本发明专利技术公开了一种高温防热结构力热参数测量装置与方法，该装置包括底部高温红外测温仪、形变测量机构、涂层厚度测量机构和顶部高温红外测温仪；该方法包括步骤：一、采集基体试件的初始测量数据；二、采集基体试件喷涂过程中的实时测量数据；三、获取基体试件上涂层的实时应力；四、获取基体试件上涂层的实时弹性模量；五、绘制基体试件的温度变化曲线；六、绘制基体试件上涂层应力随涂层厚度的变化曲线。本发明专利技术能够实现对高温防热结构喷涂过程中力热参数的实时测量，能监控基体试件涂层中的应力水平和弹性模量随涂层厚度的变化趋势，为优选低应力长寿命涂层的制备工艺提供依据。选低应力长寿命涂层的制备工艺提供依据。选低应力长寿命涂层的制备工艺提供依据。
【技术实现步骤摘要】
一种高温防热结构力热参数测量装置与方法
[0001]本专利技术属于力学试验中特殊服役环境下的无损检测
，具体涉及一种高温防热结构力热参数测量装置与方法。
技术介绍
[0002]高温防热结构广泛应用于重型燃气轮机、航空发动机、高超声速飞行器等重大装备的核心高温部件，如：透平叶片热障涂层、燃烧室封严涂层、翼舵面陶瓷基复合涂层等。以重型燃气轮机为例，其高温叶片服役温度已超过1400℃，但目前高温合金保持持久强度的温度极限仅为900℃，因此需要热障涂层作为保护结构，实现隔热、抗腐蚀、抗冲蚀等功能。高温防热结构的制备过程中会产生显著的内部应力，如果内部应力过大，极易造成防热结构与被保护部件之间的脱粘失效。目前的应力在线检测装置，一般是在喷涂结束后，通过拉曼/荧光光谱法、X射线衍射法等方法测量涂层中的残余应力，尚无一种能在高温防护结构制备过程中实时测量其内部应力的方法和装置。工程中只能依赖资深工程师凭借其大量经验，主观判断和选择高温防护结构制备的各项工艺参数（如喷涂/沉积功率、基底预热温度等），无法通过实时应力的监测对上述参数予以调控；同时无法进行高温防护结构上特定模量涂层的制备。
[0003]综上所述，针对高温热防护材料如APS热障涂层等所面临的制备过程中的喷涂应力难以检测问题，需要一种可以实时检测高温热防护结构力热参数的装置，为调控涂层微结构，优化涂层性能提供必要的数据支撑。力热参数包含制备过程中基体试件中的涂层实时应力、涂层弹性模量以及涂层上表面与基体下表面温度变化趋势。
技术实现思路
[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种高温防热结构力热参数测量装置，其结构设计合理，测量方法简便，结构设计合理，测量方法简便，能够全程监控涂层制备过程中的应力水平，进而可以了解高温防热结构表面涂层的最终微结构与服役性能，为优选低应力长寿命涂层的制备工艺提供依据，对于防止高温防热结构与被保护部件之间的脱粘失效有着重要作用；能够得到涂层中弹性模量与涂层厚度之间的变化趋势，进而为确定特定模量涂层的制备工艺提供依据。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种高温防热结构力热参数测量装置，其特征在于：包括桁架和设置在桁架内部供基体试件安装的上轴板，所述上轴板的下方设置有底部高温红外测温仪和用于测量基体试件形变的形变测量机构，所述基体试件的上方设置有涂层厚度测量机构和顶部高温红外测温仪，所述底部高温红外测温仪用于测量基体试件的下表面温度，所述顶部高温红外测温仪用于测量基体试件上涂层的上表面温度；所述涂层厚度测量机构包括第一激光测距仪，所述形变测量机构包括多个沿基体试件的长度方向均匀布设在基体试件下方的第二激光测距仪，所述上轴板的中部设置有透
光区，所述基体试件位于透光区的正上方。
[0006]上述的一种高温防热结构力热参数测量装置，其特征在于：所述第一激光测距仪和顶部高温红外测温仪通过喷头夹具安装在喷涂设备的喷嘴上，所述喷头夹具包括喷头主夹具和与所述喷头主夹具相扣合的喷头副夹具；所述第一激光测距仪和顶部高温红外测温仪分别安装在喷头主夹具的两端。
[0007]上述的一种高温防热结构力热参数测量装置，其特征在于：所述顶部高温红外测温仪和底部高温红外测温仪的温度测量范围均为
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40℃～1030℃。
[0008]上述的一种高温防热结构力热参数测量装置，其特征在于：所述上轴板的一侧设置有供基体试件安装的试件夹具。
[0009]上述的一种高温防热结构力热参数测量装置，其特征在于：多个所述第二激光测距仪的激光束与上轴板相互垂直。
[0010]上述的一种高温防热结构力热参数测量装置，其特征在于：所述桁架的顶部设置有顶板，所述顶板位于上轴板的上方，所述顶板上设置有供所述喷嘴上喷涂的涂料穿过的涂料喷涂槽，所述涂料喷涂槽位于基体试件的正上方。
[0011]上述的一种高温防热结构力热参数测量装置，其特征在于：所述桁架内还设置有中轴板和下轴板，所述中轴板和下轴板均与上轴板相互平行，所述底部高温红外测温仪和多个第二激光测距仪均安装在中轴板上，所述下轴板上开设有线槽。
[0012]上述的一种高温防热结构力热参数测量装置，其特征在于：所述透光区为嵌装在上轴板上的透光玻璃，所述基体试件安装在透光区的正上方，所述底部高温红外测温仪的红外光束和多个所述第二激光测距仪的激光束均向上穿过所述透光区。
[0013]同时，本专利技术还公开了一种高温防热结构力热参数测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、采集基体试件的初始测量数据：分别通过底部高温红外测温仪、顶部高温红外测温仪、第一激光测距仪和多个第二激光测距仪测量耐高温陶瓷薄膜制备之前基体试件的下表面温度初始数据、涂层上表面温度初始数据、顶部距离初始数据和底部距离初始数据，并将测量到的数据通过数据采集装置传输给计算机，计算机将多个底部距离初始数据通过圆拟合得到基体试件的初始曲率；步骤二、采集基体试件喷涂过程中的实时测量数据：采用喷涂设备对基体试件进行涂层的喷涂后形成高温防热结构的涂层试件；其中，每隔单位时间采集一次基体试件的下表面温度实时数据、涂层上表面温度实时数据、顶部距离实时数据和底部距离实时数据，通过计算机将顶部距离实时数据转化为基体试件上涂层的实时厚度；并将同一时刻采集到的多个底部距离实时数据通过圆拟合得到基体试件的实时曲率；步骤三、获取基体试件上涂层的实时应力：通过应力计算公式，将步骤二中得到的基体试件的实时曲率转变为基体试件上涂层的实时应力;
其中，为基体试件的厚度，为基体试件的曲率半径变化量，为基体试件上涂层的厚度变化量，;其中，为基体试件在平面应力下的等效弹性模量，为基体试件的泊松比；步骤四、获取基体试件上涂层的实时弹性模量：根据公式，得到基体试件上涂层的实时弹性模量，其中，为修正系数；步骤五、绘制基体试件的温度变化曲线：以时间为横坐标，以步骤一中采集到的下表面温度初始数据和步骤二中采集到的下表面温度实时数据为纵坐标，绘制基体试件的下表面温度
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时间曲线，以步骤一中采集到的涂层上表面温度初始数据和步骤二中采集到的涂层上表面温度实时数据为纵坐标绘制基体试件上涂层的上表面温度
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时间曲线；步骤六、绘制基体试件上涂层应力随涂层厚度的变化曲线：以步骤二中得到的基体试件上涂层的实时厚度为横坐标，以步骤三中得到的基体试件上涂层的实时应力为纵坐标，绘制基体试件的涂层厚度
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涂层应力曲线。
[0014]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术通过在基体试件的上方设置第一激光测距仪来测量基体试件上涂层的实时厚度，通过在基体试件的下方设置多个第二激光测距仪来测量基体试件实时曲率，来计算得到基体试件上涂层的实时应力，能够全程监控涂层制备过程中的应力水平，进而可以了解高温防热结构表面涂层的最终微结构与服役性能，为优选低应力长寿命涂层的制备工艺提供依据，对于防止高温防热结构与被保护部件之间的脱粘失效有着重要作用。
[0015本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高温防热结构力热参数测量装置，其特征在于：包括桁架（5）和设置在桁架（5）内部供基体试件（6）安装的上轴板（9），所述上轴板（9）的下方设置有底部高温红外测温仪（13）和用于测量基体试件（6）形变的形变测量机构，所述基体试件（6）的上方设置有涂层厚度测量机构和顶部高温红外测温仪（1），所述底部高温红外测温仪（13）用于测量基体试件（6）的下表面温度，所述顶部高温红外测温仪（1）用于测量基体试件（6）上涂层的上表面温度；所述涂层厚度测量机构包括第一激光测距仪（2），所述形变测量机构包括多个沿基体试件（6）的长度方向均匀布设在基体试件（6）下方的第二激光测距仪（12），所述上轴板（9）的中部设置有透光区（8），所述基体试件（6）位于透光区（8）的正上方。2.按照权利要求1所述的一种高温防热结构力热参数测量装置，其特征在于：所述第一激光测距仪（2）和顶部高温红外测温仪（1）通过喷头夹具安装在喷涂设备的喷嘴（17）上，所述喷头夹具包括喷头主夹具（3）和与所述喷头主夹具（3）相扣合的喷头副夹具（4）；所述第一激光测距仪（2）和顶部高温红外测温仪（1）分别安装在喷头主夹具（3）的两端。3.按照权利要求1所述的一种高温防热结构力热参数测量装置，其特征在于：所述顶部高温红外测温仪（1）和底部高温红外测温仪（13）的温度测量范围均为
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40℃～1030℃。4.按照权利要求1所述的一种高温防热结构力热参数测量装置，其特征在于：所述上轴板（9）的一侧设置有供基体试件（6）安装的试件夹具（7）。5.按照权利要求1所述的一种高温防热结构力热参数测量装置，其特征在于：多个所述第二激光测距仪（12）的激光束与上轴板（9）相互垂直。6.按照权利要求1所述的一种高温防热结构力热参数测量装置，其特征在于：所述桁架（5）的顶部设置有顶板（14），所述顶板（14）位于上轴板（9）的上方，所述顶板（14）上设置有供所述喷嘴上喷涂的涂料穿过的涂料喷涂槽（14
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1），所述涂料喷涂槽（14
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1）位于基体试件（6）的正上方。7.按照权利要求1所述的一种高温防热结构力热参数测量装置，其特征在于：所述桁架（5）内还设置有中轴板（10）和下轴板（11），所述中轴板（10）和下轴板（11）均与上轴板（9）相互平行，所述底部高温红外测温仪（13）和多个第二激光测距仪（12）均安装在中轴板（10）上，所述下轴板（11）上开设有线槽。8.按照权利要求1所述的一种高温防热结构力热参数测量装置，其特征在于：所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：王铁军，江鹏，王彬文，杨镠育，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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