ICS 81.060.30 Q 32 中华人民共和国国家标准 GB/T39686—2020 陶瓷厚涂层的弹性模量与强度试验方法 Test method for determining elastic modulus and strength of thick ceramic coatings 2020-12-14发布 2021-07-01实施 国家市场监督管理总局 发布 国家标准化管理委员会 GB/T39686—2020 前言 本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。 本标准由中国建筑材料联合会提出。 本标准由全国工业陶瓷标准化技术委员会（SAC/TC194）归口。 本标准起草单位：中国建材检验认证集团股份有限公司、深圳市八六三新材料技术有限责任公司、 佛山市质量计量监督检测中心、郑州德众刚玉材料有限公司、上海浦公检测技术股份有限公司、中国科 学院上海硅酸盐研究所、广州今泰科技股份有限公司、北京天山新材料技术有限公司、山东工业陶瓷研 究设计院有限公司。 本标准主要起草人：包亦望、万德田、田远、陈寿、王鑫、刘树、吕宏伟、宓宇晓、曾毅、苏东艺、陈亚菊、 刘小根、马德隆、邱岩、王艳萍、潘瑞娜、孙与康、陈常祝。 1 GB/T39686—2020 陶瓷厚涂层的弹性模量与强度试验方法 1范围 本标准规定了常温下通过三点弯曲法测试陶瓷厚涂层（>30m）弹性模量和强度的试验方法的术 语和定义、原理、仪器设备、样品、试验、计算以及试验报告。 本标准适用于金属或者陶瓷基体上的陶瓷厚涂层弹性模量和强度的测定，其他硬脆厚涂层（弹性模 量大于60GPa)可以参照使用。 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件 GB/T16491电子式万能试验机 GB/T21389游标、带表和数显卡尺 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 涂层断裂强度 fracture strength of coating 含有单面涂层的梁样品在弯曲载荷作用下涂层在破坏时所受的平均拉伸应力。 3.2 模量比 modulus ratio 涂层弹性模量与基体弹性模量的比值 3.3 厚度比 thickness ratio 涂层厚度与基体厚度的比值。 3.4 挠度比deflectionratio 在给定载荷与跨距的三点弯曲试验中，同一样品制备涂层前后的挠度比值 4原理 利用三点弯曲试验方法分别测得在相同条件下同一样品制备涂层前（基体样品）和制备涂层后（复 合体样品）的挠度，两个挠度的比值反映了样品弹性模量的差别。涂层弹性模量可通过挠度比值和样品 尺寸计算得出。在获得涂层弹性模量之后，对含涂层样品加载直至涂层断裂，获得其临界载荷，通过涂 层断裂时的临界载荷和样品尺寸计算得到涂层断裂强度。 1 GB/T39686—2020 5仪器设备 5.1试验机 试验机应符合GB/T16491的规定，载荷测量精度为1%或更高，自动记录载荷与位移或测试时间 的关系曲线。 5.2量具 测量样品尺寸用的游标卡尺应符合GB/T21389的规定，分辨率为0.02mm或更高。涂层厚度要 用放大倍数为200倍或更高的光学显微镜来测量。样品挠度测量装置的分辨率为0.001mm或更高。 6样品 6.1样品尺寸 三种不同涂层结构可用于涂层性能测试，含涂层样品的矩形截面分别是： a) 单面涂层，涂层只在样品下表面，见图1a）； b）双面涂层，涂层在样品的上表面和下表面，见图1b）； 四面涂层，涂层在梁样品的四个侧面，见图1c）。 样品的长度、宽度和厚度分别为36mm、4mm和2mm，或具有同样尺寸比例的样品。涂层与基体 的厚度比h/H应大于1/100。涂层厚度h应大于30μm。 a）单面涂层 b）双面涂层 c）四面涂层 说明： 1——涂层； 2——基体； h—涂层厚度； H——基体厚度。 图1不同涂层横截面结构示意图（单面、双面、四面） 6.2 样品制备 ZAC 样品可以从以下两种途径获得： a）原始状态为含有涂层样品，直接测试给定载荷下的挠度，然后研磨掉涂层并抛光，剩余部分作 为基体样品进行相同条件下的挠度测试； b）原始状态为无涂层样品，直接测试给定载荷下的挠度，然后在该样品上镀涂层，再测试含涂层 样品的挠度。 如果得到的涂层在不同表面的最厚处和最薄处的差别大于5%，则应重新制备样品， 2 GB/T39686—2020 6.3 3样品存放 样品要轻拿轻放，以免损伤样品。存放样品时应相互隔离，避免彼此碰撞。 6.4样品数量 样品不少于6个。 7 试验 7.1 尺寸测量 采用游标卡尺测量样品中间和两端的长度，宽度和厚度，求得各自的平均值 至少选取三点测量涂层的厚度，偏差应小于0.5um。 注：对于无涂层样品，直接测量获得基体厚度。对于含涂层样品，通过光学显微镜获得涂层厚度后，用复合体厚度 减去涂层厚度获得基体厚度。 7.2 2弯曲挠度和基体弹性模量的测试 7.2.1弯曲挠度测试 采用位移控制方式，加载速率为0.2mm/min。 含涂层和无涂层的样品弯曲挠度可用三点弯曲方法获取，下跨距为样品长度的5/6。对于含涂层 的样品，将涂层面置于弯曲受拉面。将加载压头放置在两个支撑辊中间，确保加载压头和样品均匀接 触。将挠度测量装置放在样品涂层面，获得挠度值，如图2所示。 说明： 1——样品； 2 变形测量装置； 施加的载荷。 图2 三点弯曲试验挠度测量示意图 3 7.2.2基体！ 采用三， 基体材料的弹性模量，加载速率0.2mm/min，按公式（1)计算 1 AD E= X 4000 自位为吉帕（GPa)； ，单位为毫米（mm）； 自位为毫米（mm）： m 曾量，单位为牛顿(N)； im)。 荷.载荷从0.1P。到0.5P 荷）。 荷增量△P和 记录载 增量Af。测 和弹性模 量E1。用相 合体样品挠 涂层弹 样品尺寸、厚） 求得，见公式 涂层弹 度计算前确定 裂强度测试 样品，确保压 生模量测定之后，采用图2」 可接触。以0. Pc。涂层断至 施加载荷并记录涂层断裂时 界载荷和样品 金属基体推荐用声发射装置来 载荷。对于大 说临界载荷就是 8计算 8.1 涂层弹性模量的计算 涂层弹性模最F按公 XE. .... 式中： α: 性模量的比值 E. 量，单位为吉 二种涂1 如1所 是的样品尺寸厚度比和挠！ 1)反推求得。 GB/T39686—2020 涂层结构样品的弹性模量和挠度的比值 编号 不同涂层结 α值 -A+VA?+C 1a)] 1 2R3 其中R=h/h 1=4R2+6R+2 Bh (h+H)2 1b)] 2 α2=1( 2 Bh²Bh（h 3 1c)1 2 式中： F 品的挠度增量比； I1 次方毫米（mm*）； f1 毫米（mm）； f2 镀涂层复台体 mm); h 涂层的厚度，单 H 基体样品的厚 B 基体样品的宽 8.2 涂层断裂强度的计算 涂层断裂强度α。按公式（3)计算。 αLP. Xye a= ...(3) 41 式中: 式计算； Q P. : < ye (mm），见表2 I 表2三种不同涂层结构的样品拉伸： 的距离及惯性矩计算公式 编号 不同涂层结构 ye 1 H(H+2h）+αah² [αh(H+h) H?+Hh 单面涂层[图la]] +BH 1 +αBh 2(H+~1 ) 2(αh +H) 双面涂层[图1b)］ 0.5H 2 I2 = αh（2h BH3 四面涂层［图1c]] 3 0.5H 6 12 注：涂层的残余应力所造成的影响不在这里考虑。 5