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超声波金属快速增材制造成形机理研究进展(六)

4  超声波固结成形金属界面性能表征技术

        叠层复合材料是通过界面结合在一起的, 界面在加载过程中将外力传递给邻接层, 起到了层与层之间的桥梁作用, 同时在微观上界面可有效限制材料在塑性变形过程中的位错运动, 因此界面对叠层材料有硬化和增韧作用, 对叠层材料的性能起着非常重要的作用。可见全面彻底地了解界面性能是控制和改善叠层材料的最重要基础之一。目前, 表征超声波固结成形金属界面性能主要有搭接-剪切和拉伸试验、剥离试验和“Push-Pin冶试验等。Hopkins 等根据ASM C 961-06 标准设计的搭接-剪切试样见图8, 而拉伸试样由于尺寸较小无法按照标准设计, 其尺寸见图9。Obiehdan 等也通过搭接-剪切试验测得了Ti/ Al 固结样品界面的强度。但此方法测试时有一定的局限性, 只限于测试界面强度较低的样品。若样品界面强度较高时, 基板界面失效先于界面失效。

搭接-剪切式样及拉伸式样示意图
 
        经多数实验结果表明, 剥离试验是研究箔材长度方向结合强度非常有效的方法。Li 等依据BS EN 2243-2 :1991 标准设计试验, 其测试原理见图10。试验时,为防止在加载过程中发生弯曲, 先将试样固定于支撑板上, 然后对第二层加载并记录测试结果。Kong 等研究发现剥离强度随焊接参数增大至极值后下降, 进一步显微观察得出其剥离强度的最高水平值与线结合密度无关。而且在剥离试验中存在一临界载荷, 若超过临界载荷值试样将在接近基板处失效。

剥离试验原理示意图
 
        Zhang 等则发展了一种“Push-Pin冶方法来测量固结试样结合强度, 其试验装置和试样尺寸见图11。此方法的主要优点为可测量指定表面的结合强度, 尤其是异种材料叠层的试样, 但目前尚未统一的测试标准。
“Push-Pin”试验示意图

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