脆性涂层界面结合性能的两种弯曲方法研究

• 作 者: 卢哲猛
• 机 构: 中国科学院力学研究所
• 出 处: 中国科学院力学研究所
• 发表日期: 2008年期
• 关键词: 脆性涂层 NiCrBSi涂层 界面结合性能 界面抗拉强度 侧面弯曲方法 有限元方法

涂层/基体界面结合性能是涂层材料的重要力学性能指标，对于强结合涂层用现有的方法难以清晰反映界面结合性能和物理本质。例如，广泛应用的胶粘拉伸法采用拉伸断裂强度作为表征参量，只适合弱结合界面；划痕法采用临界载荷值来衡量结合性能，对强结合的厚涂层界面性能表征也无能为力。因此，需要从实验方法、实测参量、表征指标等角度对强结合涂层界面结合性能表征进行探索研究。　　
本文以镍基合金表面等离子喷涂NiCrBSi涂层为研究实例，通过后处理工艺得到具有两种界面抗拉强度的研究样本，即“弱”界面和“强”界面；以现有的带有声发射仪、CCD的涂层材料实验机为基础，通过相应的模具设计实现了两种弯曲加载方法即类悬臂梁弯曲法和侧面弯曲法；对“弱”界面和“强”界面进行了对比研究；进行有限元数值计算，分析了两种弯曲方法的界面应力状态及各种实验参量的影响。　　
实验和理论的综合分析表明，类悬臂梁法可以实现以界面拉伸为主的弱结合界面破坏。在侧面弯曲方法中，可以有效区分主要在剪应力作用下界面的强弱表现。对于弱结合涂层，可以实现界面稳定可控分离。对于强结合界面，可以诱导涂层多重开裂。从相关参数的理论分析结果和实验结果之间的吻合程度看，可以通过有关可控实验参量的组合控制来进一步研究强结合涂层。　　
本文对脆性涂层界面性能表征方法进行了一些探索，为认识涂层界面结合性能的实质、提炼合理表征参量、发展强结合涂层界面结合性能测试新方法提供了一定的理论和实验基础。