(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010187665.3
(22)申请日 2020.03.17
(71)申请人 广东省新材料研究所
地址 510000 广东省广州市天河区长兴路
363号
(72)发明人 李福海 陈兴驰 刘敏 林凯生
王岳亮 赵国瑞 董东东 马文有
张欣悦 邬挪亚
(74)专利代理机构 北京超凡宏宇专利代理事务
所(特殊普通合伙) 11463
代理人 黄燕
(51)Int.Cl.
G01N 19/04(2006.01)
G01N 3/08(2006.01)
G01N 3/02(2006.01)
(54)发明名称
量测试方法
(57)摘要
本发明公开了一种激光熔覆层的结合强度
测试方法和质量测试方法，涉及激光熔覆层质量
评价技术领域。该结合强度测试方法包括：在端
向表面涂覆熔覆层以连接第一试样和第二试样；
拉伸第一试样和第二试样至第一试样和第二试
样的对接面部位拉断熔覆层，以获得熔覆层的结
合强度；其中，熔覆层的结合强度为熔覆层断裂
时的断裂拉力除以熔覆层的截面积后获得的数
值。该方法简单易行，试样尺寸不受限制和可靠
程度高。此外，本申请提供的质量测试方法，其能
够对激光熔覆层的各项性能进行评价，尤其针对结合强度进行测试时，测试方法简单易行，试样
尺寸不受限制和可靠程度高。权利要求书2页 说明书7页 附图3页CN 111220541 A 2020.06.02
C N 111220541
A
1.一种激光熔覆层的结合强度测试方法，其特征在于，其包括：
在端面对接的第一试样和第二试样的对接部位的周向表面涂覆熔覆层以连接所述第一试样和所述第二试样；
拉伸所述第一试样和所述第二试样至所述第一试样和所述第二试样的对接面部位拉断所述熔覆层，以获得所述熔覆层的结合强度；
其中，所述熔覆层的结合强度为所述熔覆层断裂时的断裂拉力除以所述熔覆层的截面积后获得的数值。
2.根据权利要求1所述的激光熔覆层的结合强度测试方法，其特征在于，所述熔覆层相对于所述第一试样和所述第二试样的对接面对称设置。
3.根据权利要求1所述的激光熔覆层的结合强度测试方法，其特征在于，拉伸所述第一试样和所述第二试
样包括同时均匀地拉伸所述第一试样和所述第二试样；或者，固定所述第一试样或所述第二试样中的一者并拉伸另一者。
4.根据权利要求1所述的激光熔覆层的结合强度测试方法，其特征在于，所述熔覆层的长度为所述熔覆层的厚度的10倍以上。
5.根据权利要求1所述的激光熔覆层的结合强度测试方法，其特征在于，所述熔覆层为单层或多层；
优选地，所述熔覆层的单层厚度0.5-1.5mm。
6.根据权利要求1所述的激光熔覆层的结合强度测试方法，其特征在于，涂覆所述熔覆层的方法为：将待测粉末加入激光熔覆设备中，于所述第一试样和所述第二试样的外表面涂覆所述熔覆层；
优选地，所述激光熔覆设备的激光器功率为200-2000w；
优选地，所述激光熔覆设备的光斑为1-8mm；
优选地，所述激光熔覆设备的送粉量为20-100g/min；
优选地，所述激光熔覆设备的熔覆速度为100-1000mm/min；
优选地，在涂覆所述熔覆层时采用Ar气或N2作为保护气氛。
7.根据权利要求6所述的激光熔覆层的结合强度测试方法，其特征在于，所述待测粉末按质量百分数计包括金属粉末40-100％和陶瓷粉末0-60％；
优选地，所述金属粉末包括黑金属粉末和有金属粉末中的任一种或者多种的混合物；
优选地，所述黑金属粉末包括Fe基粉末、Ni基粉末和Co基粉末中的任一种或者多种的混合物；
优选地，所述有金属粉末包括Ti基粉末、Al基粉末、W基粉末和Ta基粉末中的任一种或者多种的混合物；
优选地，所述陶瓷粉末包括碳化物粉末、氮化物粉末和氧化物粉末中的一种或多种；
优选地，所述待测粉末的粒度分布为5-200μm。
8.根据权利要求1所述的激光熔覆层的结合强度测试方法，其特征在于，所述第一试样和所述第二试样用于涂覆所述熔覆层的部分被加工成相同的结构；
优选地，所述第一试样和所述第二试样被加工成直径相同的圆柱形；
优选地，所述第一试样和所述第二试样的直径大于等于23.4mm，长度大于等于25.4mm。
9.根据权利要求1所述的激光熔覆层的结合强度测试方法，其特征在于，在所述第一试样和所述第二试样的外表面涂覆所述熔覆层之前，先将所述第一试样和所述第二试样的外表面进行除油和粗化；
优选地，用丙酮擦拭所述第一试样和所述第二试样的外表面以进行除油；
优选地，用喷砂对所述第一试样和所述第二试样的外表面进行粗化。
10.一种激光熔覆层的质量测试方法，其特征在于，其包括如权利要求1-9任一项所述的激光熔覆层的结合强度测试方法。
一种激光熔覆层的结合强度测试方法和质量测试方法
技术领域
[0001]本发明涉及激光熔覆层质量评价技术领域，具体而言，涉及一种激光熔覆层的结合强度测试方法和质量测试方法。
背景技术
[0002]激光熔覆技术是指在基体表面上添加材料，在激光束辐照作用下使材料和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成与基体成冶金结合的表面涂层，从而显著改善基体表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电器特性等的工艺方法。
[0003]激光熔覆的显著特点是加热和冷却速度快、涂层稀释率低(一般小于5％)、与基体呈牢固的冶金结合或界面扩散结合、热输入和畸变小、熔覆层的厚度范围大、可进行选区熔敷材料消耗少、具有卓越的性能价格比、工艺过程易于实现自动化，因此在增材制造、近净形加工、再制造领域具有广泛的应用。
[0004]对激光熔覆层质量优劣的评价，包括宏观上考察熔覆道形状、表面不平度、裂纹、气孔及稀释率等，和微观上考察是否形成良好的组织，能否提供所要求的性能。此外，还应测定表面熔覆层化学元素的种类和分布，注意分析过渡层的情况是否为冶金结合，必要时要进行质量寿命检测。这些是激光熔覆工艺的重点研究内容，在研究过程中依据材料体系、激光种类和熔覆件结构等差异而具有明显的个性化特征。
[0005]在激光熔覆层的重点研究工作中，测试熔覆层与基体的结合力具有举足轻重的作用。由于激光熔覆层结合强度高，达到了冶金结合，对其测试方法必须采用采用截然不同不同的方法。
[0006]针对结合力低的涂层技术，如热喷涂的涂层，其结合强度测试方法为GB/T8642-2002，ASTMC633或者DINEN582标准规定的胶粘法，即采用环氧树脂胶，将端面带有涂层的试样与对偶试样
粘接起来，固化后通过拉伸试验机测试涂层的结合强度。该方法操作简便，对结合强度较低的涂层非常有效。但是该方法受胶的强度限制，常用的环氧树脂高强度胶E-7胶或者FM-1000胶的强度都低于80MPa，所以只能定量测试结合强度低于80MPa的涂层。而且测试过程中由于胶在加热固化时会浸入多孔的涂层内部，导致测试值偏差较大。
[0007]激光熔覆层是具有冶金结合层的典型代表，其结合强度达到材料强度的90％左右，热处理后甚至会超过材料本身的断裂强度，尤其针对高强和超高强金属材料，甚至能达到上千兆帕，因此采用胶粘剂对偶试样拉伸的方法由于没有合适的胶联剂而无能为力；虽然采用最朴素的方法-多层多道搭接熔覆和加工拉伸试样，在恰好断裂发生在结合面上时能获得其结合强度，但试验的工作量和偶然性非常大，尤其当熔覆层不能被制成多层多道搭接结构(比如高陶瓷颗粒相的金属基复合层)时，就无法得到熔覆层结合强度的实验值。[0008]也有人设想过直接施加力作用与激光熔覆层，期望将熔覆层剥离，通过剪切力与结合强度的转换和计算得到结合强度数值，但存在设计方法复杂、不能适用于脆性高、厚度较薄的熔覆层等问题。
[0009]以上的测试方法没有方便地全面解决激光熔覆层结合强度直接测试的难题。
[0010]鉴于此，特提出本发明。
发明内容
[0011]本发明的目的在于提供一种激光熔覆层的结合强度测试方法，该方法简单易行，试样尺寸不受限制和可靠程度高。
[0012]本发明的目的在于提供一种激光熔覆层的质量测试方法，其能够对激光熔覆层的各项性能进行评价，尤其针对结合强度进行测试时，测试方法简单易行，试样尺寸不受限制和可靠程度高。
[0013]本发明是这样实现的：
[0014]第一方面，实施例提供一种激光熔覆层的结合强度测试方法，其包括：
[0015]在端面对接的第一试样和第二试样的对接部位的周向表面涂覆熔覆层以连接所述第一试样和所述第二试样；
[0016]拉伸所述第一试样和所述第二试样至所述第一试样和所述第二试样的对接面部位拉断所述熔覆层，以获得所述熔覆层的结合强度；
[0017]其中，所述熔覆层的结合强度为所述熔覆层断裂时的断裂拉力除以所述熔覆层的截面积后获得的数值。
[0018]在可选的实施方式中，所述熔覆层相对于所述第一试样和所述第二试样的对接面对称设置。
[0019]在可选的实施方式中，拉伸所述第一试样和所述第二试样包括同时均匀地拉伸所述第一试样和所述第二试样；或者，固定所述第一试样或所述第二试样中的一者并拉伸另一者。
[0020]在可选的实施方式中，所述熔覆层的长度为所述熔覆层的厚度的10倍以上。[0021]在可选的实施方式中，所述熔覆层为单层或多层；
[0022]优选地，所述熔覆层的单层厚度0.5-1.5mm。
[0023]在可选的实施方式中，涂覆所述熔覆层的方法为：将待测粉末加入激光熔覆设备中，于所述第一试样和所述第二试样的外表面涂覆所述熔覆层；
[0024]优选地，所述激光熔覆设备的激光器功率为200-2000w；
[0025]优选地，所述激光熔覆设备的光斑为1-8mm；
[0026]优选地，所述激光熔覆设备的送粉量为20-100g/min；
[0027]优选地，所述激光熔覆设备的熔覆速度为100-1000mm/min；
[0028]优选地，在涂覆所述熔覆层时采用Ar气或N2作为保护气氛。
[0029]在可选的实施方式中，所述待测粉末按质量百分数计包括金属粉末40-100％和陶瓷粉末0-60％；
[0030]优选地，所述金属粉末包括黑金属粉末和有金属粉末中的任一种或者多种的混合物；
[0031]优选地，所述黑金属粉末包括Fe基粉末、Ni基粉末和Co基粉末中的任一种或者多种的混合物；
[0032]优选地，所述有金属粉末包括Ti基粉末、Al基粉末、W基粉末和Ta基粉末中的任一种或者多种的混合物；
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