【摘 要】
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涂层材料是材料科学与技术学科的一个崭新而活跃的研究领域,涂层材料由于其特殊的几何结构和物理化学特性,在工业中得到广泛的应用。因此,准确而可靠地对涂层材料进行性能评价是
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涂层材料是材料科学与技术学科的一个崭新而活跃的研究领域,涂层材料由于其特殊的几何结构和物理化学特性,在工业中得到广泛的应用。因此,准确而可靠地对涂层材料进行性能评价是涂层材料工程应用的质量保障。
通过观察涂层材料的失效模式,涂层材料的主要失效形式有:基体过度塑性变形、贯穿涂层断裂、基体断裂、界面剥离、涂层屈曲等。造成以上各类失效的失效机理主要有断裂、疲劳、磨损、冲击、残余应力和热应力、腐蚀等。研究表明,界面强度对以上失效行为起着决定作用,因此,界面强度是涂层材料的最重要的性能指标之一。
目前,测量涂层材料界面强度的试验方法主要有:拉开试验、剪切试验、胶带试验、划痕试验。但是,使用这些试验方法测量界面强度都不够准确和可靠,因此有必要开发一种新的标准试验来准确而有效地测量界面强度。
事实上,界面强度是基于不同模态比下的界面应力。因此,测量界面强度的主要困难在于寻求一种便于试验的试件形状和加载方式,使得界面上能够产生不同模态比的应力状态,即在不同的正应力(剥离应力或压应力)和剪应力比的状态下发生破坏。
本文采用有限元数值分析(ABAQUS),研究了几种具有简单几何形状的试件的界面应力,设计了以剪应力为破坏支配因素的试件形状和加载方式。并且通过大量的数值模拟,给出了便于应用的最大界面剪应力的经验计算公式,提出了纯剪型标准试验的适用范围。提出的界面剪切强度经验计算公式适用于各种材料组合和涂层的厚度。研究结果表明,通过对涂层材料试件的基体引入缺口以产生应力集中,进行普通的四点弯曲加载,可以进行以剪应力占支配地位的界面破坏试验。利用本文建议的标准试验方法和相应的最大界面剪应力经验公式,可以通过破坏试验简单地得到界面的剪切强度。
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