表面涂层材料的残余应力测量技术

南京聚航科技采用电测盲孔法测量表面涂层材料的残余应力，在试件和表面涂层结构上进行测试，大量客户案例证明，此方法可*、有效，可在实际工程中使用，为解决表面涂层“爆裂”等问题，提供了有效的测定残余应力手段。

在实际工程中，广泛采用表面涂层技术，由于涂层材料与基体材料的热膨胀系数等特性不同，在进行各种加工处理，特别是热处理后，表面涂层会产生残余应力而使涂层爆裂甚至剥落。这些问题的出现，使化工厂的化工容器报废，造成的直接经济损失，每年可达百万元。根据现有的各种残余应力测量方法的比较，选择使用JH系列盲孔法残余应力测量仪配合JHZK残余应力钻孔装置，此方法已经广泛应用于金属材料的测量，经过多次案例验证，在各种涂层厚度、基体厚度的试件及内壁涂有涂层的容器进行测量，结果可*，有效。

1、表面涂层材料的残余应力测量原理

测量表面涂层材料的残余应力使用钻孔法，钻孔法是在具有残余应力的的构件上钻一小孔，使孔区域部分由于应力释放而产生相应的位移和应变，测量这些位移或应变，经换算可得到结构内的残余应力。

2、表面涂层材料的残余应力测量技术

2.1应变片的选择和粘贴

涂层表面光滑且耐腐蚀，为使试件的应变能很好地传递给应变片，须选用合适的应变片及粘贴剂，应变片的基底要薄，不宜采用小栅长的应变片，尽可能增加粘贴面积，确定孔边与丝栅端部有一定距离。可采用JH系列应变片粘结剂，在粘贴前用*号砂纸将贴片区表面打磨，清洗干燥后，即可粘贴，指压时间需长一些，干燥后便可测试。

2.2释放系数A、B值的标定

对于表面涂层残余应力的测试，A、B系数值的大小还与涂层厚度、基体厚度等有关，一般情况下采取实验标定的方法获得。在实验标定时，由于涂层材料易脆裂，可采用等强度悬臂梁而不用拉伸试件，并以砝码加载的方式进行标定。

为进一步研究各种因素对A、B释放系数的影响，可采用计算力学的有限元法计算出钻孔力学模型的数值解，形成钻孔法理论分析的依据，对提高测试精度、分析测试系统误差都十分必要。

从有限元分析可知，为了准确地测量涂层残余应力，要考虑各种因素对A、B释放系数的影响，一般情况下，可忽略泊松比的变化，但要考虑材料弹性模量、涂层厚度的不同，其A、B系数是不同的。在某一涂层厚度、弹性模量下标定得到A、B值用于其他情况时，须根据有限元计算结果进行相应的修正，得到相应的A、B值，这样也可减小试验标定的工作量。

2.3打孔方法和附加应变

实验采用金刚石细砂制成的特殊钻头。实验表明，这种打孔钻头，不仅能在钢材上打孔，且能在涂层上有效打孔。在打孔时需注入变压器油，以减少磨损及摩擦发热；采用这种打孔方法产生的附加应变很小，附加应变可忽略不计。

2.4打孔深度

与有限元计算一致，实验表明，当孔深超过1.5倍孔径时，试件表面上的应变计已感受不到内部释放的应变，因此在测试时，控制孔深稍大于1.5倍孔径即可。

2.5温度效应

一般情况而言，涂层材料的导热系数低，因此不宜在应变片上覆盖保护层；为取得较好的温度补偿作用，采用逐点补偿方法，另外，在打孔后因摩擦生热而产生的应变读数有变化，需等待几分钟，应变读数稳定后再进行测试。