金属复合材料结合强度的测量方法、试样及试样制作方法
金属复合材料结合强度的测量方法、试样及试样制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明主要设及金属复合材料界面结合强度的检测技术领域，尤其设及侣钢复合 材料界面结合强度的检测技术领域。
【背景技术】
[0002] 薄侣层侣钢复合带材兼具侣合金优良的耐腐蚀性能及导热性能和钢良好的力学 性能等诸多优点，是电站空冷系统核屯、部件中冷却管束基管的主要原材料。采用侣钢复合 带材制造的电站空冷系统取代水冷系统，可节约用水75% W上。基于侣钢复合带材表面质 量、尺寸精度、性能的稳定性及生产效率等方面的综合考虑，目前工业上大多采用冷社复合 法来生产侣钢复合材料，其成品厚度在1.4~1.6mm之间，包覆层侣层厚度在0.05~0.09mm 之间。侣钢界面结合质量决定了基管的成形性能及电站空冷系统的使用寿命，因此有效、定 量、准确评价界面结合强度对于该种材料的冷社复合控制及实际应用都非常重要。
[0003] 电站空冷用侣钢层状复合材料的侣层很薄(厚度为0.05~0.09mm)，无法通过常规 的剪切、撕离等力学手段对界面结合强度进行评价，由于无法制作出引头部分，也无法通过 拉伸剥离试验定量测量侣钢复合材料的界面结合强度。目前对薄复层复合材料结合强度的 测量，美国、日本和我国的国家标准均采用胶粘拉伸的方法，它具有操作简单灵活的特点， 而且不需要复杂的理论计算。但由于目前强度最高的环氧树脂粘接剂与粘接引头的结合强 度很难超过40MPa，而冷社侣钢复合材料单道次的压下量超过50%，界面结合的强度大于 50M化，退火后的结合强度超过60MPa，由于运种方法的应用范围受到所用粘接剂(胶）的抗 拉强度的限制，因此通过常规的粘接拉伸无法评价侣钢复合材料的界面结合强度。
【发明内容】
[0004] 针对W上出现的问题，本发明提供了一种金属复合材料结合强度的测量方法及测 量试样，能够有效的测量金属复合材料的结合强度。
[0005] 本发明提供了一种金属复合材料结合强度的测量方法，包括W下步骤：
[0006] S1:制备测量用试样：
[0007] A、在含有基层和包覆层的复合材料上切割出一圆片样品备用，制作或选取两根横 截面直径等于圆片样品直径的金属棒待用；
[000引C、将两金属棒的待粘贴表面分别粘合在圆片样品两个待粘贴表面；
[0009] D、在基层与包覆层界面间切出一个环形切口，切口角度范围为15°~90°，并保证 切口中屯、线落在界面上；
[0010] S2:进行拉伸试验：
[0011] E、将试样放至拉伸机上做拉伸试验；
[0012] S3:计算结合强度：
[0013] F、获取试样拉伸时的最大拉伸力的数值F，根据F Air2计算得到试样的结合强度，
[0014] 其中，F代表试样拉伸时的最大拉伸力，r代表圆片样品的界面处半径。
[0015] 如上所述的金属复合材料结合强度的测量方法，其中，所述金属复合材料为侣钢 复合材料，其中钢为基层，侣为包覆层。
[0016] 如上所述的金属复合材料结合强度的测量方法，其中，在所述步骤C之前，还包括 步骤：
[0017] B、对圆片样品及金属棒的待粘贴表面进行打磨处理。
[0018] 本发明还提供了一种用于测量金属复合材料结合强度的测量试样，包括含有基层 和包覆层的复合材料的圆形样片和两根金属棒，其中，所述两根金属棒的直径等于所述圆 形样片直径，所述两根金属棒的一端分别粘贴在圆形样片的两侧的圆形表面上，所述圆形 样片的基层与复合层界面间具有一个环形切口，切口角度为15°~90°，并保证切口中屯、线 落在界面上。
[0019] 如上所述的用于测量金属复合材料结合强度的测量试样，其中，所述复合材料为 侣钢复合材料，其中钢为基层，侣为包覆层。
[0020] 如上所述的用于测量金属复合材料结合强度的测量试样，其中，所述两根金属棒 的一端分别粘贴在圆形样片的两侧的圆形表面上之前，对圆片样品及金属棒的待粘贴表面 进行打磨处理。
[0021] 本发明还提供了一种用于测量金属复合材料结合强度的测量试样的制作方法，包 括W下步骤：
[0022] A、在含有基层和包覆层的复合材料上切割出一圆片样品备用，制作或选取两根横 截面直径等于圆片样品直径的金属棒待用；
[0023] C、将两金属棒的待粘贴表面分别粘合在圆片样品两个待粘贴表面；
[0024] D、在基层与包覆层界面间切出一个环形切口，切口角度为15°~90°，并保证切口 中屯、线落在界面上。
[0025] 如上所述的用于测量金属复合材料结合强度的测量试样的制作方法，其中，在所 述步骤C之前，还包括步骤：
[0026] B、对圆片样品及金属棒的待粘贴表面进行打磨处理。
[0027] 如上所述的用于测量金属复合材料结合强度的测量试样的制作方法，其中，所述 金属复合材料为侣钢复合材料，其中钢为基层，侣为包覆层。
[0028] 通过使用本发明中测量试样和测量方法，可W摆脱常规测量方法中受粘结剂强度 限制的问题，能够有效的测量金属复合材料的结合强度。
【附图说明】
[0029] 通过结合W下附图所作的详细描述，本发明的上述或其他方面的优点将变得更清 楚和更容易理解，运些附图只是示意性的，并不构成本发明的限制，其中：
[0030] 图1为本发明实施例中测量试样与金属棒粘结后、拉伸前的结构示意图；
[0031] 图2为本发明实施例中测量试样与金属棒粘结后、拉伸前的另一种结构示意图；
[0032] 图3为本发明实施例中测量试样与金属棒粘结后、拉伸前的另一种结构示意图；
[0033] 图4为本发明实施例中测量试样中圆片样品的结构示意图。
[0034] 图中各标号表示如下：
[0035] 1:侣棒；
[0036] 2:侣层；
[0037] 3:钢层；
[003引4:粘结剂。
【具体实施方式】
[0039] 下面结合附图详细说明本发明的【具体实施方式】。
[0040] 在此记载的实施例为本发明的特定的【具体实施方式】，用于说明本发明的构思，均 是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的 实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而 易见的其它技术方案，运些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的 替换和修改的技术方案，都在本发明的保护范围之内。
[0041] 本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思、各部分的形状及其相互关系。 请注意，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同 的比例绘制，相同的参考标记用于表示相同的部分。
[0042] -种金属复合材料结合强度的测量方法，包括W下步骤：
[0043] A、在含有基层和包覆层的复合材料上切割出一圆片样品备用，制作或选取两根横 截面直径等于圆片样品直径的金属棒待用。
[0044] 具体的，可采用线切割方式从金属复合材料层上切割出半径为r待检圆片样品，也 可W采用其他切割方式，保证圆片样品外形规则即可。
[0045] 进一步的，所述待用金属棒可W为侣棒、铜棒或其他材质金属棒。优选的，选取侣 质材料金属棒，该侣棒长度应为30~70mm，方便试样进行夹持和拉伸实验。
[0046] B、对圆片样品及金属棒的待粘贴表面进行打磨处理。
[0047] 打磨前可W事先清洗圆片样品及侣棒的待粘贴表面，目的在于清除待粘贴表面油 污和氧化层，圆片样品两侧的圆形平面、侣棒的一圆形端面均为待粘贴表面。
[0048] 进一步的，为了获得更好的表面质量，可W通过W下手段清洗圆片样品及侣棒的 待粘贴表面:利用盐酸清洗圆片样品及侣棒上的各待粘贴表面，然后用脱脂剂依次擦拭圆 片样品及侣棒的各待粘贴表面。其中，脱脂剂一般为丙酬和酒精，由于清洗过的待粘贴表面 会含有残留物，因此须对待粘贴表面进行打磨，通常是在各待粘贴表面风干后，采用500#砂 纸对圆片样品及侣棒的待粘贴表面进行砂纸打磨处理。
[0049] C、将两金属棒的待粘贴表面分别粘合在圆片样品两个待粘贴表面上。
[0050] 具体的，选取的侣棒横截面直径与圆片样品的直径相等，粘贴时，应使侣棒端面与 圆片样品的带粘贴面完全重合。
[0051] 进一步的，所述粘结剂可选取环氧树脂粘结剂。环氧树脂适用于金属与金属之间 的粘接，如铁皮、锻锋板、侣锥、铜锥、侣板、冷板W及其他金属卷材。且经环氧树脂粘合的制 品间的强度可W达到40Mpa，经环氧树脂粘合的制品间的强度比侣钢复合材料的界面结合 强度大。圆片样品与金属棒粘结后，放置在常溫25°C状态下24小时W上，W使粘接剂完全固 化;并设定粘接剂与金属的粘接强度为0(a)。
[0052] D、在基层与包覆层界面间切出一个环形切口，并保证切口中屯、线落在界面上。
[0053] 具体的，如图4所示，图4为本发明实施例中测量试样中圆片样品的结构示意图。为 保证其切割精度，可选择精密机械加工进行切除，切口前端曲率半径为r = 0.1mm，界面面积 设为A。切除后，应保证界面的垂直中屯、线线与拉伸轴线保持重合。
[0054] 进一步的，且切口形状可W为多种类型，可W呈一个环形模形切口，其切口角度范 围为15°~90°，如图1所示;或者加工成一个环形凹槽形状，如图2所示；而对于复合层厚度 较厚的侣钢复合材料，在能保证侣的强度大于界面结合强度的情况下，可W把凹槽加工在 侣钢界面的中间位置，如图3所示。
[0055] E、将试样放至拉伸机上做拉伸试验。
[0056] 具体的，拉伸机的夹头分别夹在两根侣棒的远离圆片试样的一端，控制拉伸机上 的夹头分别向两外侧移动。夹头移动速度为2mm/min-10mm/min(毫米/分钟），从而使用圆片 样品上的钢片与侣片分离。
[0057] 进一步的，所述拉伸机可选择使用电子万能试验机，电子万能试验机适用于对金 属、橡胶、塑料、侣塑管、复合材料、防水材料、纺织物、纱线、纤维、电线电缆、纸张、弹黃、木 材、包装材料、胶带等材料进行拉伸、压缩、弯曲、剪切、撕裂、剥离等力学性能的测试。
[0058] F、获取试样拉伸时的最大拉伸力的数值F，根据F Air2计算得到试样的结合强度。
[0059] 其中，数值F代表试样拉伸时的最大拉伸力，r代表圆片样品的界面处半径。
[0060] 为了更好的确定侣钢复合材料的结合强度，还可W在金属复合材料上同时切割多 个圆片样品，重复进行步骤A-F，计算各个圆片样品结合强度的 平均值，该平均值即为金属 复合材料的界面结合强度。
[0061] 本发明只要在加工试样时保证金属结合界面面积A<〇(a) ·地V〇(i)即可，对于 侣钢复合材料来说〇(i)在60M化~70MPa，而胶粘强度在30M化~40M化之间，因此在加工试 样时只要保证A《7tR2/、/5就可W保证能够获得侣钢界面的拉伸结合强度。
[006。 实施例
[0063] 本发明使用的粘接拉伸试样为侣钢复合材料，4A60侣/08A1钢复合材料总厚为 1.5mm，其中侣层4A60厚度0.08mm，钢层08A1厚度1.49mm，侣层厚度远小于钢层厚度。
[0064] 所述金属棒粘接与试样加工的具体操作为：
[0065] (1)利用线切割方式在侣钢复合材料层上加工出圆片样品，其圆片样品的直径为 10mm，并制作两根横截面直径与圆片样品的直径相同的侣棒，其长度选取30mm。
[0066] (2)待粘贴表面进行砂纸打磨处理。
[0067] 先用盐酸清洗上圆片样品及侣棒上的各待粘贴表面，然后用丙酬依次擦拭圆片样 品及侣棒的各待粘贴表面，去除样品的表面油污，在各待粘贴表面风干后，采用500#砂纸对 圆片样品及侣棒的待粘贴表面进行砂纸打磨处理，使样品表面粗糖度达到2WI1。
[0068] (3)使用环氧树脂粘接剂将两侣棒的待粘贴表面分别粘合在圆片样品两个待粘贴 表面上，并于常溫下放置24小时W上，W使粘接剂完全固化，粘贴时应使待粘贴表面完全重 合。
[0069] (4)通过机械加工在侣层与钢体界面切出一个角度约为26°的环形切口，切口深度 为2mm，切口前端曲率半径为r = 0.1mm，并保证切口中屯、线落在界面上，圆形界面的垂直中 屯、线与拉伸轴线保持一致，其界面面积为A，界面面积A = 3.14X(5-2)2 = 28.26mm2。
[0070] (5)用CMT7540电子万能试验机将侣棒的两个自由端夹紧，施加恒定速度5mm/min。 并记录拉伸过程中的力-位移曲线，测定侣钢层发生拉伸时的最大拉力约为F1896N，通过最 大力与界面面积的比值计算出侣钢复合材料界面结合强度为〇(i) = 1896N/28.26mm2 = 67MPa。此时，粘结剂面所承受的拉应力为0(a) =F/S，此处8 = 3.14 X52mm2 = 78.5mm2,〇(a) = 1896/78.5MPa = 25MPa，其粘结剂面的拉应力小于环氧树脂粘结剂的临界强度，故粘接界 面不会发生断裂。
[0071] 另外制作两根横截面直径与圆片样品的直径相同的侣棒，其长度选取70mm，利用 上述方法制作测量用试样，试样切口大小与上述实施例相同。对制备好的试样进行拉伸试 验，其试验结果与上述实施例结果一致。
[0072] 另外制作两根横截面直径与圆片样品的直径相同的侣棒，其长度选取50mm，利用 上述方法制作测量用试样，试样切口大小与上述实施例相同。对制备好的试样进行拉伸试 验，其试验结果与上述实施例结果一致。
[0073] 因此，利用本发明中提出的测量方法及测量试样可W有效的测量出侣钢复合材料 的结合强度。
[0074] 本发明还提出了一种用于测量金属复合材料结合强度的测量试样，包括含有基层 和包覆层的复合材料的圆形样片和两根金属棒，其特征在于，所述两根金属棒的直径等于 所述圆形样片直径，所述两根金属棒的一端分别粘贴在圆形样片的两侧的圆形表面上，所 述圆形样片的基层与复合层界面间具有一个环形切口，切口角度为15°~90°，并保证切口 中屯、线落在界面上。
[0075] 进一步的，所述复合材料为侣钢复合材料，其中钢为基层，侣为包覆层。
[0076] 进一步的，所述两根金属棒的一端分别粘贴在圆形样片的两侧的圆形表面上之 前，对圆片样品及金属棒的待粘贴表面进行打磨处理。
[0077] 本发明还提出了一种用于测量金属复合材料结合强度的测量试样的制作方法，包 括W下步骤：
[0078] A、在含有基层和包覆层的复合材料上切割出一圆片样品备用，制作或选取两根横 截面直径等于圆片样品直径的金属棒待用。
[0079] 具体的，可采用线切割方式从侣钢复合材料层上切割出半径为r待检圆片样品，也 可W采用其他切割方式，保证圆片样品外形规则即可。
[0080] 进一步的，所述待用金属棒可W为侣棒、铜棒或其他材质金属棒，优选的，选取侣 质材料金属棒，该侣棒长度应为30~70mm，方便试样进行夹持和拉伸实验。
[0081] B、对圆片样品及金属棒的待粘贴表面进行打磨处理。
[0082] 打磨前可W事先清洗圆片样品及侣棒的待粘贴表面，目的在于清除待粘贴表面油 污和氧化层，圆片样品两侧的圆形平面、侣棒的一圆形端面均为待粘贴表面。
[0083] 进一步的，为了获得更好的表面质量，可W通过W下手段清洗圆片样品及侣棒的 待粘贴表面:打磨前利用盐酸清洗圆片样品及侣棒上的各待粘贴表面，然后用脱脂剂依次 擦拭圆片样品及侣棒的各待粘贴表面。其中，脱脂剂一般为丙酬和酒精，由于清洗过的待粘 贴表面会有残留物，因此须对待粘贴表面进行打磨，通常是在各待粘贴表面风干后，采用 500#砂纸对圆片样品及侣棒的待粘贴表面进行砂纸打磨处理。
[0084] C、将两金属棒的待粘贴表面分别粘合在圆片样品两个待粘贴表面。
[0085] 具体的，选取的侣棒横截面直径与圆片样品的直径相等，粘贴时，应使侣棒端面与 圆片样品的带粘贴面完全重合。
[0086] 进一步的，所述粘结剂可选取环氧树脂粘结剂。环氧树脂适用于金属与金属之间 的复合，如铁皮、锻锋板、侣锥、铜锥、侣板、冷板W及其他金属卷材。且经环氧树脂粘合的制 品间的剥离强度可W达到40Mpa，经环氧树脂粘合的制品间的剥离强度比侣钢复合材料的 界面结合强度大。圆片样品与金属棒粘结后，放置在常溫25°C状态下24小时W上，W使粘接 剂完全固化。
[0087] D、在基层与包覆层界面间切出一个环形切口，切口角度为15°~90°，并保证切口 中屯、线落在界面上。
[0088] 具体的，为保证其切割精度，可选择精密机械加工进行切除，切口前端曲率半径为 r = 0.1mm，界面面积设为A，切除后，应保证界面的垂直中屯、线线与拉伸轴线保持重合。
[0089] 进一步的，且切口形状可W为多种类型，可W呈一个环形模形切口，其切口角度范 围为15°~90%如图1所示;或者加工成凹槽形状，如图2所示;而对于复合层厚度较厚的侣 钢复合材料，在能保证侣的强度大于界面结合强度的情况下，可W把凹槽加工在侣钢界面 的中间位置，如图3所示。
[0090] 当需要测量侣钢复合材料的结合强度时，只需选取对应的测量试样进行拉伸实验 即可。
[0091] 上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其他特征的组合，本领域技术人员还 可根据发明之目的进行各技术特征之间的其他组合，W实现本发明之目的为准。
【主权项】
1. 一种金属复合材料结合强度的测量方法，包括以下步骤： S1:制备测量用试样： A、 在含有基层和包覆层的复合材料上切割出一圆片样品备用，制作或选取两根横截面 直径等于圆片样品直径的金属棒待用； C、 将两金属棒的待粘贴表面分别粘合在圆片样品两个待粘贴表面； D、 在基层与包覆层界面间切出一个环形切口，切口角度为15°~90°，并保证切口中心 线落在界面上； S2:进行拉伸试验： E、 将试样放至拉伸机上做拉伸试验； S3:计算结合强度： F、 获取试样拉伸时的最大拉伸力的数值F，根据F/m2计算得到试样的结合强度， 其中，F代表试样拉伸时的最大拉伸力，r代表圆片样品的界面处半径。2. 根据权利要求1所述的金属复合材料结合强度的测量方法，其特征在于，所述金属复 合材料为铝钢复合材料，其中钢为基层，铝为包覆层。3. 根据权利要求1所述的金属复合材料结合强度的测量方法，其特征在于，在所述步骤 C之前，还包括步骤： B、 对圆片样品及金属棒的待粘贴表面进行打磨处理。4. 一种用于测量金属复合材料结合强度的测量试样，包括含有基层和包覆层的复合材 料的圆形样片和两根金属棒，其特征在于，所述两根金属棒的直径等于所述圆形样片直径， 所述两根金属棒的一端分别粘贴在圆形样片的两侧的圆形表面上，所述圆形样片的基层与 复合层界面间具有一个环形切口，切口角度为15°~90°，并保证切口中心线落在界面上。5. 根据权利要求4所述的用于测量金属复合材料结合强度的测量试样，其特征在于，所 述复合材料为铝钢复合材料，其中钢为基层，铝为包覆层。6. 根据权利要求4所述的用于测量金属复合材料结合强度的测量试样，其特征在于，所 述两根金属棒的一端分别粘贴在圆形样片的两侧的圆形表面上之前，对圆片样品及金属棒 的待粘贴表面进行打磨处理。7. -种用于测量金属复合材料结合强度的测量试样的制作方法，包括以下步骤： A、 在含有基层和包覆层的复合材料上切割出一圆片样品备用，制作或选取两根横截面 直径等于圆片样品直径的金属棒待用； C、 将两金属棒的待粘贴表面分别粘合在圆片样品两个待粘贴表面； D、 在基层与包覆层界面间切出一个环形切口，切口角度为15°~90°，并保证切口中心 线落在界面上。8. 根据权利要求7所述的用于测量金属复合材料结合强度的测量试样的制作方法，其 特征在于，在所述步骤C之前，还包括步骤： B、 对圆片样品及金属棒的待粘贴表面进行打磨处理。9. 根据权利要求7所述的用于测量金属复合材料结合强度的测量试样的制作方法，其 特征在于，所述金属复合材料为铝钢复合材料，其中钢为基层，铝为包覆层。
【专利摘要】本发明提出金属复合材料结合强度的测量方法、试样及试样制作方法。该测量方法包括步骤：A、在金属复合材料上切割出圆片样品备用，制作或选取两根横截面直径等于圆片样品直径的金属棒待用；B、对样品及金属棒的待粘贴表面进行打磨处理；C、将两金属棒的待粘贴表面分别粘合在圆片样品两个待粘贴表面；D、在基层与包覆层界面间切出一个环形切口，并保证切口中心线落在界面上；E、将试样放至拉伸机上做拉伸试验；F、获取试样拉伸时最大拉伸力的数值F，根据F/πr2计算得到试样的结合强度，其中，F代表试样拉伸时的最大拉伸力，r代表圆片样品的界面处半径。通过使用本发明中测量试样和方法，能够有效的测量金属复合材料的结合强度。
【IPC分类】B32B15/01, G01N1/28, G01N3/08, G01N19/04
【公开号】CN105486632
【申请号】CN201511004869
【发明人】李龙, 陈鑫, 韩银娜, 周德敬
【申请人】银邦金属复合材料股份有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月28日
【技术领域】
[0001] 本发明主要设及金属复合材料界面结合强度的检测技术领域，尤其设及侣钢复合 材料界面结合强度的检测技术领域。
【背景技术】
[0002] 薄侣层侣钢复合带材兼具侣合金优良的耐腐蚀性能及导热性能和钢良好的力学 性能等诸多优点，是电站空冷系统核屯、部件中冷却管束基管的主要原材料。采用侣钢复合 带材制造的电站空冷系统取代水冷系统，可节约用水75% W上。基于侣钢复合带材表面质 量、尺寸精度、性能的稳定性及生产效率等方面的综合考虑，目前工业上大多采用冷社复合 法来生产侣钢复合材料，其成品厚度在1.4~1.6mm之间，包覆层侣层厚度在0.05~0.09mm 之间。侣钢界面结合质量决定了基管的成形性能及电站空冷系统的使用寿命，因此有效、定 量、准确评价界面结合强度对于该种材料的冷社复合控制及实际应用都非常重要。
[0003] 电站空冷用侣钢层状复合材料的侣层很薄(厚度为0.05~0.09mm)，无法通过常规 的剪切、撕离等力学手段对界面结合强度进行评价，由于无法制作出引头部分，也无法通过 拉伸剥离试验定量测量侣钢复合材料的界面结合强度。目前对薄复层复合材料结合强度的 测量，美国、日本和我国的国家标准均采用胶粘拉伸的方法，它具有操作简单灵活的特点， 而且不需要复杂的理论计算。但由于目前强度最高的环氧树脂粘接剂与粘接引头的结合强 度很难超过40MPa，而冷社侣钢复合材料单道次的压下量超过50%，界面结合的强度大于 50M化，退火后的结合强度超过60MPa，由于运种方法的应用范围受到所用粘接剂(胶）的抗 拉强度的限制，因此通过常规的粘接拉伸无法评价侣钢复合材料的界面结合强度。
【发明内容】
[0004] 针对W上出现的问题，本发明提供了一种金属复合材料结合强度的测量方法及测 量试样，能够有效的测量金属复合材料的结合强度。
[0005] 本发明提供了一种金属复合材料结合强度的测量方法，包括W下步骤：
[0006] S1:制备测量用试样：
[0007] A、在含有基层和包覆层的复合材料上切割出一圆片样品备用，制作或选取两根横 截面直径等于圆片样品直径的金属棒待用；
[000引C、将两金属棒的待粘贴表面分别粘合在圆片样品两个待粘贴表面；
[0009] D、在基层与包覆层界面间切出一个环形切口，切口角度范围为15°~90°，并保证 切口中屯、线落在界面上；
[0010] S2:进行拉伸试验：
[0011] E、将试样放至拉伸机上做拉伸试验；
[0012] S3:计算结合强度：
[0013] F、获取试样拉伸时的最大拉伸力的数值F，根据F Air2计算得到试样的结合强度，
[0014] 其中，F代表试样拉伸时的最大拉伸力，r代表圆片样品的界面处半径。
[0015] 如上所述的金属复合材料结合强度的测量方法，其中，所述金属复合材料为侣钢 复合材料，其中钢为基层，侣为包覆层。
[0016] 如上所述的金属复合材料结合强度的测量方法，其中，在所述步骤C之前，还包括 步骤：
[0017] B、对圆片样品及金属棒的待粘贴表面进行打磨处理。
[0018] 本发明还提供了一种用于测量金属复合材料结合强度的测量试样，包括含有基层 和包覆层的复合材料的圆形样片和两根金属棒，其中，所述两根金属棒的直径等于所述圆 形样片直径，所述两根金属棒的一端分别粘贴在圆形样片的两侧的圆形表面上，所述圆形 样片的基层与复合层界面间具有一个环形切口，切口角度为15°~90°，并保证切口中屯、线 落在界面上。
[0019] 如上所述的用于测量金属复合材料结合强度的测量试样，其中，所述复合材料为 侣钢复合材料，其中钢为基层，侣为包覆层。
[0020] 如上所述的用于测量金属复合材料结合强度的测量试样，其中，所述两根金属棒 的一端分别粘贴在圆形样片的两侧的圆形表面上之前，对圆片样品及金属棒的待粘贴表面 进行打磨处理。
[0021] 本发明还提供了一种用于测量金属复合材料结合强度的测量试样的制作方法，包 括W下步骤：
[0022] A、在含有基层和包覆层的复合材料上切割出一圆片样品备用，制作或选取两根横 截面直径等于圆片样品直径的金属棒待用；
[0023] C、将两金属棒的待粘贴表面分别粘合在圆片样品两个待粘贴表面；
[0024] D、在基层与包覆层界面间切出一个环形切口，切口角度为15°~90°，并保证切口 中屯、线落在界面上。
[0025] 如上所述的用于测量金属复合材料结合强度的测量试样的制作方法，其中，在所 述步骤C之前，还包括步骤：
[0026] B、对圆片样品及金属棒的待粘贴表面进行打磨处理。
[0027] 如上所述的用于测量金属复合材料结合强度的测量试样的制作方法，其中，所述 金属复合材料为侣钢复合材料，其中钢为基层，侣为包覆层。
[0028] 通过使用本发明中测量试样和测量方法，可W摆脱常规测量方法中受粘结剂强度 限制的问题，能够有效的测量金属复合材料的结合强度。
【附图说明】
[0029] 通过结合W下附图所作的详细描述，本发明的上述或其他方面的优点将变得更清 楚和更容易理解，运些附图只是示意性的，并不构成本发明的限制，其中：
[0030] 图1为本发明实施例中测量试样与金属棒粘结后、拉伸前的结构示意图；
[0031] 图2为本发明实施例中测量试样与金属棒粘结后、拉伸前的另一种结构示意图；
[0032] 图3为本发明实施例中测量试样与金属棒粘结后、拉伸前的另一种结构示意图；
[0033] 图4为本发明实施例中测量试样中圆片样品的结构示意图。
[0034] 图中各标号表示如下：
[0035] 1:侣棒；
[0036] 2:侣层；
[0037] 3:钢层；
[003引4:粘结剂。
【具体实施方式】
[0039] 下面结合附图详细说明本发明的【具体实施方式】。
[0040] 在此记载的实施例为本发明的特定的【具体实施方式】，用于说明本发明的构思，均 是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的 实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而 易见的其它技术方案，运些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的 替换和修改的技术方案，都在本发明的保护范围之内。
[0041] 本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思、各部分的形状及其相互关系。 请注意，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同 的比例绘制，相同的参考标记用于表示相同的部分。
[0042] -种金属复合材料结合强度的测量方法，包括W下步骤：
[0043] A、在含有基层和包覆层的复合材料上切割出一圆片样品备用，制作或选取两根横 截面直径等于圆片样品直径的金属棒待用。
[0044] 具体的，可采用线切割方式从金属复合材料层上切割出半径为r待检圆片样品，也 可W采用其他切割方式，保证圆片样品外形规则即可。
[0045] 进一步的，所述待用金属棒可W为侣棒、铜棒或其他材质金属棒。优选的，选取侣 质材料金属棒，该侣棒长度应为30~70mm，方便试样进行夹持和拉伸实验。
[0046] B、对圆片样品及金属棒的待粘贴表面进行打磨处理。
[0047] 打磨前可W事先清洗圆片样品及侣棒的待粘贴表面，目的在于清除待粘贴表面油 污和氧化层，圆片样品两侧的圆形平面、侣棒的一圆形端面均为待粘贴表面。
[0048] 进一步的，为了获得更好的表面质量，可W通过W下手段清洗圆片样品及侣棒的 待粘贴表面:利用盐酸清洗圆片样品及侣棒上的各待粘贴表面，然后用脱脂剂依次擦拭圆 片样品及侣棒的各待粘贴表面。其中，脱脂剂一般为丙酬和酒精，由于清洗过的待粘贴表面 会含有残留物，因此须对待粘贴表面进行打磨，通常是在各待粘贴表面风干后，采用500#砂 纸对圆片样品及侣棒的待粘贴表面进行砂纸打磨处理。
[0049] C、将两金属棒的待粘贴表面分别粘合在圆片样品两个待粘贴表面上。
[0050] 具体的，选取的侣棒横截面直径与圆片样品的直径相等，粘贴时，应使侣棒端面与 圆片样品的带粘贴面完全重合。
[0051] 进一步的，所述粘结剂可选取环氧树脂粘结剂。环氧树脂适用于金属与金属之间 的粘接，如铁皮、锻锋板、侣锥、铜锥、侣板、冷板W及其他金属卷材。且经环氧树脂粘合的制 品间的强度可W达到40Mpa，经环氧树脂粘合的制品间的强度比侣钢复合材料的界面结合 强度大。圆片样品与金属棒粘结后，放置在常溫25°C状态下24小时W上，W使粘接剂完全固 化;并设定粘接剂与金属的粘接强度为0(a)。
[0052] D、在基层与包覆层界面间切出一个环形切口，并保证切口中屯、线落在界面上。
[0053] 具体的，如图4所示，图4为本发明实施例中测量试样中圆片样品的结构示意图。为 保证其切割精度，可选择精密机械加工进行切除，切口前端曲率半径为r = 0.1mm，界面面积 设为A。切除后，应保证界面的垂直中屯、线线与拉伸轴线保持重合。
[0054] 进一步的，且切口形状可W为多种类型，可W呈一个环形模形切口，其切口角度范 围为15°~90°，如图1所示;或者加工成一个环形凹槽形状，如图2所示；而对于复合层厚度 较厚的侣钢复合材料，在能保证侣的强度大于界面结合强度的情况下，可W把凹槽加工在 侣钢界面的中间位置，如图3所示。
[0055] E、将试样放至拉伸机上做拉伸试验。
[0056] 具体的，拉伸机的夹头分别夹在两根侣棒的远离圆片试样的一端，控制拉伸机上 的夹头分别向两外侧移动。夹头移动速度为2mm/min-10mm/min(毫米/分钟），从而使用圆片 样品上的钢片与侣片分离。
[0057] 进一步的，所述拉伸机可选择使用电子万能试验机，电子万能试验机适用于对金 属、橡胶、塑料、侣塑管、复合材料、防水材料、纺织物、纱线、纤维、电线电缆、纸张、弹黃、木 材、包装材料、胶带等材料进行拉伸、压缩、弯曲、剪切、撕裂、剥离等力学性能的测试。
[0058] F、获取试样拉伸时的最大拉伸力的数值F，根据F Air2计算得到试样的结合强度。
[0059] 其中，数值F代表试样拉伸时的最大拉伸力，r代表圆片样品的界面处半径。
[0060] 为了更好的确定侣钢复合材料的结合强度，还可W在金属复合材料上同时切割多 个圆片样品，重复进行步骤A-F，计算各个圆片样品结合强度的 平均值，该平均值即为金属 复合材料的界面结合强度。
[0061] 本发明只要在加工试样时保证金属结合界面面积A<〇(a) ·地V〇(i)即可，对于 侣钢复合材料来说〇(i)在60M化~70MPa，而胶粘强度在30M化~40M化之间，因此在加工试 样时只要保证A《7tR2/、/5就可W保证能够获得侣钢界面的拉伸结合强度。
[006。 实施例
[0063] 本发明使用的粘接拉伸试样为侣钢复合材料，4A60侣/08A1钢复合材料总厚为 1.5mm，其中侣层4A60厚度0.08mm，钢层08A1厚度1.49mm，侣层厚度远小于钢层厚度。
[0064] 所述金属棒粘接与试样加工的具体操作为：
[0065] (1)利用线切割方式在侣钢复合材料层上加工出圆片样品，其圆片样品的直径为 10mm，并制作两根横截面直径与圆片样品的直径相同的侣棒，其长度选取30mm。
[0066] (2)待粘贴表面进行砂纸打磨处理。
[0067] 先用盐酸清洗上圆片样品及侣棒上的各待粘贴表面，然后用丙酬依次擦拭圆片样 品及侣棒的各待粘贴表面，去除样品的表面油污，在各待粘贴表面风干后，采用500#砂纸对 圆片样品及侣棒的待粘贴表面进行砂纸打磨处理，使样品表面粗糖度达到2WI1。
[0068] (3)使用环氧树脂粘接剂将两侣棒的待粘贴表面分别粘合在圆片样品两个待粘贴 表面上，并于常溫下放置24小时W上，W使粘接剂完全固化，粘贴时应使待粘贴表面完全重 合。
[0069] (4)通过机械加工在侣层与钢体界面切出一个角度约为26°的环形切口，切口深度 为2mm，切口前端曲率半径为r = 0.1mm，并保证切口中屯、线落在界面上，圆形界面的垂直中 屯、线与拉伸轴线保持一致，其界面面积为A，界面面积A = 3.14X(5-2)2 = 28.26mm2。
[0070] (5)用CMT7540电子万能试验机将侣棒的两个自由端夹紧，施加恒定速度5mm/min。 并记录拉伸过程中的力-位移曲线，测定侣钢层发生拉伸时的最大拉力约为F1896N，通过最 大力与界面面积的比值计算出侣钢复合材料界面结合强度为〇(i) = 1896N/28.26mm2 = 67MPa。此时，粘结剂面所承受的拉应力为0(a) =F/S，此处8 = 3.14 X52mm2 = 78.5mm2,〇(a) = 1896/78.5MPa = 25MPa，其粘结剂面的拉应力小于环氧树脂粘结剂的临界强度，故粘接界 面不会发生断裂。
[0071] 另外制作两根横截面直径与圆片样品的直径相同的侣棒，其长度选取70mm，利用 上述方法制作测量用试样，试样切口大小与上述实施例相同。对制备好的试样进行拉伸试 验，其试验结果与上述实施例结果一致。
[0072] 另外制作两根横截面直径与圆片样品的直径相同的侣棒，其长度选取50mm，利用 上述方法制作测量用试样，试样切口大小与上述实施例相同。对制备好的试样进行拉伸试 验，其试验结果与上述实施例结果一致。
[0073] 因此，利用本发明中提出的测量方法及测量试样可W有效的测量出侣钢复合材料 的结合强度。
[0074] 本发明还提出了一种用于测量金属复合材料结合强度的测量试样，包括含有基层 和包覆层的复合材料的圆形样片和两根金属棒，其特征在于，所述两根金属棒的直径等于 所述圆形样片直径，所述两根金属棒的一端分别粘贴在圆形样片的两侧的圆形表面上，所 述圆形样片的基层与复合层界面间具有一个环形切口，切口角度为15°~90°，并保证切口 中屯、线落在界面上。
[0075] 进一步的，所述复合材料为侣钢复合材料，其中钢为基层，侣为包覆层。
[0076] 进一步的，所述两根金属棒的一端分别粘贴在圆形样片的两侧的圆形表面上之 前，对圆片样品及金属棒的待粘贴表面进行打磨处理。
[0077] 本发明还提出了一种用于测量金属复合材料结合强度的测量试样的制作方法，包 括W下步骤：
[0078] A、在含有基层和包覆层的复合材料上切割出一圆片样品备用，制作或选取两根横 截面直径等于圆片样品直径的金属棒待用。
[0079] 具体的，可采用线切割方式从侣钢复合材料层上切割出半径为r待检圆片样品，也 可W采用其他切割方式，保证圆片样品外形规则即可。
[0080] 进一步的，所述待用金属棒可W为侣棒、铜棒或其他材质金属棒，优选的，选取侣 质材料金属棒，该侣棒长度应为30~70mm，方便试样进行夹持和拉伸实验。
[0081] B、对圆片样品及金属棒的待粘贴表面进行打磨处理。
[0082] 打磨前可W事先清洗圆片样品及侣棒的待粘贴表面，目的在于清除待粘贴表面油 污和氧化层，圆片样品两侧的圆形平面、侣棒的一圆形端面均为待粘贴表面。
[0083] 进一步的，为了获得更好的表面质量，可W通过W下手段清洗圆片样品及侣棒的 待粘贴表面:打磨前利用盐酸清洗圆片样品及侣棒上的各待粘贴表面，然后用脱脂剂依次 擦拭圆片样品及侣棒的各待粘贴表面。其中，脱脂剂一般为丙酬和酒精，由于清洗过的待粘 贴表面会有残留物，因此须对待粘贴表面进行打磨，通常是在各待粘贴表面风干后，采用 500#砂纸对圆片样品及侣棒的待粘贴表面进行砂纸打磨处理。
[0084] C、将两金属棒的待粘贴表面分别粘合在圆片样品两个待粘贴表面。
[0085] 具体的，选取的侣棒横截面直径与圆片样品的直径相等，粘贴时，应使侣棒端面与 圆片样品的带粘贴面完全重合。
[0086] 进一步的，所述粘结剂可选取环氧树脂粘结剂。环氧树脂适用于金属与金属之间 的复合，如铁皮、锻锋板、侣锥、铜锥、侣板、冷板W及其他金属卷材。且经环氧树脂粘合的制 品间的剥离强度可W达到40Mpa，经环氧树脂粘合的制品间的剥离强度比侣钢复合材料的 界面结合强度大。圆片样品与金属棒粘结后，放置在常溫25°C状态下24小时W上，W使粘接 剂完全固化。
[0087] D、在基层与包覆层界面间切出一个环形切口，切口角度为15°~90°，并保证切口 中屯、线落在界面上。
[0088] 具体的，为保证其切割精度，可选择精密机械加工进行切除，切口前端曲率半径为 r = 0.1mm，界面面积设为A，切除后，应保证界面的垂直中屯、线线与拉伸轴线保持重合。
[0089] 进一步的，且切口形状可W为多种类型，可W呈一个环形模形切口，其切口角度范 围为15°~90%如图1所示;或者加工成凹槽形状，如图2所示;而对于复合层厚度较厚的侣 钢复合材料，在能保证侣的强度大于界面结合强度的情况下，可W把凹槽加工在侣钢界面 的中间位置，如图3所示。
[0090] 当需要测量侣钢复合材料的结合强度时，只需选取对应的测量试样进行拉伸实验 即可。
[0091] 上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其他特征的组合，本领域技术人员还 可根据发明之目的进行各技术特征之间的其他组合，W实现本发明之目的为准。
【主权项】
1. 一种金属复合材料结合强度的测量方法，包括以下步骤： S1:制备测量用试样： A、 在含有基层和包覆层的复合材料上切割出一圆片样品备用，制作或选取两根横截面 直径等于圆片样品直径的金属棒待用； C、 将两金属棒的待粘贴表面分别粘合在圆片样品两个待粘贴表面； D、 在基层与包覆层界面间切出一个环形切口，切口角度为15°~90°，并保证切口中心 线落在界面上； S2:进行拉伸试验： E、 将试样放至拉伸机上做拉伸试验； S3:计算结合强度： F、 获取试样拉伸时的最大拉伸力的数值F，根据F/m2计算得到试样的结合强度， 其中，F代表试样拉伸时的最大拉伸力，r代表圆片样品的界面处半径。2. 根据权利要求1所述的金属复合材料结合强度的测量方法，其特征在于，所述金属复 合材料为铝钢复合材料，其中钢为基层，铝为包覆层。3. 根据权利要求1所述的金属复合材料结合强度的测量方法，其特征在于，在所述步骤 C之前，还包括步骤： B、 对圆片样品及金属棒的待粘贴表面进行打磨处理。4. 一种用于测量金属复合材料结合强度的测量试样，包括含有基层和包覆层的复合材 料的圆形样片和两根金属棒，其特征在于，所述两根金属棒的直径等于所述圆形样片直径， 所述两根金属棒的一端分别粘贴在圆形样片的两侧的圆形表面上，所述圆形样片的基层与 复合层界面间具有一个环形切口，切口角度为15°~90°，并保证切口中心线落在界面上。5. 根据权利要求4所述的用于测量金属复合材料结合强度的测量试样，其特征在于，所 述复合材料为铝钢复合材料，其中钢为基层，铝为包覆层。6. 根据权利要求4所述的用于测量金属复合材料结合强度的测量试样，其特征在于，所 述两根金属棒的一端分别粘贴在圆形样片的两侧的圆形表面上之前，对圆片样品及金属棒 的待粘贴表面进行打磨处理。7. -种用于测量金属复合材料结合强度的测量试样的制作方法，包括以下步骤： A、 在含有基层和包覆层的复合材料上切割出一圆片样品备用，制作或选取两根横截面 直径等于圆片样品直径的金属棒待用； C、 将两金属棒的待粘贴表面分别粘合在圆片样品两个待粘贴表面； D、 在基层与包覆层界面间切出一个环形切口，切口角度为15°~90°，并保证切口中心 线落在界面上。8. 根据权利要求7所述的用于测量金属复合材料结合强度的测量试样的制作方法，其 特征在于，在所述步骤C之前，还包括步骤： B、 对圆片样品及金属棒的待粘贴表面进行打磨处理。9. 根据权利要求7所述的用于测量金属复合材料结合强度的测量试样的制作方法，其 特征在于，所述金属复合材料为铝钢复合材料，其中钢为基层，铝为包覆层。
【专利摘要】本发明提出金属复合材料结合强度的测量方法、试样及试样制作方法。该测量方法包括步骤：A、在金属复合材料上切割出圆片样品备用，制作或选取两根横截面直径等于圆片样品直径的金属棒待用；B、对样品及金属棒的待粘贴表面进行打磨处理；C、将两金属棒的待粘贴表面分别粘合在圆片样品两个待粘贴表面；D、在基层与包覆层界面间切出一个环形切口，并保证切口中心线落在界面上；E、将试样放至拉伸机上做拉伸试验；F、获取试样拉伸时最大拉伸力的数值F，根据F/πr2计算得到试样的结合强度，其中，F代表试样拉伸时的最大拉伸力，r代表圆片样品的界面处半径。通过使用本发明中测量试样和方法，能够有效的测量金属复合材料的结合强度。
【IPC分类】B32B15/01, G01N1/28, G01N3/08, G01N19/04
【公开号】CN105486632
【申请号】CN201511004869
【发明人】李龙, 陈鑫, 韩银娜, 周德敬
【申请人】银邦金属复合材料股份有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月28日
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