專利名稱：一種冰層結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料性能檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特指一種界面冰層結(jié)合強(qiáng)度的物理測(cè)量方法，適用于平板表面、微陣列表面以及修飾的上述表面的界面冰層結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)定。
背景技術(shù)：
在工程應(yīng)用中，低溫環(huán)境下常常會(huì)發(fā)生結(jié)冰現(xiàn)象，水凝固成冰的過(guò)程中體積增大，流動(dòng)性減弱，材料表面會(huì)有冰層駐留在甚至形成冰塊，冰塊 的積聚會(huì)造成材料受重的急劇增加，有些情況下會(huì)對(duì)人們的日常生活和國(guó)家的經(jīng)濟(jì)建設(shè)帶來(lái)很多不便甚至不可想象的災(zāi)難。例如，飛機(jī)在空中飛行時(shí)，在翼面前緣和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道內(nèi)易發(fā)生結(jié)冰，致使飛機(jī)操穩(wěn)特性惡化，甚至造成機(jī)毀人亡；天上落下凍雨，掉在電線上立刻就會(huì)結(jié)成堅(jiān)實(shí)的冰，這樣下來(lái)，結(jié)的冰柱會(huì)越來(lái)越大，越來(lái)越重，供電網(wǎng)就會(huì)承受不了，造成破壞成災(zāi)；冬天由于路面結(jié)冰，易出現(xiàn)交通事故。面對(duì)這些問(wèn)題，就需要研制防冰除冰材料，而材料與冰層的結(jié)合強(qiáng)度就成為了一個(gè)關(guān)鍵性的指標(biāo)。飛行中，飛機(jī)的結(jié)冰主要是由云中過(guò)冷水滴碰到飛機(jī)機(jī)體后結(jié)冰形成，也可由大氣中水汽直接在機(jī)體表面凝華而成。這里所說(shuō)的過(guò)冷水滴指的是一種高空云層中普遍存在的不穩(wěn)定的，稍受震動(dòng)便立馬凍結(jié)成冰的水顆粒，這種微小的水顆粒分布于許多云團(tuán)中。當(dāng)飛機(jī)在這樣的云團(tuán)中穿行時(shí)，一旦機(jī)體表面溫度低于o°c，過(guò)冷水滴就會(huì)在機(jī)體表面某些部位凍結(jié)，并聚積成冰。飛機(jī)的突出部位通常是較容易結(jié)冰的，比如，機(jī)翼/尾翼的前緣、翼面、發(fā)動(dòng)機(jī)螺旋槳葉片、發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口、空速管、飛機(jī)風(fēng)擋、天線等。概括起來(lái)，結(jié)冰對(duì)飛機(jī)的危害主要有以下幾個(gè)方面破壞飛機(jī)的空氣動(dòng)力性能；降低動(dòng)力裝置效率，甚至使發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生故障；影響儀表和通訊，妨礙飛行員目視飛行。電線冰會(huì)造成以下危害1.損壞桿塔，線路覆冰過(guò)厚，會(huì)使桿塔機(jī)械荷重越載而折斷。2.線路跳閘，對(duì)于導(dǎo)線垂直排列的線路，當(dāng)下層導(dǎo)線上的覆冰先脫落時(shí)(導(dǎo)線上的覆冰不一定同時(shí)脫落)，導(dǎo)線就會(huì)迅速上升或上、下跳躍，造成相間短路，使線路開(kāi)關(guān)跳閘，供電中斷；3.絕緣子串傾斜、導(dǎo)線嚴(yán)重下垂。線路各檔距內(nèi)的覆冰厚度不均勻時(shí)，導(dǎo)線弧垂將發(fā)生很大變化，造成懸垂絕緣子串傾斜，在覆冰過(guò)厚的檔距內(nèi)，會(huì)造成導(dǎo)線嚴(yán)重下垂而發(fā)生接地事故；4.絕緣子串覆冰后，會(huì)大大降低絕緣性能，而當(dāng)懸垂絕緣子串覆冰溶化時(shí)，可能形成冰柱，使絕緣子串短路，造成接地事故。對(duì)于天氣寒冷而又潮濕的南方來(lái)說(shuō)，導(dǎo)線覆冰嚴(yán)重影響著輸電線路的安全運(yùn)行，覆冰帶來(lái)了安全生產(chǎn)方面的危害，并加大了維護(hù)的工作量，增加了企業(yè)成本。因此有效地避免和防止冰災(zāi)對(duì)輸電線路造成的危害，是電力、線纜企業(yè)等必須面對(duì)的課題。經(jīng)檢索，公開(kāi)號(hào)為101482489A的中國(guó)專利，提供了一種測(cè)試覆冰或涂層結(jié)合強(qiáng)度的裝置和方法，該發(fā)明中“一種測(cè)試覆冰或涂層結(jié)合強(qiáng)度的裝置，包括堵塞(2)和中心具有通孔的堵塞支撐裝置(I)，所述堵塞(2)能夠插入所述堵塞支撐裝置(I)的通孔內(nèi)，其中所述堵塞(2)的插入部分(11)與所述堵塞支撐裝置(I)的通孔配合，且插入部分(11)的長(zhǎng)度小于所述堵塞支撐裝置(I)通孔的深度，所述堵塞的插入部分(11)的頂端可拆卸的連接有覆料基體(3)，所述覆料基體(3)是與覆冰接觸的表面或帶有涂層表面的基體，其截面積適于隨所述堵塞的插入部分(11)從所述通孔內(nèi)抽出。該發(fā)明只需一個(gè)堵塞就能完成各種材料之間的粘合強(qiáng)度的測(cè)試，應(yīng)用范圍廣，制作成本低?！钡藴y(cè)試方法還存在著很大的缺陷首先，其結(jié)冰過(guò)程在冰柜中完成，測(cè)試過(guò)程在室溫下進(jìn)行，而室溫下冰塊會(huì)融化，造成測(cè)試結(jié)果的不準(zhǔn)確；其次，測(cè)試材料須加工成特定形狀，這提高了對(duì)測(cè)試材料的要求 ’另夕卜，要得到結(jié)合強(qiáng)度，該方法須進(jìn)行兩次測(cè)試，較繁瑣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決上述問(wèn)題，提出一種冰層結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)試方法將基底上的冰塊等化為一個(gè)孤島，利用結(jié)合力測(cè)試儀直接對(duì)冰層與基底的結(jié)合力進(jìn)行破壞性測(cè)試，進(jìn)而得到冰層與基底的結(jié)合強(qiáng)度，本發(fā)明適用于平板表面、微陣列表面以及修飾的上述表面與冰層結(jié)合力的測(cè)試。 為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案本發(fā)明所述的一種冰層結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)試方法，具體為在冷庫(kù)中將測(cè)試材料固定在載物平臺(tái)上，同時(shí)操縱力學(xué)傳感器探頭和工作臺(tái)作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，對(duì)凝結(jié)在測(cè)試材料表面的冰層進(jìn)行破壞性測(cè)試，使得冰層從基底脫落。力學(xué)傳感器將推力的連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，由于進(jìn)行的是破壞性測(cè)試，推力峰值即為冰層與基底的結(jié)合力，結(jié)合力和冰層與基底之比即為結(jié)合強(qiáng)度。進(jìn)一步的，上述測(cè)試方法按照以下步驟進(jìn)行步驟一將冷庫(kù)溫度區(qū)間設(shè)置為-3°c -rc,在在冷庫(kù)中水結(jié)冰之前,利用移液器在測(cè)試樣品上滴上水滴。步驟二 繼續(xù)降溫，使水滴結(jié)冰，溫度區(qū)間設(shè)置為_(kāi)13°C -15°c。降溫時(shí)間酌情而定，直到水滴結(jié)冰為止。步驟三水滴結(jié)冰后，進(jìn)行結(jié)合力測(cè)試。將冷庫(kù)溫度升到-4°C _6°C之間，使電腦可以工作，待溫度穩(wěn)定。步驟四將測(cè)試樣品固定在載物平臺(tái)上，同時(shí)操縱力學(xué)傳感器探頭和工作臺(tái)作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，對(duì)凝結(jié)在測(cè)試樣品表面的冰層進(jìn)行破壞性測(cè)試，使得冰層從基底脫落。步驟五力學(xué)傳感器將推力的連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，得到冰層與基底的結(jié)合力，進(jìn)而得到結(jié)合強(qiáng)度。由于進(jìn)行的是破壞性測(cè)試，推力峰值即為冰層與基底的結(jié)合力，結(jié)合力和冰層與基底之比即為結(jié)合強(qiáng)度。在所述步驟五之后，進(jìn)一步進(jìn)行步驟六，即回溫步驟測(cè)試結(jié)束后，關(guān)閉電腦、結(jié)合力儀。冷庫(kù)溫度設(shè)置為-rc -3°c，打開(kāi)除濕機(jī)(設(shè)置為低風(fēng)檔)，一小時(shí)后如果冷庫(kù)墻面沒(méi)有明顯的水汽凝結(jié)，將溫度升到1°C 5°C，繼續(xù)階段式升溫直至達(dá)到室溫。所述測(cè)試材料包括Ti、Al、Ni等金屬及其合金；環(huán)氧樹(shù)脂、聚酰亞胺、橡膠等各類聚合物；玻璃、陶瓷等非金屬。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果首先，結(jié)冰和測(cè)試過(guò)程均在冷庫(kù)中進(jìn)行，保證了測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性；其次，本發(fā)明對(duì)材料及其尺寸和粗糙度均無(wú)特殊要求 ’另夕卜，本發(fā)明對(duì)結(jié)合強(qiáng)度進(jìn)行直接測(cè)試，可一次性獲得大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。本發(fā)明適用于平板表面、微陣列表面以及修飾的上述表面與冰層結(jié)合力的測(cè)試。


圖I為本發(fā)明一實(shí)施例使用的冷庫(kù)測(cè)試環(huán)境的示意圖。附圖中標(biāo)記表示為1.風(fēng)幕機(jī)，2.溫度控制箱，3.蒸發(fā)器，4.制冷機(jī)組。圖2為本發(fā)明測(cè)試方法的原理圖。附圖中標(biāo)記表示為1.力學(xué)傳感器探頭，2.冰塊，3. Ni微陣列，4.基底。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
如圖I所示，為一實(shí)施例使用的冷庫(kù)測(cè)試環(huán)境的示意圖，其中1.風(fēng)幕機(jī)，2.溫度控制箱，3.蒸發(fā)器,4.制冷機(jī)組。該冷庫(kù)最小尺寸2. OmX I. 5mX2. Om,可達(dá)到的最低溫度為-20°C。外接制冷機(jī)組、蒸發(fā)器、溫度控制箱、風(fēng)幕機(jī)，冷庫(kù)電源為380V。地冷庫(kù)面要水平，有落水口。這些技術(shù)均為現(xiàn)有技術(shù)，不再累述。本實(shí)施例提供一種冰層結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)試方法。如圖2所示，為測(cè)試方法的原理圖，將基底上的冰塊等化為一個(gè)孤島，利用結(jié)合力測(cè)試儀對(duì)冰層與基底的結(jié)合力進(jìn)行破壞性測(cè)試，進(jìn)而得到冰層與基底的結(jié)合強(qiáng)度。本實(shí)施例中，測(cè)試樣品為采用常規(guī)微加工方法制備的Ni微陣列結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例的測(cè)試方法通過(guò)以下步驟進(jìn)行步驟一將冷庫(kù)溫度區(qū)間設(shè)置為_(kāi)3°C _rC,在在冷庫(kù)中水結(jié)冰之前,利用移液器在測(cè)試樣品上滴上水滴。步驟二 繼續(xù)降溫，使水滴結(jié)冰，溫度區(qū)間設(shè)置為_(kāi)13°C _15°C。降溫時(shí)間酌情而定，直到水滴結(jié)冰為止。步驟三水滴結(jié)冰后，進(jìn)行結(jié)合力測(cè)試。將冷庫(kù)溫度升到-4°C _6°C之間，使電腦 可以工作，待溫度穩(wěn)定。步驟四將測(cè)試樣品固定在載物平臺(tái)上，同時(shí)操縱力學(xué)傳感器探頭和工作臺(tái)作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，對(duì)凝結(jié)在測(cè)試樣品表面的冰層進(jìn)行破壞性測(cè)試，使得冰層從基底脫落。步驟五力學(xué)傳感器將推力的連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，得到冰層與基底的結(jié)合力，進(jìn)而得到結(jié)合強(qiáng)度。步驟六測(cè)試結(jié)束后，關(guān)閉電腦、結(jié)合力儀。冷庫(kù)溫度設(shè)置為_(kāi)rC _3°C，打開(kāi) 除濕機(jī)(設(shè)置為低風(fēng)檔)，一小時(shí)后如果冷庫(kù)墻面沒(méi)有明顯的水汽凝結(jié)，將溫度升到l°c 5°C，隨后正常升溫至室溫。由于本實(shí)施例使用的結(jié)合力測(cè)試儀的最低使用溫度為5°C，而實(shí)驗(yàn)中的最低溫度可達(dá)到_18°C，如果正?；販貢?huì)導(dǎo)致冷庫(kù)內(nèi)的水汽凝結(jié)，會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備造成損傷，所以需要回溫步驟。以上實(shí)施例中所使用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備均為現(xiàn)有技術(shù)，在此不再做詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例中沒(méi)有詳細(xì)描述的操作按照現(xiàn)有常規(guī)技術(shù)手段進(jìn)行。上述實(shí)施例測(cè)得的冰層結(jié)合強(qiáng)度在冷庫(kù)中進(jìn)行，孤島法實(shí)現(xiàn)了冰層結(jié)合強(qiáng)度的直接測(cè)試，保證了測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，采用此方法易于在不同的材料上一次性獲得大量測(cè)試數(shù)據(jù)。相對(duì)于公開(kāi)號(hào)為101482489A的專利，本方法可以一次性在一塊材料上得到多組的結(jié)合力數(shù)據(jù)，并且可以將多種材料一次置于冷庫(kù)中并進(jìn)行結(jié)合力測(cè)量。盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的 描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。
權(quán)利要求
1.一種冰層結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)試方法，其特征在于在冷庫(kù)中將測(cè)試材料固定在載物平臺(tái)上，同時(shí)操縱力學(xué)傳感器探頭和工作臺(tái)作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，對(duì)凝結(jié)在測(cè)試材料表面的冰層進(jìn)行破壞性測(cè)試，使得冰層從基底脫落；力學(xué)傳感器將推力的連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，得到冰層與基底的結(jié)合力，進(jìn)而得到測(cè)試材料與冰層的結(jié)合強(qiáng)度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的冰層結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)試方法，其特征在于所述測(cè)試方法按照以下步驟進(jìn)行 步驟ー將冷庫(kù)溫度區(qū)間設(shè)置為-3°c -rc，在在冷庫(kù)中水結(jié)冰之前，利用移液器在測(cè)試樣品上滴上水滴； 步驟ニ 繼續(xù)降溫，使水滴結(jié)冰，溫度區(qū)間設(shè)置為_(kāi)13°C -15°C，降溫時(shí)間酌情而定，直到水滴結(jié)冰為止； 步驟三水滴結(jié)冰后，進(jìn)行結(jié)合力測(cè)試，將冷庫(kù)溫度升到_4°C _6°C之間，使電腦可以工作，待溫度穩(wěn)定； 步驟四將測(cè)試樣品固定在載物平臺(tái)上，同時(shí)操縱力學(xué)傳感器探頭和工作臺(tái)作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，對(duì)凝結(jié)在測(cè)試樣品表面的冰層進(jìn)行破壞性測(cè)試，使得冰層從基底脫落； 步驟五力學(xué)傳感器將推力的連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，得到冰層與基底的結(jié)合力，進(jìn)而得到結(jié)合強(qiáng)度，推力峰值即為冰層與基底的結(jié)合力，結(jié)合力和冰層與基底之比即為結(jié)合強(qiáng)度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的冰層結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)試方法，其特征在于在所述步驟五之后，進(jìn)ー步進(jìn)行步驟六，即回溫步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的冰層結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)試方法，其特征在于所述回溫步驟具體為測(cè)試結(jié)束后，關(guān)閉電腦、結(jié)合力儀，將冷庫(kù)溫度設(shè)置為_(kāi)1°C _3°C，打開(kāi)除濕機(jī)，ー小時(shí)后如果冷庫(kù)墻面沒(méi)有明顯的水汽凝結(jié)，將溫度升到1°C 5°C，繼續(xù)階段式升溫直至達(dá)到室溫。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的冰層結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)試方法，其特征在于所述冷庫(kù)為小型冷庫(kù)，最小尺寸2. OmX I. 5mX2. 0m，可達(dá)到的最低溫度為-20°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的冰層結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)試方法，其特征在于所述小型冷庫(kù)外接制冷機(jī)組、蒸發(fā)器、溫度控制箱、風(fēng)幕機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的冰層結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)試方法，其特征在于所述測(cè)試材料表面包括平板表面、微陣列表面以及修飾的上述表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的冰層結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)試方法，其特征在于所述測(cè)試材料包括Ti、Al、Ni各類金屬及其合金；環(huán)氧樹(shù)脂、聚酰亞胺、橡膠各類聚合物；玻璃、陶瓷各類非金腐。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種冰層結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)試方法，即采用孤島法，在冷庫(kù)中將測(cè)試材料固定在載物平臺(tái)上，同時(shí)操縱力學(xué)傳感器探頭和工作臺(tái)作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，對(duì)凝結(jié)在測(cè)試材料表面的冰層進(jìn)行破壞性測(cè)試，使得冰層從基底脫落。力學(xué)傳感器將推力的連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，得到冰層與基底的結(jié)合力，進(jìn)而得到測(cè)試材料與冰層的結(jié)合強(qiáng)度。本發(fā)明適用于平板表面、微陣列表面以及修飾的上述表面與冰層結(jié)合力的測(cè)試，測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確；對(duì)材料及其尺寸和粗糙度均無(wú)特殊要求；另外，本發(fā)明對(duì)結(jié)合強(qiáng)度進(jìn)行直接測(cè)試，可一次性獲得大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)G01N19/04GK102735608SQ201210196979
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月14日
發(fā)明者丁桂甫, 姚錦元, 張叢春, 李艷春, 汪紅, 葛亮 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)