高效计算侵入深度比的可磨耗涂层性能测试系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于碰磨试验的可磨耗涂层性能测试方法，包括：在测试工况下运行测试叶片；标定碰磨零点；基于确定的碰磨零点，控制安装可磨耗涂层的侵入平台相对于测试叶片执行侵入运动，获取所述可磨耗涂层与所述测试叶片的碰磨实验数据，并记录；获取侵入深度x

【技术实现步骤摘要】
高效计算侵入深度比的可磨耗涂层性能测试系统和方法
本专利技术属于航空航天材料检测领域，具体涉及一种高效计算侵入深度比的可磨耗涂层性能测试系统和方法。
技术介绍
封严可磨耗涂层在航空发动机及燃气轮机中广泛应用，其涂覆于与转子碰磨的静子部件上，通过涂层的主动牺牲磨耗实现转/静子最小间隙控制，有效提高发动机效率、降低油耗。封严涂层在高温高速下与转子叶片碰磨，涂层发生主动磨耗而不磨损或粘着转子叶片的特性称之为可磨耗性，准确评价封严涂层可磨耗性是本领域要解决的重要问题。对可磨耗涂层的高温高速碰磨试验，是指测试叶片装卡在可以高速旋转的轮盘外缘，可磨耗涂层样品装卡在相对于轮盘可做前进和后退运动的侵入平台上，涂层及叶片可以被加热，在轮盘以一定速度转动的情况下，平台带动涂层样品以一定速率向轮盘移动，实现叶片与涂层的高温高速碰磨。“侵入深度比”(也可称为“进给深度比”)是评价封严涂层可磨耗性的关键指标，其定义为碰磨试验前后叶片高度变化值与碰磨侵入深度的比值，侵入深度比越接近于零，封严涂层可磨耗性越好。在侵入深度比数据的获取中，侵入深度的控制和测量是难点。受高速碰磨试验振动、叶片离心伸长等因素影响，难以准确测定叶片与涂层发生第一次碰磨时涂层的侵入位置和时间点。在此情况下，试验前设定的侵入深度与实际发生的侵入深度存在较大偏差，不得不通过测量试验后涂层磨痕深度以及叶片磨损程度等数据，反推出卡尺测量侵入深度，然后利用反推的侵入深度数据计算侵入深度比，这种方法在可控性、精度以及检测时间等方面存在不足。一些相关技术采用静态零位标定的方法标定碰磨零点。即试验开始前，将叶片旋转到正对涂层的位置，手动控制侵入平台推动涂层向叶片侵入。将涂层与叶片刚刚发生接触的位置定为碰磨零点，然后手动控制平台后退某一距离。当正式试验时的侵入平台侵入距离等于试验前从碰磨零点后退的距离时，开始按照设定的侵入速率侵入设定的侵入深度。一些相关技术采用光栅尺标定的方法标定碰磨零点。即在试验开始前，标定叶片与涂层样品相接触时涂层侵入平台的位置并记录为零位，在试验时通过光栅尺给出的侵入平台位移来判断侵入平台是否到达零位，该方法的主要不足在于，一是在高转速下设备振动大零位发生飘移；另外是测试叶片在离心力和受热膨胀等因素影响下伸长，会早于零位点与涂层发生碰磨，导致卡尺测量侵入深度与设定值严重偏离。一些相关技术采用碰磨力监控的方法标定碰磨零点。即在侵入平台的侵入过程中，检测涂层样品与测试叶片之间的碰磨力是否发生突变，并以碰磨力发生突变的时间点为第一次碰磨时间点。监测碰磨力的方式是在涂层样品与侵入平台间安装三向力传感器，监测涂层受到的摩擦力、正压力和轴向力的突变。然而，专利技术人发现，在实际测试过程中，上述监控碰磨力的方法并不能总是获得重复性好的试验结果，特别是对于可磨耗性优异的可磨耗涂层或者对于具有切削功能的叶片，试验叶片与涂层的碰磨力十分微弱，其力值与力传感器的底噪力信号基本在一个水平，通过监测碰磨力的方法无法有效监测到碰磨力的突变。
技术实现思路
为了寻找能够精确标定碰磨零点，进而高效计算侵入深度比的方法。专利技术人进行了大量的理论研究和实验测试，终于发现一种新的灵敏可靠的确定碰磨零点的方法。该方法可准确判定碰磨零点，进而能够控制侵入深度与卡尺测量侵入深度的偏差在10％以内，与以往相关技术30％的偏差相比，本公开的方法对测试精度提高了200％倍以上，效果显著达到预料不到的程度。在此基础上，利用该精确标定的碰磨零点，可进一步精确计算出碰磨侵入深度，进而计算获得侵入深度比指标。由于本公开方法通过传感器测量获得的侵入深度值与通过卡尺测量获得额的侵入深度值的偏差很小，因此可以直接利用传感器测量获得的侵入深度计算侵入深度比，此时，无需再等待涂层降温后使用游标卡尺测量涂层实际深度，极大提高实验效率，特别适合样本量大、对于测试效率要求较高的情况，如高通量材料筛选。基于上述研究发现，本公开提供一种基于碰磨试验的可磨耗涂层性能测试方法，包括：在测试工况下运行测试叶片；标定碰磨零点，该操作包括控制安装可磨耗涂层的侵入平台以预设速度从初始位置向所述测试叶片侵入，在侵入过程中，同时利用声发射传感器和加速度传感器监测可磨耗涂层，并分别监测声发射传感器和加速度传感器输出的信号的强度是否超过各自的预设上限阈值，当首先检测到任一传感器输出的信号的强度超过预设上限阈值时，则确定该传感器为参考传感器，并记录侵入平台的当前位置为碰磨零点；基于确定的碰磨零点，控制安装可磨耗涂层的侵入平台相对于测试叶片执行侵入运动，监测所述参考传感器输出的信号的强度，当监测到参考传感器输出的信号的强度小于或等于预设下限阈值时，则记录侵入平台的当前位置为碰磨终点；获取侵入深度xc，侵入深度是指碰磨零点与碰磨终点在涂层深度方向上的距离值，以及获取测试叶片高度磨损值h0，计算h0和xc的比值(h0/xc)，记录为侵入深度比。经大量测试数据证明，上述方法可准确判定碰磨零点和碰磨终点，进而能够准确获得碰磨侵入深度，该方法获得的侵入深度与卡尺测量侵入深度的偏差在10％以内。上述方案中，同时监测可磨耗涂层的加速度信号和声发射信号是关键的。实验发现，单独检测可磨耗涂层的加速度信号或单独检测可磨耗涂层的声发射信号不能准确判定碰磨零点。当叶片转动线速度较低(例如小于或等于240m/s)，此时，声发射传感器能够更敏锐准确地检测到碰磨零点。这是由于当试验叶片与涂层发生碰磨时，在涂层表面会发生涂层材料的微观断裂及塑性变形，该过程伴随有快速释放能量产生瞬态弹性波，这种弹性波具有特殊的频率，与高速试验中设备自身振动等引起的波动信号有明显区别，这种弹性波从材料中释放即为声发射。当叶片转动线速度较高(例如高于400m/s)，此时，加速度传感器能够更敏锐准确地检测到碰磨零点。这是由于转子叶片高速旋转产生的风力很强时，设备振动较大，装卡涂层侵入平台的各组件间存在高频的振动碰磨，高频的振动碰磨产生的声发射信号强度掩盖了叶片与涂层发生首次碰磨产生的声发射信号，声发射传感器无法获得有效的检测信号。因此，通过同时监测可磨耗涂层的加速度信号和声发射信号，能够准确判定碰磨零点，控制的侵入深度与卡尺测量侵入深度的偏差在10％以内。在一些实施方案中，可磨耗涂层性能测试方法还包括：获取所述可磨耗涂层与所述测试叶片的碰磨实验数据，并与对应时刻下的所述侵入平台的侵入位置数据一并记录。在一些实施方案中，磨耗涂层性能测试方法还包括确定碰磨时间零点的操作，当最先检测到其中任一传感器输出的信号的强度大于或等于预设上限阈值时，则确定当前时刻为碰磨时间零点。在一些实施方案中，磨耗涂层性能测试方法还包括确定碰磨时间终点的操作，当监测到参考传感器输出的信号的强度小于或等于预设下限阈值时，则记录侵入平台的当前位置为碰磨时间终点。在一些实施方案中，磨耗涂层性能测试方法还包括计算碰磨持续时间的操作，碰磨持续时间等于碰磨时间终点与碰磨时间零点的时间差。在一些实施方案中，磨耗涂层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于碰磨试验的可磨耗涂层性能测试方法，包括：/n在测试工况下运行测试叶片；/n标定碰磨零点，该操作包括控制安装可磨耗涂层的侵入平台以预设速度从初始位置向所述测试叶片侵入，在侵入过程中，同时利用声发射传感器和加速度传感器监测可磨耗涂层，并分别监测声发射传感器和加速度传感器输出的信号的强度是否超过各自的预设上限阈值，当首先检测到任一传感器输出的信号的强度超过预设上限阈值时，则确定该传感器为参考传感器，并记录侵入平台的当前位置为碰磨零点；/n基于确定的碰磨零点，控制安装可磨耗涂层的侵入平台相对于测试叶片执行侵入运动，监测所述参考传感器输出的信号的强度，当监测到参考传感器输出的信号的强度小于或等于预设下限阈值时，则记录侵入平台的当前位置为碰磨终点；/n获取侵入深度x

【技术特征摘要】
1.一种基于碰磨试验的可磨耗涂层性能测试方法，包括：
在测试工况下运行测试叶片；
标定碰磨零点，该操作包括控制安装可磨耗涂层的侵入平台以预设速度从初始位置向所述测试叶片侵入，在侵入过程中，同时利用声发射传感器和加速度传感器监测可磨耗涂层，并分别监测声发射传感器和加速度传感器输出的信号的强度是否超过各自的预设上限阈值，当首先检测到任一传感器输出的信号的强度超过预设上限阈值时，则确定该传感器为参考传感器，并记录侵入平台的当前位置为碰磨零点；
基于确定的碰磨零点，控制安装可磨耗涂层的侵入平台相对于测试叶片执行侵入运动，监测所述参考传感器输出的信号的强度，当监测到参考传感器输出的信号的强度小于或等于预设下限阈值时，则记录侵入平台的当前位置为碰磨终点；
获取侵入深度xc，所述侵入深度是指碰磨零点与碰磨终点在涂层深度方向上的距离值，以及获取测试叶片高度磨损值h0，计算h0和xc的比值，记录为侵入深度比。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述输出的信号是指输出的电压信号。


3.根据权利要求1所述的方法，其中，
声发射传感器的预设上限阈值A1设置为大于或等于1.3A0，A0是指未发生碰磨时声发射传感器输出信号的强度值。
加速度传感器的预设上限阈值B1设置为大于或等于1.5B0，B0是指未发生碰磨时加速度传感器输出信号的强度值。


4.根据权利要求1所述的方法，其中，
当参考传感器为声发射传感器时，声发射传感器的预设下限阈值A2设置为等于A0，A0是指未发生碰磨时声发射传感器输出信号的强度值。
当参考传感器为加速度传感器时，加速度传感器的预设下限阈值B2设置为等于B0，B0是指未发生碰磨时加速度传感器输出信号的强度值。


5.根据权利要求1所述的方法，其中，
所述声发射传感器的频率响应范围为50～220kHz；
所述加速度传感器的频率响应范围为0.5～10000Hz。


6.根据权利要求1所述的方法，其中，
所述声发射传感器安装在可磨耗涂层背向测试叶片的一侧；
所述加速度传感器安装在用于固定可磨耗涂层的夹具上。


7.根据权利要求1所述的方法，磨耗涂层性能测试方法还包括以下一步或多步：
-确定碰磨时间零点的操作，当最先检测到其中任一传感器输出的信号的强度大于或等于预设上限阈值时，则确定当前时刻为碰磨时间零点。
-确定碰磨时间终点的操作，当监测到参考传感器输出的信号的强度小于或等于预设下限阈值时，则记录侵入平台的当前位置为碰磨时间终点。
-计算碰磨持续时间的操作，碰磨持续时间等于碰磨时间终点与碰磨时间零点的时间差。


8.一种可磨耗涂层性能测试系...

【专利技术属性】
技术研发人员：于月光，刘建明，孙建刚，沈婕，章德铭，张鑫，刘通，郭丹，黄凌峰，
申请(专利权)人：矿冶科技集团有限公司，北矿新材科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11