一種測試涂層熱膨脹系數的方法
【專利摘要】本發明提供一種測試涂層的熱膨脹系數的方法，針對由基體層和涂層組成的復合體試件，分別測量該基體層的橫截面積Ss和涂層的橫截面積Sc，在獲得基體層的彈性模量Es和涂層的彈性模量Ec后，采用普通熱膨脹系數試驗儀分別測試所述基體層的熱膨脹系數αs和所述復合體試件的熱膨脹系數并利用計算式計算所述涂層的熱膨脹系數αc。本發明適用于兩面涂層或周邊涂層的測試。該發明解決了涂層特別是陶瓷涂層熱膨脹系數測試的難題，具有較強的實用價值。
【專利說明】一種測試涂層熱膨脹系數的方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于涂層及復合材料熱學性能評價【技術領域】，涉及一種測試涂層熱膨脹系 數的方法，尤其涉及采用相對法測試陶瓷涂層材料，如陶瓷熱障涂層、耐磨涂層、防腐涂層 等的熱膨脹系數的方法。
【背景技術】
[0002] 陶瓷涂層廣泛應用于航空、航天、軍工、汽車、石油化工以及各種高溫耐磨部件。如 發動機和軸承等耐磨耐高溫部件，大都表面采用陶瓷涂層為防護層。在化工領域，很多腐 蝕液體通過的管道內壁鍍上陶瓷涂層，壽命和耐久性可以提高數倍。在國防工業和冶金工 業領域，很多耐高溫構件的表面需要鍍上熱障涂層，以實現承受高溫或超高溫和氧化腐蝕 的效果。由于涂層與基體層材料的膨脹系數之間的差異，往往導致涂層和界面產生殘余應 力，在材料設計和結構設計以及熱應力和熱變形的有限元計算分析都必須首先知道涂層和 基體層的彈性模量和膨脹系數等材料基本參數。但是，涂層的熱膨脹系數測試一直是個難 題，這影響了涂層材料的應用選材和構件設計。其原因是由于涂層無法單獨從基體層上取 下并做成熱膨脹系數測試所要求的試件，技術人員一直還沒有找到一種合適的涂層熱膨脹 系數的測試方法。過去大多數情況是用相同名稱均質塊體材料的熱膨脹系數來代表這種涂 層材料的熱膨脹系數，這樣往往會導致很大的誤差。
【發明內容】
[0003] 為了解決涂層熱膨脹系數無法直接測定的技術難題，本發明提供了一種非常方便 的測試材料涂層熱膨脹系數的新技術和思路，尤其提供了一種采用相對法測試涂層熱膨脹 系數的方法。采用本發明的相對法測試技術，只要有測試普通塊體材料熱膨脹系數的設備， 就可以評價涂層的熱膨脹系數，對于陶瓷涂層領域的發展和應用是一個巨大的推動。
[0004] 本發明第一方面的目的在于提供一種測試涂層熱膨脹系數的方法，包括以下步 驟：
[0005] (1)針對由基體層和涂層組成的復合體試件，分別測量所述基體層的橫截面積Ss和涂層的橫截面積S。；
[0006] (2)獲得所述基體層的彈性模量Es和所述涂層的彈性模量E。；
[0007] (3)采用熱膨脹系數試驗儀分別測試所述基體層的熱膨脹系數a s和所述復合體 試件的熱膨脹系數
[0008] (4)利用下列算式計算所述涂層的熱膨脹系數a。：
【權利要求】
1. 一種測試涂層熱膨脹系數的方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 針對由基體層和涂層組成的復合體試件，分別測量所述基體層的橫截面積Ss和涂 層的橫截面積S。； (2) 獲得所述基體層的彈性模量Es和所述涂層的彈性模量E。； (3) 采用熱膨脹系數試驗儀分別測試所述基體層的熱膨脹系數Cis和所述復合體試件 的熱膨脹系數泛； (4) 利用下列算式計算所述涂層的熱膨脹系數a。：
2. 根據權利要求1所述的測試涂層熱膨脹系數的方法，其特征在于： 所述基體層的彈性模量Es和所述涂層的彈性模量E。從材料手冊中獲得。
3. 根據權利要求1所述的測試涂層熱膨脹系數的方法，其特征在于： 所述基體層的彈性模量Es通過對另外準備的相同基體層用脈沖激勵器測量獲得。
4. 根據權利要求1所述的測試涂層熱膨脹系數的方法，其特征在于： 所述基體層的彈性模量Es通過對研磨去掉所述涂層后的基體層用脈沖激勵器測量獲 得。
5. 根據權利要求1所述的測試涂層熱膨脹系數的方法，其特征在于： 所述涂層的彈性模量E。采用脈沖激勵相對法計算獲得。
6. 根據權利要求1所述的測試涂層熱膨脹系數的方法，其特征在于： 所述基體層的橫截面積Ss和所述涂層的橫截面積S。用光學顯微鏡或千分尺測量獲得。
7. 根據權利要求1至6中任一項所述的測試涂層熱膨脹系數的方法，其特征在于： 所述步驟（3)中基體層的熱膨脹系數Cis通過取另外一個完全相同的復合體試件，去 除該復合體試件的涂層，之后，采用熱膨脹系數試驗儀測試獲得。
8. 根據權利要求7所述的測試涂層熱膨脹系數的方法，其特征在于： 所述涂層的厚度大于20微米。
9. 根據權利要求8所述的測試涂層熱膨脹系數的方法，其特征在于： 所述復合體試件包括圓柱體表面或長方體表面均勻涂敷有涂層的試件、長方體的對稱 兩面涂敷有涂層的試件。
10. 根據權利要求9所述的測試涂層熱膨脹系數的方法，其特征在于： 所述涂層包括鍍覆在金屬或陶瓷基體層表面的陶瓷涂層、金屬涂層或玻璃涂層；所述 陶瓷涂層為陶瓷熱障涂層或陶瓷耐磨涂層的高模量涂層材料。
【文檔編號】G01N25/16GK104359938SQ201410688181
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月25日 優先權日:2014年11月25日
【發明者】包亦望, 萬德田, 魏晨光, 邱巖, 劉小根, 田遠, 陳璐, 張偉 申請人:中國建筑材料科學研究總院, 中國建材檢驗認證集團股份有限公司