金屬?gòu)?fù)合材料結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)量方法、試樣及試樣制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明主要涉及金屬?gòu)?fù)合材料界面結(jié)合強(qiáng)度的檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及鋁鋼復(fù)合材料界面結(jié)合強(qiáng)度的檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]薄鋁層鋁鋼復(fù)合帶材兼具鋁合金優(yōu)良的耐腐蝕性能及導(dǎo)熱性能和鋼良好的力學(xué)性能等諸多優(yōu)點(diǎn)，是電站空冷系統(tǒng)核心部件中冷卻管束基管的主要原材料。采用鋁鋼復(fù)合帶材制造的電站空冷系統(tǒng)取代水冷系統(tǒng)，可節(jié)約用水75%以上。基于鋁鋼復(fù)合帶材表面質(zhì)量、尺寸精度、性能的穩(wěn)定性及生產(chǎn)效率等方面的綜合考慮，目前工業(yè)上大多采用冷乳復(fù)合法來生產(chǎn)鋁鋼復(fù)合材料，其成品厚度在I.4?I.6mm之間，包覆層鋁層厚度在0.05?0.09mm之間。鋁鋼界面結(jié)合質(zhì)量決定了基管的成形性能及電站空冷系統(tǒng)的使用壽命，因此有效、定量、準(zhǔn)確評(píng)價(jià)界面結(jié)合強(qiáng)度對(duì)于該種材料的冷乳復(fù)合控制及實(shí)際應(yīng)用都非常重要。
[0003]由于電站空冷用鋁鋼層復(fù)合材料的鋁層很薄，厚度為0.05?0.09mm，無法通過常規(guī)的剪切、撕離等力學(xué)手段對(duì)界面結(jié)合強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)價(jià)，由于無法制作出引頭部分，也無法通過拉伸剝離試驗(yàn)定量測(cè)量鋁鋼復(fù)合材料的界面結(jié)合強(qiáng)度。目前對(duì)薄復(fù)層復(fù)合材料結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)量，美國(guó)、日本和我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)均采用膠粘拉伸的方法，它具有操作簡(jiǎn)單靈活的特點(diǎn)，而且不需要復(fù)雜的理論計(jì)算。但由于目前強(qiáng)度最高的環(huán)氧樹脂粘接劑與粘接引頭的結(jié)合強(qiáng)度很難超過40MPa，而冷乳鋁鋼復(fù)合材料單道次的壓下量超過50 %，界面結(jié)合的強(qiáng)度大于50MPa，退火后的結(jié)合強(qiáng)度超過60MPa，由于這種方法的應(yīng)用范圍受到所用粘接劑(膠)的抗拉強(qiáng)度的限制，因此通過常規(guī)的粘接拉伸無法評(píng)價(jià)鋁鋼復(fù)合材料的界面結(jié)合強(qiáng)度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)以上出現(xiàn)的問題，本發(fā)明提供了一種金屬?gòu)?fù)合材料結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)量方法及測(cè)量試樣，能夠有效的測(cè)量金屬?gòu)?fù)合材料的結(jié)合強(qiáng)度。
[0005]本發(fā)明提出了一種金屬?gòu)?fù)合材料結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)量方法，包括以下步驟:
[0006]S1:制備測(cè)量用試樣:
[0007]A、在含有基層和包覆層的復(fù)合材料上切割出一定形狀的待加工試樣，制作與待加工試樣形狀相同和/或不同的包覆層合金材料；
[0008]C、將待加工試樣的包覆層側(cè)與包覆層合金待粘貼表面相粘貼；
[0009]D、在待加工試樣的基層側(cè)加工一定形狀的孔直到基層與包覆層的結(jié)合面，并在包覆層合金側(cè)加工出一定形狀的臺(tái)階，其深度超過基層與包覆層結(jié)合面；
[0010]S2:進(jìn)行靜壓力試驗(yàn):
[0011]E、將試樣放至試驗(yàn)裝置中進(jìn)行靜壓力試驗(yàn)；
[0012]S3:計(jì)算結(jié)合強(qiáng)度:
[0013]F、獲取試樣界面斷裂時(shí)的最大拉應(yīng)力F，根據(jù)強(qiáng)度計(jì)算公式o(b)=F/S，得到試樣的結(jié)合強(qiáng)度，[OOM]其中，F(xiàn)代表最大拉應(yīng)力，S表不承受拉應(yīng)力的結(jié)合面面積，o(b)表不金屬?gòu)?fù)合材料的結(jié)合強(qiáng)度。
[0015]如上所述的金屬?gòu)?fù)合材料結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)量方法，其中，所述金屬?gòu)?fù)合材料為鋁鋼復(fù)合材料，其中鋼為基層，鋁為包覆層。
[0016]如上所述的金屬?gòu)?fù)合材料結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)量方法，其中，在所述步驟C之前，還包括步驟:
[0017]B、對(duì)待加工試樣的包覆層側(cè)及包覆層合金的待粘貼表面進(jìn)行打磨處理。
[0018]如上所述的金屬?gòu)?fù)合材料結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)量方法，其中，所述一定形狀的孔和/或臺(tái)階包括圓形、方形或其他形狀的孔和/或臺(tái)階。
[0019]本發(fā)明還提出了一種用于測(cè)量金屬?gòu)?fù)合材料結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)量試樣，包括含有基層和包覆層的待加工試樣和包覆層合金材料，其中，所述待加工試樣的包覆層側(cè)與包覆層合金待粘貼表面相粘貼，在待加工試樣的基層側(cè)加工一定形狀的孔直到基層與包覆層的結(jié)合面，并在包覆層合金側(cè)加工出一定形狀的臺(tái)階，其深度超過基層與包覆層結(jié)合面。
[0020]如上所述的用于測(cè)量金屬?gòu)?fù)合材料結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)量試樣，其中，所述復(fù)合材料為鋁鋼復(fù)合材料，其中鋼為基層，鋁為包覆層。
[0021]如上所述的金屬?gòu)?fù)合材料結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)量方法，其中，所述一定形狀的孔和/或臺(tái)階包括圓形、方形或其他形狀的孔和/或臺(tái)階。
[0022]本發(fā)明還提出了一種用于測(cè)量金屬?gòu)?fù)合材料結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)量試樣的制作方法，包括以下步驟:
[0023]A、在含有基層和包覆層的復(fù)合材料上切割出一定形狀的待加工試樣，制作與待加工試樣形狀相同和/或不同的包覆層合金材料；
[0024]C、將待加工試樣的包覆層側(cè)與包覆層合金待粘貼表面相粘貼；
[0025]D、在待加工試樣的基層側(cè)加工一定形狀的孔直到基層與包覆層的結(jié)合面，并在包覆層合金側(cè)加工出一定形狀的臺(tái)階，其深度超過基層與包覆層結(jié)合面。
[0026]如上所述的用于測(cè)量金屬?gòu)?fù)合材料結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)量試樣的制作方法，其中，在所述步驟C之前，還包括步驟:
[0027]B、對(duì)待加工試樣的包覆層側(cè)及包覆層合金的待粘貼表面進(jìn)行打磨處理。
[0028]如上所述的用于測(cè)量金屬?gòu)?fù)合材料結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)量試樣的制作方法，其中，所述金屬?gòu)?fù)合材料為鋁鋼復(fù)合材料，其中鋼為基層，鋁為包覆層。
[0029]如上所述的金屬?gòu)?fù)合材料結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)量方法，其中，所述一定形狀的孔和/或臺(tái)階包括圓形、方形或其他形狀的孔和/或臺(tái)階。
[0030]通過使用本發(fā)明中的測(cè)量試樣和測(cè)量方法，可以擺脫常規(guī)測(cè)量方法中受粘結(jié)劑強(qiáng)度限制的問題，能夠有效的測(cè)量金屬?gòu)?fù)合材料的結(jié)合強(qiáng)度。
【附圖說明】
[0031]通過結(jié)合以下附圖所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述或其他方面的優(yōu)點(diǎn)將變得更清楚和更容易理解，這些附圖只是示意性的，并不構(gòu)成本發(fā)明的限制，其中:
[0032]圖1是本發(fā)明實(shí)施例中測(cè)量試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)的示意圖。
[0033]圖中各標(biāo)號(hào)表示如下:
[0034]1:鋼層；
[0035]2:招層；
[0036]3:粘結(jié)劑；
[0037]4:鋁合金板；
[0038]5:壓頭；
[0039]6:試驗(yàn)裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0040]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0041]在此記載的實(shí)施例為本發(fā)明的特定的【具體實(shí)施方式】，用于說明本發(fā)明的構(gòu)思，均是解釋性和示例性的，不應(yīng)解釋為對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式及本發(fā)明范圍的限制。除在此記載的實(shí)施例外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還能夠基于本申請(qǐng)權(quán)利要求書和說明書所公開的內(nèi)容采用顯而易見的其它技術(shù)方案，這些技術(shù)方案包括采用對(duì)在此記載的實(shí)施例的做出任何顯而易見的替換和修改的技術(shù)方案，都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0042]本說明書的附圖為示意圖，輔助說明本發(fā)明的構(gòu)思、各部分的形狀及其相互關(guān)系。請(qǐng)注意，為了便于清楚地表現(xiàn)出本發(fā)明實(shí)施例的各部件的結(jié)構(gòu)，各附圖之間并未按照相同的比例繪制，相同的參考標(biāo)記用于表示相同的部分。
[0043]本發(fā)明提出了一種金屬?gòu)?fù)合材料結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)量方法，包括以下步驟:
[0044]A、在含有基層和包覆層的復(fù)合材料上切割出一定形狀的待加工試樣，制作與待加工試樣形狀相同和/或不同的包覆層合金材料。
[0045]具體的，可采用線切割方式從金屬?gòu)?fù)合材料層上切割出直徑為D的圓片樣品，也可以采用其他方式進(jìn)行切割，制作與上述直徑為D的圓片樣品同等直徑的包覆層合金材料備用。
[0046]進(jìn)一步的，所述金屬?gòu)?fù)合材料為鋁鋼復(fù)合材料，其中鋼為基層，鋁為包覆層。所述所述包覆層合金材料為鋁合金板。
[0047]B、對(duì)待加工試樣的包覆層側(cè)及包覆層合金的待粘貼表面進(jìn)行打磨處理。
[0048]打磨前，可以事先清洗圓片樣品及鋁合金板的待粘貼表面。目的在于清除待粘貼表面油污和氧化層，圓片樣品的包覆層側(cè)，即鋁層側(cè)與鋁合金板的任一一個(gè)側(cè)面均為待粘貼表面。
[0049]進(jìn)一步的，為了獲得更好的表面質(zhì)量，可以通過以下手段清洗圓片樣品及鋁合金板的待粘貼表面:利用鹽酸清洗圓片樣品及鋁合金板上的各待粘貼表面，然后用脫脂劑依次擦拭圓片樣品及鋁合金板的各待粘貼表面。
[0050]其中，脫脂劑一般為丙酮和酒精，由于清洗過的待粘貼表面會(huì)含有殘留物，因此須對(duì)待粘貼表面進(jìn)行打磨。通常是在各待粘貼表面風(fēng)干后，采用500#砂紙對(duì)圓片樣品及鋁合金板的待粘貼表面進(jìn)行砂紙打磨處理。
[0051 ] C、將待加工試樣的包覆層側(cè)與包覆層合金待粘貼表面相粘貼。
[0052]具體的，選取的鋁合金板的直徑與圓片樣品的的直徑相等，粘貼時(shí)，應(yīng)使鋁合金板與圓片樣品的待粘貼面完全重合。
[0053]進(jìn)一步的，所述粘結(jié)劑可選取環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑。環(huán)氧樹脂適用于金屬與金屬之間的復(fù)合，如鐵皮、鍍鋅板、鋁箔、銅箔、鋁板、冷板以及其他金屬卷材。且經(jīng)環(huán)氧樹脂粘合的制品間的剝離強(qiáng)度可以達(dá)到40Mpa，經(jīng)環(huán)氧樹脂粘合的制品間的剝離強(qiáng)度比鋁鋼復(fù)合材料的界面結(jié)合強(qiáng)度大。圓片樣品與鋁合金板粘結(jié)后，放置在常溫25°C狀態(tài)下24小時(shí)以上，以使粘接劑完全固化;并設(shè)定粘接劑與鋁合金板的粘接強(qiáng)度為o(a)。
[0054]D、在待加工試樣的基層側(cè)加工一定形狀的孔直到基層與包覆層的結(jié)合面。并在包覆層合金側(cè)加工出一定形狀的臺(tái)階，其深度超過基層與包覆層結(jié)合面。
[0055]進(jìn)一步的，所述一定形狀的孔和/或臺(tái)階為圓形孔和圓形臺(tái)階。
[0056]具體的，采用鉆孔方式在鋼層側(cè)加工出一半徑為r的圓孔。根據(jù)事先測(cè)量的鋁鋼層結(jié)合面的厚度定位圓孔深度。使圓孔深度能夠準(zhǔn)確的達(dá)到鋁鋼結(jié)合面的位置，或率大于結(jié)合面深度。
[0057]在鋁合金板的一側(cè)加工出一半徑為R的圓形臺(tái)階，其臺(tái)階深度超過鋁鋼結(jié)合面的位置，且R值大于r值。
[0058]E、將試樣放至試驗(yàn)裝置中進(jìn)行靜壓力試驗(yàn)。
[0059]將制作好的試樣放置固定在試驗(yàn)裝置上。所述試驗(yàn)裝置為一方形平臺(tái)，平臺(tái)中心加具有一圓形通孔。所述通孔半徑等于圓形臺(tái)階的半徑R，或率大于R，便于試樣進(jìn)行安裝固定。
[0060]利用壓頭向半徑為r的圓孔內(nèi)的鋁鋼結(jié)合面施加壓力。壓力中心應(yīng)保證作用在環(huán)形結(jié)合面的中心上，使其受力均勻。所述環(huán)形結(jié)合面為具有圓形孔和圓形臺(tái)階的鋁鋼層結(jié)合面。
[0061]F、獲取試樣界面斷裂時(shí)的最大拉應(yīng)力F，根據(jù)強(qiáng)度計(jì)算公式o(b)=F/S，得到試樣的結(jié)合強(qiáng)度，
[0062]其中，F(xiàn)代表最大拉應(yīng)力，S表不承受拉應(yīng)力的結(jié)合面面積，0(b)表不金屬?gòu)?fù)合材料的結(jié)合強(qiáng)度。
[0063]