一种用于发动机涂层的材料性能参数的确定方法技术

本发明专利技术公开一种用于发动机涂层的材料性能参数的确定方法，涉及表面涂层材料性能参数测试技术领域，以提供一种能测试发动机涂层在不同温度下的材料性能参数的技术方案。用于发动机涂层的材料性能参数的确定方法，包括以下步骤：将多个涂层试样依次置于不同的预设温度下，并测定每个涂层试样在不同的预设温度下弯曲后的中性面的长度；基于斯托尼公式，建立表征涂层试样的材料性能参数的第一关系；基于涂层试样弯曲变形后，面力的平衡关系，以及试样在不同预设温度下的中性面的长度，建立表征涂层试样的材料性能参数的第二关系；基于每个试样在不同预设温度下的中性面的长度，以及第一关系和第二关系，确定发动机涂层的材料性能参数。数。数。

【技术实现步骤摘要】
一种用于发动机涂层的材料性能参数的确定方法


[0001]本专利技术涉及表面涂层材料性能参数测试
，尤其涉及一种用于发动机涂层的材料性能参数的确定方法。

技术介绍

[0002]泵后摆液氧煤油火箭发动机的热端部件通常在高温、富氧等环境下服役，现阶段常用的结构材料（如高温合金）难以适应上述极端环境。为了提高热端部件的使用寿命和服役耐久性，保证高温部件在富氧环境下安全服役，常在热端部件表面涂覆涂层对其进行热防护，例如，搪瓷涂层。
[0003]涂层会在高温下将受热发生热膨胀，其弹性模量也会随温度升高发生改变。为了对涂层的强度和使用寿命进行评估，需要测得涂层在不同温度下的弹性模量和热膨胀系数以分析其热应力和使用过程中的损伤演化规律。
[0004]顶杆法是测定块体材料在不同温度下热膨胀系数的一种常用方法。然而，发动机涂层通常由热喷涂、浆料烧结等方法制备于金属基底表面，厚度很薄，并非单独的涂层块体，因此，顶杆法不能直接应用于热端涂层的热膨胀系数测试。
[0005]高温纳米压痕是测定材料在不同温度下弹性模量的方法，近年来较多应用于测定均匀块体材料的局部弹性模量。然而，高温纳米压痕在应用于热端涂层时，测定结果的准确性还有待商榷。另外，热膨胀系数测试试验件与高温纳米压痕测试试验件具有完全不同的几何构型，使得进行热膨胀系数测试的试验件和进行纳米压痕测试的试验件必然是不同的，不同的试验件可能因为生产批次、测试环境、试验方法等不同而产生测试偏差，且这样的偏差无法避免。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种发动机涂层的材料性能参数的确定方法，以提供一种能测试发动机涂层在不同温度下的材料性能参数的技术方案。
[0007]本专利技术提供一种用于发动机涂层的材料性能参数的确定方法，包括以下步骤：将多个涂层试样依次置于不同的预设温度下，并测定每个所述涂层试样在所述不同的预设温度下弯曲后的中性面的长度；基于斯托尼公式，建立表征所述涂层试样的材料性能参数的第一关系；基于所述涂层试样弯曲变形后，面力的平衡关系，以及所述试样在不同预设温度下的中性面的长度，建立表征所述涂层试样的材料性能参数的第二关系；基于每个所述试样在不同预设温度下的中性面的长度以及所述第一关系和所述第二关系，确定所述发动机涂层的材料性能参数。
[0008]与现有技术相比，本专利技术提供的用于发动机涂层的材料性能参数的确定方法，首先通过测定多个涂层试样在不同预设温度下弯曲后的中平面长度，再基于斯托尼公式，建立表征所述涂层试样的材料性能参数的第一关系，基于所述涂层试样弯曲变形后，面力的
平衡关系，以及所述试样在不同预设温度下的中性面的长度，建立表征所述涂层试样的材料性能参数的第二关系；并将第一关系和第二关系进行联立，并基于每个所述试样在不同预设温度下的中性面的长度确定发动机涂层的材料性能参数。本专利技术提供的用于发动机涂层的材料性能参数的确定方法克服了传统的顶杆法无法用于涂层的局限，也克服了高温纳米压痕方法不能获得涂层宏观弹性模量的局限，可以在一个涂层试样上开展测试并同时测得该涂层在不同温度下的弹性模量和热膨胀系数。
[0009]进一步的，在所述将多个涂层试样依次置于不同的预设温度下之前，所述用于发动机涂层的材料性能参数的确定方法还包括：在基底上制备多个涂层试样。
[0010]进一步的，所述在基底上制备多个涂层试样包括：在基底上按照预设尺寸制备涂层，得到多个涂层试样。
[0011]进一步的，在所述将多个涂层试样依次置于不同的预设温度下之前，所述用于发动机涂层的材料性能参数的确定方法还包括：根据所述发动机的工作温度确定多个所述预设温度。
[0012]进一步的，所述将多个涂层试样依次置于不同的预设温度下，并测定每个所述涂层试样在所述不同的预设温度下弯曲后的中性面的长度包括：将多个涂层试样依次置于不同的预设温度下，每个所述涂层试样在所述不同的预设温度下，会发生不同的整体弯曲变形；分别测定每个所述涂层试样在不同温度下发生整体弯曲变形后的中性面长度。
[0013]进一步的，所述材料性能参数包括热膨胀系数和弹性模量；所述基于斯托尼公式，得到表征所述涂层试样的材料性能参数的第一关系为：；式中，是温度T
i
时所述涂层试样的热膨胀系数，是温度T
i
时基底的热膨胀系数，,是所述涂层试样和所述基底在T
i
温度下的弹性模量和泊松比，，是所述基底在T
i
温度下的弹性模量和泊松比，t
f
和t
s
分别是所述涂层试样和所述基底的厚度。
[0014]进一步的，所述材料性能参数包括热膨胀系数和弹性模量；所述基于弯曲变形力的平衡关系，得到表征所述涂层试样的材料性能参数的第二关系为：；T0是所述涂层试样制备时的固化温度，l0所述涂层试样中性面长度，是涂层试样在T
i
温度下弯曲后中性面的长度。
[0015]进一步的，所述基于每个所述涂层试样在不同预设温度下的中性面的长度，以及所述第一关系和所述第二关系，确定所述发动机涂层的材料性能参数包括：将所述第一关系和所述第二关系进行联立，得到所述涂层试样的弹性模量表和热膨胀系数的方程组：
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；；基于多个所述涂层试样在不同预设温度下的中性面的长度，以及所述涂层试样的弹性模量和热膨胀系数的方程组，得到相应所述预设温度下涂层试样的弹性模量和热膨胀系数。
[0016]进一步的，所述涂层试样包括搪瓷涂层试样、陶瓷涂层试样或者金属涂层试样。
[0017]进一步的，采用高温变形传感器测定每个所述涂层试样在所述不同的预设温度下弯曲后的中性面的长度。
附图说明
[0018]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1示出了本专利技术实施例提供的一种用于发动机搪瓷涂层的性能参数的确定方法的步骤流程图；图2示出了本专利技术实施例中一种采用浆料烧结制备的搪瓷涂层热膨胀系数随温度的变化的示意图；图3示出了本专利技术实施例中一种采用浆料烧结制备的搪瓷涂层的弹性模量随温度的变化的示意图；图4示出了本专利技术实施例中另一种采用热喷涂制备的搪瓷涂层热膨胀系数随温度的变化的示意图；图5示出了本专利技术实施例中另一种采用热喷涂制备的搪瓷涂层的弹性模量随温度的变化的示意图。
实施方式
[0019]以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
[0020]在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于发动机涂层的材料性能参数的确定方法，其特征在于，所述用于发动机涂层的材料性能参数的确定方法包括以下步骤：将多个涂层试样依次置于不同的预设温度下，并测定每个所述涂层试样在所述不同的预设温度下弯曲后的中性面的长度；基于斯托尼公式，建立表征所述涂层试样的材料性能参数的第一关系；基于所述涂层试样弯曲变形后，面力的平衡关系，以及所述试样在不同预设温度下的中性面的长度，建立表征所述涂层试样的材料性能参数的第二关系；基于每个所述试样在不同预设温度下的中性面的长度，以及所述第一关系和所述第二关系，确定所述发动机涂层的材料性能参数。2.根据权利要求1所述的用于发动机涂层的材料性能参数的确定方法，其特征在于，在所述将多个涂层试样依次置于不同的预设温度下之前，所述用于发动机涂层的材料性能参数的确定方法还包括：在基底上制备多个涂层试样。3.根据权利要求2所述的用于发动机涂层的材料性能参数的确定方法，其特征在于，所述在基底上制备多个涂层试样包括：在基底上按照预设尺寸制备涂层，得到多个涂层试样。4.根据权利要求1所述的用于发动机涂层的材料性能参数的确定方法，其特征在于，在所述将多个涂层试样依次置于不同的预设温度下之前，所述用于发动机涂层的材料性能参数的确定方法还包括：根据所述发动机的工作温度确定多个所述预设温度。5.根据权利要求1所述的用于发动机涂层的材料性能参数的确定方法，其特征在于，所述将多个涂层试样依次置于不同的预设温度下，并测定每个所述涂层试样在所述不同的预设温度下弯曲后的中性面的长度包括：将多个涂层试样依次置于不同的预设温度下，每个所述涂层试样在所述不同的预设温度下，会发生不同的整体弯曲变形；分别测定每个所述涂层试样在不同温度下发生整体弯曲变形后的中性面长度。6.根据权利要求1所述的用于发动机涂层的材料性能参数的确定方法，其特征在于，所述材料性能参数包括热膨胀系数和弹性模量；所述基于斯托尼公式，建立表征所述涂层试样的材料性能...

【专利技术属性】
技术研发人员：高玉闪，李斌潮，王珺，杜飞平，王婷，时寒阳，穆朋刚，
申请(专利权)人：西安航天动力研究所，
类型：发明
国别省市：