侧向基体拉伸法测量界面剪切强度失效的机制分析

对于采用侧向基体拉伸法研究脆性涂层的力学性能，正如在第3章和第4章中所陈述的，至今仍是一种比较重要和可靠的方法，其示意图为第1章的图1.2，开裂特征为图1.4。侧向基体拉伸法的优势在于可以很好地控制和利用涂层开裂的裂纹特征，同时，它可以很方便地利用显微镜技术实时观察涂层的表面和界面开裂情况。根据第3章和第4章所得到的结果，可以利用脆性涂层的饱和裂纹密度、断裂强度和厚度来推导出其与基体的界面剪切强度；但是对于有些情形，由涂层的饱和裂纹密度、断裂强度和厚度导出的界面剪切强度是保守的。其具体的情形有以下几种。

（1）对于界面结合较弱的情形，如果涂层开裂出现在裂纹密度饱和之时，涂层与基体也出现了界面开裂，此时如果基体还处于弹性变形的阶段，可以利用公式（3.18）来求得涂层与基体的界面剪切强度。

（2）对于界面结合强度中等的情形，如果涂层开裂出现在裂纹密度饱和之时，涂层与基体也出现了界面开裂，此时如果基体发生了较大的塑性变形，如果还利用公式（3.18）来求得涂层与基体的界面剪切强度，那么所得到的界面剪切强度是保守的，也即公式（3.18）计算出来的界面剪切强度小于真实的界面剪切强度。这时，应该采用有限元计算的方法来计算真实的界面剪切强度。

（3）对于界面结合较强的情形，如果涂层开裂出现在裂纹密度饱和之后，涂层与基体也没有出现界面开裂，此时如果基体发生了较大的塑性变形，利用公式（3.18）来求得涂层与基体的界面剪切强度也是保守的，也即公式（3.18）计算出来的界面剪切强度小于真实的界面剪切强度。这时，可以把韧性基体的剪切屈服塑性流动应力作为该种材料体系界面剪切强度的保守值估计。(www.xing528.com)

（4）对于界面结合非常强的情形，如果涂层开裂出现在裂纹密度饱和之后，韧性基体被拉伸至断裂都没有出现界面开裂的情形，如本文的研究对象——电镀铬／钢基体材料，这时利用公式（3.18）来求得涂层与基体的界面剪切强度也是保守的。只不过此时应该把韧性钢基体的剪切断裂强度作为该种材料体系界面剪切强度的保守值估计。

对于采用侧向基体拉伸方法研究涂层／基体材料的界面结合性能，有一个限制条件，就是涂层的变形能力必须小于基体的变形能力，否则涂层的开裂现象将很可能观察不到，因此这种方法特别适合于脆性涂层／韧性基体材料体系。