GB/T 39686-2020.Test method for determining elastic modulus and strength of thickceramic coatings.
1范围
GB/T 39686规定了常温下通过三点弯曲法测试陶瓷厚涂层(>30μm)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。
GB/T 39686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。
2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/T 16491电子式万能试验机
GB/T 21389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 deflection ratio
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。

ICS81.060.30
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 thickceramic coatings
2020-12-14发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2021-07-01实施
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。GB/T39686-—2020
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
1范围
陶瓷厚涂层的弹性模量与强度试验方法GB/T39686-—2020bZxz.net
本标准规定了常温下通过三点弯曲法测试陶瓷厚涂层（>30μm）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
术语和定义
游标、带表和数显卡尺
下列术语和定义适用于本文件。3.1
Efracturestrengthof coating
涂层断裂强度
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
modulus ratio
模量比
涂层弹性模量与基体弹性模量的比值。3.3
thicknessratio
厚度比
涂层厚度与基体厚度的比值。
deflectionratio
挠度比
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30um。a）单面涂层
说明：
涂层；
一基体；
涂层厚度；
基体厚度。
2样品制备
b）双面涂层
图1不同涂层横截面结构示意图（单面、双面、四面）样品可以从以下两种途径获得：e）
四面涂层
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
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，避免彼被此碰撞。6.4
样品数量
样品不少于6个。
7试验
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0.5μm。GB/T39686—2020
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
2弯曲挠度和基体弹性模量的测试7.2
7.2.1弯曲挠度测试
采用位移控制方式加载速率为0.2-mm/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。1
说明：
样品：
一变形测量装置；
施加的载荷。
图2三点弯曲试验挠度测量示意图GB/T39686—2020
7.2.2基体弹性模量测试
采用三点弯曲法测试基体材料的弹性模量，加载速率0.2mm/min，按公式（1)计算。E
式中：
4000B×
弹性模量，单位为吉帕（GPa)；样品下跨距，单位为毫米（mm）；样品厚度，单位为毫米（mm）；样品宽度，单位为毫米（mm）：在弹性变形范围内载荷增量，单位为牛顿(N)；挠度增量，单位为毫米（mm）。3涂层弹性模量测试
.（1)
以0.2mm/min的加载速率施加载荷，载荷从0.1P。到0.5P（P。为涂层断裂时的临界载荷）。记录载荷线性区的载荷增量△P和对应的挠度增量△f。测量基体样品挠度的增量f1和弹性模量E1。用相同载荷测量复合体样品挠度的增量f2。涂层弹性模量可通过样品尺寸、厚度比和挠度比求得，见公式（2）和表1。涂层弹性模量应在强度计算前确定7.4涂层断裂强度测试
涂层弹性模量测定之后，采用图2所示方式放置样品，确保压头和样品均匀接触。以0.2mm/min的加载速率施加载荷并记录涂层断裂时的临界载荷Pc。涂层断裂强度可由临界载荷和样品尺寸求得，见公式（3）。
注：对于金属基体推荐用声发射装置来确定样品的临界载荷。对于大多数脆性基体来说临界载荷就是峰值载荷。8计算
8.1涂层弹性模量的计算
涂层弹性模量E。按公式（2)计算。E.=aXE.
式中：
涂层和基体弹性模量的比值：
E。一基体的弹性模量，单位为吉帕（GPa）。·（2)
三种涂层结构的模量比α如表1所示。根据获得的样品尺寸、厚度比和挠度比，依据表1中的计算公式得到模量比α，根据公式（2）计算涂层弹性模量。注：如果基体的弹性模量和尺寸已知，三点弯曲试验的挠度于无需测量，可以用公式（1)反推求得。4
式中：
表1三种涂层结构样品的弹性模量和度的比值不同涂层结构
单面涂层【图la】
双面涂层[图1b)]
四面涂层［图1e］
-A+VA*+C
GB/T39686-—2020
其中R=h/H.F-f//f2.A=4R2+6R+4-F.C=4R2(F-1)a21
基体样品与镀涂层复合体样品的挠度增量比；基体样品的惯性矩，单位为四次方毫米（mm）：基体样品的挠度增量.单位为毫米（mm）：Bh
h（2h+H)3
镀涂层复合体样品的挠度增量，单位为毫米（mm）；涂层的厚度，单位为毫米（mm)；基体样品的厚度，单位为毫米（mm）；基体样品的宽度，单位为毫米（mm)。涂层断裂强度的计算
涂层断裂强度。按公式（3)计算。αLP
式中：
涂层和基体弹性模的比值，根据表1公式计算；涂层断裂的临界载荷，单位为牛顿(N)；三点弯曲的跨距，单位为毫米（mm）；拉伸表面到中性轴的距离，单位为毫米（mm），见表2；Bh (h+H)2-
复合样品的惯性矩，单位为四次方毫米（mm），见表2。·其中I
Bh（h+H)2
其中I
..........( 3)
表2三种不同涂层结构的样品拉伸表面到中性轴的距离及惯性矩计算公式不同涂层结构
单面涂层【图1a)
双面涂层[图1b]]
四面涂层[图1c)]
H(H+2h)+ah
2(H+ah)
注：涂层的残余应力所造成的影响不在这里考虑BH3
ah(2h+H)3
[ah(H+h)
2（ah+H)
(h+H)\+
L2(ah+H)
(h+H)-
GB/T39686—2020
平均值和标准偏差
平均值和标准偏差：分别按公式（4）和公式（5)计算2g
式中：
o，第1个样品的数值；
样品的数量。
试验报告
试验报告应包含以下各项全部或部分信息：a)
试验机构的名称和地址；
试验日期、每页都需标注的报告编号；本试验所依据的标准；
样品的尺寸和厚度比；
样品说明（基体和涂层的材质，规格型号，样品批号）；试验次数和有效结果数量；
弹性模量和强度的有效结果、平均值、标准差；试验人员和其他。
.（5)
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