓柱體的上端加工出螺紋孔，本實施例中，上段圓柱體直徑為18mm、高度為13mm，下段圓柱體直徑為22mm、高度為1mm，螺紋孔直徑為8mm、深度為6mm；

步驟3、將基體試塊303的上段圓柱體插入基體302的圓形通孔中，下段圓柱體插入下端沉頭孔305，并保證下段圓柱體和基體302的下端面重合，將調(diào)平螺栓5安裝在上段圓柱體上端的螺紋孔內(nèi)，使基體302和基體試塊303相對固定，對下段圓柱體和基體302的下端面進(jìn)行磨床打磨，去除表面雜質(zhì)；

步驟4、通過激光熔覆及堆焊法在下段圓柱體和基體302的下端面熔覆金屬覆層301，熔覆結(jié)束后，下段圓柱體和基體302通過金屬覆層301固定在一起；

步驟5、卸下調(diào)平螺栓5，安裝定位桿，將定位桿2的下端與基體試塊303的上段圓柱體上端螺紋連接，將金屬覆層301加工成與基體試塊303同心的圓柱形，并保證金屬覆層301外圓位于基體302的下端面邊緣內(nèi)側(cè)，本實施例中，金屬覆層301的直徑為24mm；

步驟6、調(diào)節(jié)卡盤支撐座4的四個卡爪401的位置，將金屬覆層301放入四個卡爪401圍成的卡盤空腔，卡爪401上表面與基體302的下端面貼合；

步驟7、在定位桿2上方安裝壓盤1，將壓盤1與萬能試驗機(jī)相連；

步驟8、啟動萬能試驗機(jī)對壓盤1施加壓力進(jìn)行推離實驗，通過萬能試驗機(jī)傳感器得到應(yīng)力-應(yīng)變曲線，記錄金屬覆層301脫離基體302時的壓力，采用δ＝f/a，測得試樣3的金屬覆層界面結(jié)合強(qiáng)度；其中，δ為金屬覆層界面結(jié)合強(qiáng)度，f為所金屬覆層301脫離基體302時壓力的大小，a為金屬覆層301的上端與基體302的下端面的接觸面積；

步驟9、按照步驟1至8的方式，再重復(fù)測量多個試樣3，對所有試樣3的金屬覆層界面結(jié)合強(qiáng)度測量結(jié)果取平均值。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。