表面涂層材料的殘余應力測量技術

南京聚航科技采用電測盲孔法測量表面涂層材料的殘余應力，在試件和表面涂層結構上進行測試，大量客戶案例證明，此方法可*、有效，可在實際工程中使用，為解決表面涂層“爆裂”等問題，提供了有效的測定殘余應力手段。

在實際工程中，廣泛采用表面涂層技術，由于涂層材料與基體材料的熱膨脹系數(shù)等特性不同，在進行各種加工處理，特別是熱處理后，表面涂層會產(chǎn)生殘余應力而使涂層爆裂甚至剝落。這些問題的出現(xiàn)，使化工廠的化工容器報廢，造成的直接經(jīng)濟損失，每年可達百萬元。根據(jù)現(xiàn)有的各種殘余應力測量方法的比較，選擇使用JH系列盲孔法殘余應力測量儀配合JHZK殘余應力鉆孔裝置，此方法已經(jīng)廣泛應用于金屬材料的測量，經(jīng)過多次案例驗證，在各種涂層厚度、基體厚度的試件及內壁涂有涂層的容器進行測量，結果可*，有效。

1、表面涂層材料的殘余應力測量原理

測量表面涂層材料的殘余應力使用鉆孔法，鉆孔法是在具有殘余應力的的構件上鉆一小孔，使孔區(qū)域部分由于應力釋放而產(chǎn)生相應的位移和應變，測量這些位移或應變，經(jīng)換算可得到結構內的殘余應力。

2、表面涂層材料的殘余應力測量技術

2.1應變片的選擇和粘貼

涂層表面光滑且耐腐蝕，為使試件的應變能很好地傳遞給應變片，須選用合適的應變片及粘貼劑，應變片的基底要薄，不宜采用小柵長的應變片，盡可能增加粘貼面積，確定孔邊與絲柵端部有一定距離。可采用JH系列應變片粘結劑，在粘貼前用*號砂紙將貼片區(qū)表面打磨，清洗干燥后，即可粘貼，指壓時間需長一些，干燥后便可測試。

2.2釋放系數(shù)A、B值的標定

對于表面涂層殘余應力的測試，A、B系數(shù)值的大小還與涂層厚度、基體厚度等有關，一般情況下采取實驗標定的方法獲得。在實驗標定時，由于涂層材料易脆裂，可采用等強度懸臂梁而不用拉伸試件，并以砝碼加載的方式進行標定。

為進一步研究各種因素對A、B釋放系數(shù)的影響，可采用計算力學的有限元法計算出鉆孔力學模型的數(shù)值解，形成鉆孔法理論分析的依據(jù)，對提高測試精度、分析測試系統(tǒng)誤差都十分必要。

從有限元分析可知，為了準確地測量涂層殘余應力，要考慮各種因素對A、B釋放系數(shù)的影響，一般情況下，可忽略泊松比的變化，但要考慮材料彈性模量、涂層厚度的不同，其A、B系數(shù)是不同的。在某一涂層厚度、彈性模量下標定得到A、B值用于其他情況時，須根據(jù)有限元計算結果進行相應的修正，得到相應的A、B值，這樣也可減小試驗標定的工作量。

2.3打孔方法和附加應變

實驗采用金剛石細砂制成的特殊鉆頭。實驗表明，這種打孔鉆頭，不僅能在鋼材上打孔，且能在涂層上有效打孔。在打孔時需注入變壓器油，以減少磨損及摩擦發(fā)熱；采用這種打孔方法產(chǎn)生的附加應變很小，附加應變可忽略不計。

2.4打孔深度

與有限元計算一致，實驗表明，當孔深超過1.5倍孔徑時，試件表面上的應變計已感受不到內部釋放的應變，因此在測試時，控制孔深稍大于1.5倍孔徑即可。

2.5溫度效應

一般情況而言，涂層材料的導熱系數(shù)低，因此不宜在應變片上覆蓋保護層；為取得較好的溫度補償作用，采用逐點補償方法，另外，在打孔后因摩擦生熱而產(chǎn)生的應變讀數(shù)有變化，需等待幾分鐘，應變讀數(shù)穩(wěn)定后再進行測試。