将两组原始试样（每组7个）用细铁丝捆绑在一起，放入电磁感应加热炉内，炉内温度已经事先升至650℃，然后维持恒定的650℃。在炉口下方放一大盆自来水（水温约12℃），用来冷却从炉内出来的试样。试验装置如图6.4所示。
图6.4 试验装置
为了区分这两种试样，在无激光预处理钢基体试样的背面（与铬层正对面）钻一个小孔。在涂层体系中，涂层材料与基体材料的热膨胀系数差异所导致的涂层内失配应力与温度的变化量成正比，其具体的关系式为
式中，EC为涂层的弹性模量；νC为涂层的泊松比；Δα为涂层与基体的热膨胀系数之差；ΔT为温度的变化量。借鉴文献［4］提供的铬的相关参数，其热膨胀系数αC＝8.4×10－6／K，弹性模量EC＝280 GPa，铬的泊松比νC＝0.22，而钢的热膨胀系数αS＝12.5×10－6／K。在本研究中，温差大约为630℃，通过式（6.4），可以估算出由于热膨胀系数的差异所产生的应力。
关于铬层的剥落问题，Underwood等［5］认为铬层的开裂与剥落均由热应力引起，并着重研究了铬层表面裂纹已到达铬层／钢基体界面的情况。提出此时铬层沿界面剥落的三种可能形式：剪切、弯曲和界面裂纹失稳扩展，其力学模型如图6.5所示。
他们通过计算得到相关情形下，铬层剥落时的临界长度分别为式（6.5）～式（6.7）。由此指出，导致铬层剥落最可能的原因是剪切破坏。(www.xing528.com)
以上各式中，SH、BD、CK分别代表剪切、弯曲和界面裂纹。
图6.5 铬层剥落力学模型［5］
Underwood等［6］基于上述剪切失效模型，利用裂纹穿透深度h/2和2h处之间的平均温度计算热膨胀剪切应力。利用图6.6中的力学平衡关系，得到铬层“孤岛”块根部因膨胀受到的剪切应力表达式为
由式（6.8）可知，在相同的涂层材料和热载荷条件下，L/h控制着“孤岛”块根部的剪切应力。
图6.6 铬层“孤岛”热膨胀剪切应力［6］
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