几何形状对热喷涂涂层界面断裂能测量的影响

《Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures》：Influence of Geometry on Interface Fracture Energy Measurements of Thermal Spray Coatings

本文对比了改性夹紧梁与悬臂梁两种弯曲基础界面断裂能测量技术，通过数字图像相关-裂纹开口位移法在等离子喷涂氧化铝/低碳钢界面实现高通量测试，发现悬臂梁测得Gc为89±5 J/m2，夹紧梁为56±16 J/m2，分析相位角、应力状态及几何因素对Gc的影响。

　　

摘要

本文比较了两种基于弯曲原理的界面断裂能测量技术：改进型夹紧梁（modified clamped beam）和改进型悬臂梁（modified cantilever），这两种技术是在一个由空气等离子喷涂氧化铝层覆盖在低碳钢表面的模型系统上进行的测试。通过使用数字图像相关法（DIC）结合裂纹开合位移（COD）测量方法，从同一样品上获得了多个界面能数值，从而实现了高效率的数据采集。研究发现，界面断裂能（G_C）的平均值和标准差与几何形状有关：改进型夹紧梁的G_C值为56 ± 16 J/m2，而改进型悬臂梁的G_C值为89 ± 5 J/m2。文章还讨论了相位角和应力状态对G_C的影响以及数据分布的原因。这两种几何结构的优缺点被用于评估多种热喷涂涂层/基材组合以及其他陶瓷/金属界面的性能。

总结

• 比较了两种高效率的界面断裂能（G_C）测量技术。
• 由于相位角的差异，界面断裂能具有几何依赖性。
• 改进型悬臂梁得到的G_C值与裂纹长度无关，因此是一种可靠的技术。
• 与改进型悬臂梁相比，改进型夹紧梁在裂纹扩展过程中更为不稳定。