專(zhuān)利名稱(chēng)：一種熱障涂層熱障性能與熱震性能同步測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是一種測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域的裝置，特別是一種熱障涂層熱障性能與熱震性能同步測(cè)試裝置。
背景技術(shù)：
熱障涂層一般是由表層陶瓷涂層與中間金屬粘結(jié)層組成的涂層系統(tǒng)。采用火焰噴涂、等離子噴涂、電子束物理氣相沉積等技術(shù)，在高溫受熱部件表面制備熱障涂層，利用熱障涂層優(yōu)良的熱障作用來(lái)保護(hù)受熱部件基體材料，進(jìn)而提高受熱部件工作溫度。熱障涂層技術(shù)在航空航天、燃?xì)獍l(fā)電等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，目前，熱障涂層技術(shù)在超高溫成形模具方面的應(yīng)用也有較大進(jìn)展。國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)所述的熱導(dǎo)率、結(jié)合強(qiáng)度、顯微硬度等靜態(tài)常溫理化檢測(cè)指標(biāo)，不能真實(shí)反映受熱部件在高溫服役工況下的情況。與之相比，涂層的熱障性能可以反映熱障涂層對(duì)部件金屬基體的隔熱效果，保證金屬基體在可耐受溫度范圍內(nèi)工作；涂層的熱震性能可以直觀反映涂層與金屬基體結(jié)合強(qiáng)度及涂層自身在冷熱交替作用下不破壞的循環(huán)次數(shù)。熱障性能和熱震性能是評(píng)價(jià)熱障涂層的重要指標(biāo)。熱障涂層的熱障性能是基于表層陶瓷涂層熱導(dǎo)率低，能夠有效阻礙服役工況下的高溫?zé)崮軅鬟f給部件金屬基體，從而保證金屬基體溫度相對(duì)較低，避免出現(xiàn)金屬基體過(guò)熱而引發(fā)早期失效，熱障性能通常以涂層表面溫度與金屬基體溫度差值作為判定條件。熱障涂層的熱震性能是從熱彈性理論出發(fā)，以涂層中的熱應(yīng)力和材料固有強(qiáng)度之間的平衡條件作為涂層熱震斷裂依據(jù)，以抵抗熱應(yīng)力而不破壞的熱循環(huán)次數(shù)作為判定條件。通過(guò)熱障涂層的熱障性能試驗(yàn)，可深入了解熱障涂層的隔熱效果，進(jìn)而結(jié)合部件工作溫度，確定熱障涂層是否可滿足實(shí)際工況熱障需求。通過(guò)熱障涂層的熱震性能試驗(yàn)，可考察熱障涂層的失效特點(diǎn)及失效機(jī)理，對(duì)熱障涂層的壽命預(yù)測(cè)提供依據(jù)。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，熱障涂層的熱障性能測(cè)試試驗(yàn)和熱震性能測(cè)試試驗(yàn)，都是單獨(dú)進(jìn)行的，通常需要兩套以上試驗(yàn)裝置才能完成試驗(yàn)，不僅耗費(fèi)更多的時(shí)間精力，而且試樣熱震性能試驗(yàn)過(guò)程的溫度波動(dòng)也未能實(shí)時(shí)記錄，對(duì)深入分析試樣熱震失效機(jī)理不利。現(xiàn)有技術(shù)測(cè)試熱障涂層熱震性能常采用火焰或加熱爐加熱，冷卻方式為試樣急速淬水、氣冷或空冷，但冷卻方式僅限試樣涂層表面冷卻方式或試樣金屬基體冷卻方式的一種。對(duì)用于超高溫成形模具上的熱障涂層，除采用金屬基體冷卻外，開(kāi)模時(shí)對(duì)模具型腔噴脫模劑時(shí)，對(duì)涂層表面也有冷卻作用。現(xiàn)有技術(shù)測(cè)試熱障涂層熱障性能的試驗(yàn)方法，不能完全模擬超高溫成形模具熱障涂層的服役工況。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的技術(shù)問(wèn)題在于克服已有技術(shù)熱障涂層熱障性能與熱震性能不能同時(shí)測(cè)試以及熱震測(cè)試試驗(yàn)冷卻方式單一的技術(shù)不足，克服已有技術(shù)不能有效模擬超高溫成形模具金屬基體和表面涂層均有介質(zhì)冷卻的服役工況，提供一種能高效率完成簡(jiǎn)單試樣熱障涂層熱障性能與熱震性能同步測(cè)試試驗(yàn)裝置，用于實(shí)現(xiàn)熱障涂層熱障性能與熱震性能同步測(cè)試，包括加熱爐、表面冷卻裝置、陶瓷堵頭、進(jìn)給機(jī)構(gòu)推桿、測(cè)溫裝置、進(jìn)給機(jī)構(gòu)主機(jī)、基體冷卻裝置以及控制系統(tǒng)，其特征在于所述加熱爐加熱管與所述試樣端部的陶瓷堵頭的均為水平方向且同軸；所述表面冷卻裝置固定在試樣在加熱爐外試樣停止位置的正上方；所述陶瓷堵頭設(shè)有內(nèi)部導(dǎo)流孔，用于導(dǎo)流通過(guò)試樣的冷卻介質(zhì)；所述試樣一端安裝了陶瓷堵頭，另一端插在進(jìn)給機(jī)構(gòu)推桿上；試樣橫斷面冷卻孔為通孔，并試樣橫截面中心區(qū)陣列分布；試樣橫斷面測(cè)溫孔設(shè)置為半徑方向均勻分布； 所述進(jìn)給機(jī)構(gòu)推桿通過(guò)壓板固定在進(jìn)給機(jī)構(gòu)主機(jī)的左側(cè)；所述測(cè)溫裝置通過(guò)外接熱電偶插入所述試樣基體內(nèi)部；所述進(jìn)給機(jī)構(gòu)主機(jī)設(shè)置在基體冷卻裝置的上面；所述基體冷卻裝置上表面設(shè)有冷卻液體溢流槽；所述控制系統(tǒng)集成在所述加熱爐控制面板上。進(jìn)一步地，所述的進(jìn)給機(jī)構(gòu)推桿和進(jìn)給機(jī)構(gòu)主機(jī)設(shè)有心部管路，心部管路個(gè)數(shù)、直徑及位置與所述試樣的冷卻孔和測(cè)溫孔的個(gè)數(shù)、直徑及位置相一致。進(jìn)一步地，所述的進(jìn)給機(jī)構(gòu)主機(jī)還裝有統(tǒng)計(jì)試樣進(jìn)出加熱爐次數(shù)的計(jì)數(shù)器。進(jìn)一步地，所述的測(cè)溫裝置是外接熱電偶的溫度記錄儀，外接的熱電偶穿過(guò)所述進(jìn)給機(jī)構(gòu)推桿的心部管路插入所述試樣基體內(nèi)部，熱電偶的個(gè)數(shù)和直徑與所述試樣測(cè)溫孔的個(gè)數(shù)和直徑相一致。進(jìn)一步地，所述的控制系統(tǒng)為PLC控制器。本實(shí)用新型可同時(shí)獲得熱障涂層熱障性能和熱震性能，并且對(duì)試樣熱震性能測(cè)試過(guò)程的溫度變化能夠詳細(xì)記錄，有利于更深入分析試樣熱震失效機(jī)理。本實(shí)用新型能按需設(shè)定對(duì)試樣加熱和冷卻方式，從而較真實(shí)的模擬熱障涂層部件的服役工況，可以更精確的測(cè)試熱障涂層的質(zhì)量和預(yù)估熱障涂層的壽命，從而對(duì)高溫工況下服役部件的噴涂效果進(jìn)行有效評(píng)估。

圖I是本實(shí)用新型熱障涂層熱障性能與熱震性能同步測(cè)試裝置示意圖；圖2是本實(shí)用新型測(cè)試熱障涂層熱障性能與熱震性能所需試樣圓棒橫斷面示意圖。其中，附圖標(biāo)記I一加熱爐，2—表面冷卻裝置，3—陶瓷堵頭，4一試樣，5一進(jìn)給機(jī)構(gòu)推桿，6—測(cè)溫裝置，7—進(jìn)給機(jī)構(gòu)主機(jī)，8—基體冷卻裝置，9一控制系統(tǒng)，10、13、14、17—試樣測(cè)溫孔，11、12、15、16—試樣冷卻孔
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步更詳細(xì)的描述。在圖I中，加熱爐I為管式電爐，可精確設(shè)定加熱區(qū)溫度，加熱管與所述試樣4及陶瓷堵頭3均為水平方向且同軸，從而保證試驗(yàn)時(shí)試樣順利進(jìn)入加熱管并均勻受熱。[0027]表面冷卻裝置2固定在試樣在加熱爐外試樣停止位置的正上方，可根據(jù)需要通冷卻水或壓縮空氣等不同冷卻介質(zhì)對(duì)試樣涂層表面進(jìn)行冷卻。試樣4為表面噴涂熱障涂層的金屬基材圓棒,一端以插入方式安裝在進(jìn)給機(jī)構(gòu)推桿5上，另一端同樣以插入方式與起冷卻介質(zhì)導(dǎo)流作用的陶瓷堵頭3相配合。圖2中試樣圓棒橫斷面冷卻孔為通孔，可選擇冷卻介質(zhì)從冷卻孔11、16輸入并從冷卻孔12、15輸出，或選擇其他組合方式輸入輸出。圖2中試樣圓棒橫斷面測(cè)溫孔設(shè)置為試樣橫斷面半徑方向均勻分布，可充分保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和規(guī)律性。在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)需要設(shè)置試樣4橫斷面冷卻孔和測(cè)溫孔的位置。進(jìn)給機(jī)構(gòu)推桿5為表面噴涂熱障涂層的鋼管，一端用于安裝試樣4，另一端通過(guò)壓板連接在進(jìn)給機(jī)構(gòu)主機(jī)7上，在控制系統(tǒng)9指令下靠進(jìn)給機(jī)構(gòu)主機(jī)7驅(qū)動(dòng)前進(jìn)或后退，對(duì)試樣主要起傳動(dòng)作用。進(jìn)給機(jī)構(gòu)推桿5和進(jìn)給機(jī)構(gòu)主機(jī)7還設(shè)置與試樣4冷卻孔及測(cè)溫孔尺寸和位置一致的心部管路，基體冷卻裝置8經(jīng)由進(jìn)給機(jī)構(gòu)推桿5和進(jìn)給機(jī)構(gòu)主機(jī)7心部管 路將冷卻介質(zhì)傳輸給試樣冷卻孔，試樣冷卻孔傳輸回來(lái)的冷卻介質(zhì)再經(jīng)由進(jìn)給機(jī)構(gòu)推桿5和進(jìn)給機(jī)構(gòu)主機(jī)7心部管路回到基體冷卻裝置8中。進(jìn)給機(jī)構(gòu)主機(jī)7上還設(shè)有計(jì)數(shù)器，用于統(tǒng)計(jì)試樣4進(jìn)出加熱爐I的次數(shù)。測(cè)溫裝置6配有熱電偶和溫度記錄儀，熱電偶穿過(guò)進(jìn)給機(jī)構(gòu)推桿5心部管路并插入試樣4測(cè)溫孔。溫度記錄儀可按設(shè)定時(shí)間間隔實(shí)時(shí)記錄熱電偶測(cè)得的試樣金屬基體溫度?；w冷卻裝置8上表面設(shè)有溢流槽，表面冷卻裝置2對(duì)試樣4涂層表面采用的冷卻介質(zhì)為液體時(shí)，冷卻液體可通過(guò)所述溢流槽排出。本實(shí)用新型的工作原理是參見(jiàn)圖1，首先將陶瓷堵頭3安裝在試樣4 一端，再將試樣4另一端插在進(jìn)給機(jī)構(gòu)推桿5上安裝好，然后啟動(dòng)加熱爐I并在設(shè)定溫度保溫一定時(shí)間后，啟動(dòng)基體冷卻裝置8對(duì)試樣金屬基體通冷卻介質(zhì)進(jìn)行循環(huán)冷卻，同時(shí)啟動(dòng)測(cè)溫裝置6對(duì)金屬基體溫度實(shí)時(shí)記錄，最后啟動(dòng)進(jìn)給機(jī)構(gòu)主機(jī)7，使試樣4在進(jìn)給機(jī)構(gòu)推桿5傳動(dòng)下進(jìn)入加熱爐I內(nèi)；當(dāng)試樣4在加熱爐I內(nèi)停留設(shè)定時(shí)間后，進(jìn)給機(jī)構(gòu)主機(jī)7自動(dòng)反轉(zhuǎn)，試樣4在進(jìn)給機(jī)構(gòu)推桿5傳動(dòng)下退出加熱爐1，啟動(dòng)表面冷卻裝置2對(duì)試樣4涂層表面冷卻，利用紅外測(cè)溫儀(圖中未示出)對(duì)試樣4涂層表面測(cè)溫，當(dāng)試樣4冷卻至測(cè)試需要的溫度時(shí)關(guān)閉表面冷卻裝置2對(duì)試樣4涂層表面的冷卻；試樣4隨進(jìn)給機(jī)構(gòu)推桿5在進(jìn)給機(jī)構(gòu)主機(jī)7驅(qū)動(dòng)下，自動(dòng)開(kāi)始進(jìn)入加熱爐1，開(kāi)始下一個(gè)工作循環(huán)，直到熱障涂層出現(xiàn)表面缺陷，測(cè)試停止。下面將結(jié)合實(shí)施例描述本實(shí)用新型測(cè)試裝置的試驗(yàn)過(guò)程。實(shí)施例I熱障涂層試樣具體尺寸為試樣外形Φ60X 120mm ;4個(gè)冷卻孔Φ8X 120mm,孔心距試樣中心9mm，按圖2方式陣列分布；4個(gè)測(cè)溫孔Φ8X80mm，測(cè)溫孔孔心距試樣中心依次為16mm、28mm、40mm和52mm,按圖2方式分布。將陶瓷堵頭3安裝在熱障涂層試樣的一端，然后將試樣安裝在進(jìn)給機(jī)構(gòu)推桿5上，使試樣冷卻孔與進(jìn)給機(jī)構(gòu)推桿5心部管路對(duì)應(yīng)的冷卻孔位置一致，并將測(cè)溫裝置6連接的熱電偶經(jīng)由進(jìn)給機(jī)構(gòu)推桿5心部管路插入試樣測(cè)溫孔10、13、14、17。啟動(dòng)加熱爐1，設(shè)定加熱爐I溫度為1500°C并在該溫度穩(wěn)定IOmin后，啟動(dòng)基體冷卻裝置8對(duì)試樣金屬基體通冷卻水進(jìn)行循環(huán)冷卻，使冷卻水從試樣冷卻孔11、16輸入并從冷卻孔12、15輸出，同時(shí)啟動(dòng)測(cè)溫裝置6對(duì)金屬基體溫度實(shí)時(shí)記錄，最后啟動(dòng)進(jìn)給機(jī)構(gòu)主機(jī)7，使試樣4在進(jìn)給機(jī)構(gòu)推桿5傳動(dòng)下進(jìn)入加熱爐I內(nèi)；當(dāng)試樣4在加熱爐I內(nèi)停留設(shè)定時(shí)間5s后，進(jìn)給機(jī)構(gòu)主機(jī)7自動(dòng)反轉(zhuǎn)，試樣4在進(jìn)給機(jī)構(gòu)推桿5傳動(dòng)下退出加熱爐1，啟動(dòng)表面冷卻裝置2對(duì)試樣涂層表面通壓縮空氣冷卻，利用紅外測(cè)溫儀(圖中未示出)對(duì)試樣4涂層表面測(cè)溫，當(dāng)試樣4冷卻至測(cè)試需要的溫度200°C時(shí)，關(guān)閉表面冷卻裝置2對(duì)試樣4涂層表面的冷卻；試樣4隨進(jìn)給機(jī)構(gòu)推桿5在進(jìn)給機(jī)構(gòu)主機(jī)7驅(qū)動(dòng)下，自動(dòng)開(kāi)始進(jìn)入加熱爐1，開(kāi)始下一個(gè)工作循環(huán)，直到熱障涂層出現(xiàn)表面缺陷，測(cè)試停止。試驗(yàn)過(guò)程中，測(cè)溫裝置6實(shí)時(shí)記錄了試樣4不同位置處的金屬基體溫度，通過(guò)與加熱爐I設(shè)定的爐溫1500°C及試樣4出爐冷卻后的溫度200°C進(jìn)行對(duì)比分析，可獲得熱障涂層的熱障性能。通過(guò)進(jìn)給機(jī)構(gòu)主機(jī)7上的計(jì)數(shù)器讀數(shù)，可獲得工作循環(huán)重復(fù)的次數(shù)，結(jié)合試樣4熱障涂層表面缺陷的顯微觀測(cè)及試樣4表面涂層與金屬基體溫度的變化情況，可獲得熱障涂層的熱震性能。實(shí)施例2本實(shí)施例與實(shí)施例I不同點(diǎn)在于，熱障涂層試樣外形尺寸為Φ48Χ 120mm,試樣測(cè)溫孔設(shè)置3個(gè),測(cè)溫孔尺寸Φ8Χ80ι πι,測(cè)溫孔孔心距試樣中心依次為16mm、28mm、40mm,測(cè)溫孔位置分別按圖2測(cè)溫孔13、14、17位置分布。實(shí)施例3本實(shí)施例與實(shí)施例I不同點(diǎn)在于，加熱爐I溫度設(shè)定為1200°C，試樣4在加熱爐I內(nèi)停留設(shè)定時(shí)間IOs ;當(dāng)試樣4冷卻至測(cè)試需要的溫度100°C時(shí)，關(guān)閉表面冷卻裝置2對(duì)試樣4涂層表面的冷卻。
權(quán)利要求1.一種熱障涂層熱障性能與熱震性能同步測(cè)試裝置，包括加熱爐(I)、表面冷卻裝置(2)、試樣(4)端部的陶瓷堵頭(3)、進(jìn)給機(jī)構(gòu)推桿(5)、測(cè)溫裝置(6)、進(jìn)給機(jī)構(gòu)主機(jī)(7)、基體冷卻裝置(8)以及控制系統(tǒng)(9)，其特征在于 所述加熱爐(I)加熱管與所述試樣(4)及其端部的陶瓷堵頭(3)的均為水平方向且同軸； 所述表面冷卻裝置(2)固定在試樣在加熱爐外試樣停止位置的正上方； 所述試樣(4)端部的陶瓷堵頭(3)設(shè)有內(nèi)部導(dǎo)流孔，用于導(dǎo)流通過(guò)試樣的冷卻介質(zhì)； 所述試樣(4) 一端安裝了陶瓷堵頭(3)，另一端插在進(jìn)給機(jī)構(gòu)推桿(5)上；試樣(4)橫斷面冷卻孔為通孔，并在試樣(4)橫截面中心區(qū)陣列分布；試樣(4)橫斷面測(cè)溫孔設(shè)置為半徑方向均勻分布； 所述進(jìn)給機(jī)構(gòu)推桿(5)通過(guò)壓板固定在進(jìn)給機(jī)構(gòu)主機(jī)(7)的左側(cè)； 所述測(cè)溫裝置(6)通過(guò)外接熱電偶插入所述試樣(4)基體內(nèi)部； 所述進(jìn)給機(jī)構(gòu)主機(jī)(7)設(shè)置在基體冷卻裝置(8)的上面； 所述基體冷卻裝置(8)上表面設(shè)有冷卻液體溢流槽； 所述控制系統(tǒng)(9)集成在所述加熱爐(I)控制面板上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱障涂層熱障性能與熱震性能同步測(cè)試裝置，其特征在于，所述的進(jìn)給機(jī)構(gòu)推桿(5)和進(jìn)給機(jī)構(gòu)主機(jī)(7)設(shè)有心部管路，心部管路個(gè)數(shù)、直徑及位置與所述試樣(4)的冷卻孔和測(cè)溫孔的個(gè)數(shù)、直徑及位置相一致。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱障涂層熱障性能與熱震性能同步測(cè)試裝置，其特征在于，所述的進(jìn)給機(jī)構(gòu)主機(jī)(7)還裝有統(tǒng)計(jì)試樣進(jìn)出加熱爐次數(shù)的計(jì)數(shù)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱障涂層熱障性能與熱震性能同步測(cè)試裝置，其特征在于，所述的測(cè)溫裝置(6)是外接熱電偶的溫度記錄儀，外接的熱電偶穿過(guò)所述進(jìn)給機(jī)構(gòu)推桿(5)的心部管路插入所述試樣(4)基體內(nèi)部，熱電偶的個(gè)數(shù)和直徑與所述試樣(4)測(cè)溫孔的個(gè)數(shù)和直徑相一致。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱障涂層熱障性能與熱震性能同步測(cè)試裝置，其特征在于，所述的控制系統(tǒng)(9)為PLC控制器。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及的是一種測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域的裝置，特別是一種熱障涂層熱障性能與熱震性能同步測(cè)試裝置，包括加熱爐、表面冷卻裝置、試樣端部的陶瓷堵頭、進(jìn)給機(jī)構(gòu)推桿、測(cè)溫裝置、進(jìn)給機(jī)構(gòu)主機(jī)、基體冷卻裝置以及控制系統(tǒng)。本實(shí)用新型的同步測(cè)試裝置可同時(shí)獲得熱障涂層熱障性能和熱震性能，并且對(duì)試樣熱震性能測(cè)試過(guò)程的溫度變化能夠詳細(xì)記錄，有利于更深入分析試樣熱震失效機(jī)理。該同步測(cè)試裝置能較真實(shí)的模擬熱障涂層部件的服役工況，可以更精確的測(cè)試熱障涂層的質(zhì)量和預(yù)估熱障涂層的壽命，從而對(duì)高溫工況下服役部件的噴涂效果進(jìn)行有效評(píng)估。
文檔編號(hào)G01N25/00GK202735270SQ20122035282
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月20日
發(fā)明者陳東, 褚作明, 蔡衛(wèi)東, 范廣宏, 顏昌海, 金康, 王曉輝 申請(qǐng)人:機(jī)械科學(xué)研究總院先進(jìn)制造技術(shù)研究中心, 南通市眾恒熔模鑄鍛有限公司