陶瓷厚涂层的弹性模量与强度试验方法

陶瓷厚涂层的弹性模量与强度试验方法

国家标准 GB/T39686一2020 陶瓷厚涂层的弹性模量与强度试验方法 Testmethodfordeterminingelasticmoduusandstrengthofthick ceramiccoatings 2020-12-14发布 2021-07-01实施 国家市场监督管理总局 发布 国家标涯花管理委员会国家标准
GB/39686一2020 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草 本标准由建筑材料联合会提出 本标准由全国工业陶瓷标准化技术委员会(SAC/Tc194)归口 本标准起草单位:建材检验认证集团股份有限公司、深圳市八六三新材料技术有限责任公司、 佛山市质量计量监督检测中心,郑州德众刚玉材料有限公司、上海浦公检测技术股份有限公司、科 学院上海硅酸盐研究所、广州今泰科技股份有限公司、北京天山新材料技术有限公司、山东工业陶瓷研 究设计院有限公司 本标准主要起草人:包亦望、万德田、田远、陈寿、王鑫、刘树、吕宏伟、密宇晓、曾毅、苏东艺、陈亚菊、 刘小根、马德隆、邱岩、王艳萍、潘瑞娜、孙与康、陈常祝
GB/T39686一2020 陶瓷厚涂层的弹性模量与强度试验方法 范围 本标准规定了常温下通过三点弯曲法测试陶瓷厚涂层(>304m)弹性模量和强度的试验方法的术 语和定义、原理、仪器设备样品,试验.计算以及试验报告 本标准适用于金属或者陶瓷基体上的陶瓷厚涂层弹性模量和强度的测定,其他硬脆厚涂层(弹性模 量大于60GPa)可以参照使用 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的 凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件 凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GB/T16491电子式万能试验机 GB/T21389游标、带表和数显卡尺 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件 3.1 涂层断裂强度fraeturestrengthofcoating 含有单面涂层的梁样品在弯曲载荷作用下涂层在破坏时所受的平均拉伸应力 3.2 模量比modulusratio 涂层弹性模量与基体弹性模量的比值 3.3 厚度比thicknessratio 涂层厚度与基体厚度的比值 3.4 挠度比deleetonratio 在给定载荷与跨距的三点弯曲试验中,同一样品制备涂层前后的挠度比值 原理 利用三点弯曲试验方法分别测得在相同条件下同一样品制备涂层前(基体样品)和制备涂层后(复 合体样品)的挠度,两个挠度的比值反映了样品弹性模量的差别 涂层弹性模量可通过挠度比值和样品 尺寸计算得出 在获得涂层弹性模量之后,对含涂层样品加载直至徐层断裂,获得其临界载简,通过涂 层断裂时的临界载荷和样品尺寸计算得到涂层断裂强度
GB/T39686一2020 5 仪器设备 5.1试验机 试验机应符合GB/T1649的规定,载荷测量精度为1%或更高,自动记录载荷与位移或测试时间 的关系曲线 5.2量具 测量样品尺寸用的游标卡尺应符合GB/T21389的规定,分辨率为0.02mm或更高 涂层厚度要 用放大倍数为200倍或更高的光学显微镜来测量 样品挠度测量装置的分辨率为0.001mm或更高 样品 o 6.1样品尺寸 三种不同涂层结构可用于涂层性能测试,含涂层样品的矩形截面分别是: 单面涂层,涂层只在样品下表面,见图la); a 双面涂层,涂层在样品的上表面和下表面,见图1b) b 四面涂层,涂层在梁样品的四个侧面,见图le) c 样品的长度、宽度和厚度分别为36mm、4mm和2mm,或具有同样尺寸比例的样品 涂层与基体 的厚度比h/H应大于1/100 涂层厚度h应大于301 um 单面涂层 双面涂层 四面涂层 a b 说明 -涂层; 基体; -涂层厚度; H 基体厚度 图1不同涂层横截面结构示意图(单面、双面、四面 6.2样品制备 样品可以从以下两种途径获得: 原始状态为含有涂层样品,直接测试给定载荷下的挠度,然后研磨掉涂层并抛光,剩余部分作 a 为基体样品进行相同条件下的挠度测试; 原始状态为无涂层样品,直接测试给定载荷下的挠度,然后在该样品上镀涂层,再测试含涂层 b 样品的挠度 如果得到的涂层在不同表面的最厚处和最薄处的差别大于5%,则应重新制备样品
GB/39686一2020 6.3样品存放 样品要轻拿轻放.以免损伤样品 存放样品时应相互隔离,避免彼此碰撞 6.4样品数量 样品不少于6个 试验 7.1尺寸测量 采用游标卡尺测量样品中间和两端的长度、宽度和厚度,求得各自的平均值 至少选取三点测量涂层的厚度,偏差应小于0.5m 注对于无涂层样品,直接测量获得基体厚度 对于含涂层样品,通过光学显微镜获得涂层厚度后,用复合体厚度 减去涂层厚度获得基体厚度 7.2弯曲挠度和基体弹性模量的测试 7.2.1弯曲挠度测试 采用位移控制方式,加载速率为0.2mm/min 含涂层和无涂层的样品弯曲挠度可用三点弯曲方法获取,下跨距为样品长度的5/6 对于含涂层 的样品,将涂层面置于弯曲受拉面 将加载压头放置在两个支撑辗中间,确保加载压头和样品均匀接 触 将挠度测量装置放在样品涂层面,获得挠度值,如图2所示 说明 -样品; 变形测量装置， -施加的载荷 图2三点弯曲试验挠度测量示意图
GB/T39686一2020 7.2.2基体弹性模量测试 采用三点弯曲法测试基体材料的弹性模量,加载速率0.2mm/min,按公式(1)计算 P E- 4OO×B f 式中 弹性模量,单位为吉帕(GPa); 样品下跨距,单位为毫米(mm); 样品厚度,单位为毫米(mm):; B 样品宽度,单位为毫米(mm) P 在弹性变形范围内载荷增量,单位为牛顿(N); 挠度增量,单位为毫米(mm). 7.3涂层弹性模量测试 以0.2mm/min的加载速率施加载荷,载荷从0.1P到0.5P.(P 为涂层断裂时的临界载荷. 记录载荷线性区的载荷增量P和对应的挠度增量A/ 测量基体样品挠度的增量和弹性模 量E1 用相同载荷测量复合体样品挠度的增量a 涂层弹性模量可通过样品尺寸,厚度比和挠度比求得,见公式(2)和表1 涂层弹性模量应在强度计算前确定 7.4涂层断裂强度测试 涂层弹性模量测定之后,采用图2所示方式放置样品,确保压头和样品均匀接触 以0.2mm/minm 的加载速率施加载荷并记录涂层断裂时的临界载荷Pe 涂层断裂强度可由临界载荷和样品尺寸求得 见公式(3). 注对于金属基体推荐用声发射装置来确定样品的临界载荷 对于大多数脆性基体来说临界载荷就是峰值载荷 计算 8 8.1涂层弹性模量的计算 涂层弹性模量E 按公式(2)计算 E =a×E 式中 涂层和基体弹性模量的比值 E 基体的弹性模量,单位为吉帕(GPa) 三种涂层结构的模量比a如表1所示 根据获得的样品尺寸、厚度比和挠度比,依据表1中的计算 公式得到模量比a,根据公式(2)计算涂层弹性模量 注如果基体的弹性模量和尺寸已知,三点弯曲试验的挠度无需测量,可以用公式(1)反推求得
GB/T39686一2020 表1三种涂层结构样品的弹性模量和挠度的比值 编号 不同涂层结构 a值 A十、A千C Q1 单面涂层[图la)] 2R 其中R=h/H，F=:/f=,A=4R=十6R十4一F,c=4R'(F-1 BH "-1(-)/[巴-丛“,山 双面涂层[图1b)] ,其中I 12 BH 十丛-丛M土 四面涂层[图le力 -(-)/[ 其中I 2 式中: F 基体样品与镀涂层复合体样品的挠度增量比 基体样品的惯性矩,单位为四次方毫米(nmm') 基体样品的挠度增量,单位为毫米(Gn mm) 镀涂层复合体样品的挠度增量,单位为毫米(mm); 涂层的厚度,单位为毫米Gn (mm); 基体样品的厚度,单位为毫米(mm) H 基体样品的宽度,单位为毫米mm) 8.2涂层断裂强度的计算 涂层断裂强度o 按公式(3)计算 alP 3 ×y 4！ 式中: -涂层和基体弹性模的比值,根据表1公式计算; 涂层断裂的临界载荷,单位为牛顿(N); 三点弯曲的跨距,单位为毫米(G mm 拉伸表面到中性轴的距离,单位为毫米(mm),见表2; y 复合样品的惯性矩,单位为四次方毫米(mm'),见表2 表2三种不同涂层结构的样品拉伸表面到中性轴的距离及惯性矩计算公式 编号 不同涂层结构 H(H2h)十ah BHaB 「ahH十h)73 H'Hh 单面涂层[图la] 十BH 十aBh 2H十ah 12 12 2a十H 2a/十H aB，aBh BH 双面涂层[图1b 0,5H十 (h十H'-" I 12 BH！ 2土DaBMaBn -(h十H-" 四面涂层[图lc] 0.5H十 12 注;涂层的残余应力所造成的影响不在这里考虑
GB/T39686一2020 8.3平均值和标准偏差 平均值乙和标准偏差、分别按公式(4)和公式(5)计算 式中 第1个样品的数值 o -样品的数量 g 试验报告 试验报告应包含以下各项全部或部分信息 试验机构的名称和地址; a b 试验日期、每页都需标注的报告编号; 本试验所依据的标准; d 样品的尺寸和厚度比; 样品说明(基体和涂层的材质,规格型号,样品批号) f 试验次数和有效结果数量; 弹性模量和强度的有效结果、平均值、标准差; 8 h试验人员和其他

陶瓷厚涂层的弹性模量与强度试验方法GB/T39686-2020

陶瓷厚涂层广泛应用于高端机械设备、航空航天器件等领域。为了保证其质量和可靠性，需要进行一系列的力学性能测试。其中重要的参数之一就是弹性模量和强度。而GB/T39686-2020《陶瓷厚涂层的弹性模量与强度试验方法》提供了相应的标准。 该标准主要包括以下两个试验方法： 一、弹性模量试验方法 弹性模量是指材料在受力状态下发生形变时，应力与应变之比。该标准中，采用了悬臂梁法进行弹性模量测试。具体步骤如下： 1. 制备样品：选择合适大小的陶瓷厚涂层样品，并在其两端切割V形槽，以便固定测试装置。 2. 测试装置：选用合适的试验机或万能材料试验机，并安装悬臂梁支架和压力传感器。 3. 试验操作：将样品固定在悬臂梁上，进行弯曲试验。根据实验数据计算得到弹性模量。 二、强度试验方法 强度是指材料在受力状态下抵御破坏的能力。该标准中，采用了微压痕法进行强度测试。具体步骤如下： 1. 制备样品：选择合适大小的陶瓷厚涂层样品，并在其平面表面上制作足够深的压痕。 2. 测试装置：选用合适的压痕仪或纳米压痕仪，并安装相应的探针和显微镜。 3. 试验操作：在样品表面施加一定载荷的压力，观察压痕的形变并记录相关数据。根据实验数据计算得到强度。 以上两种方法均具有简单易行、高精度等特点，可以较为准确地评估陶瓷厚涂层的弹性模量和强度。 总之，GB/T39686-2020标准为陶瓷厚涂层的力学性能测试提供了详细的试验方法和步骤，对保障产品质量具有重要意义。希望本文能够对相关专业人士有所帮助。

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