一种强粘接、耐高温散斑制备方法及制备系统技术方案

一种强粘接、耐高温散斑制备方法及制备系统，该制备方法包括：设计散斑模型；基于所述散斑模型，制备散斑模板；将所述散斑模板覆在试验件表面，并对所述覆有散斑模板的试验件进行等离子喷涂，得到高温散斑。通过本发明专利技术实施例提供的制备方法得到的高温散斑，即使在极端高温振动或高温高速气流冲击环境下，仍与试验件表面紧密贴合，增强了高温散斑的热稳定性，并且通过设计散斑模型、制备散斑模板以及将散斑模板覆在试验件表面用于喷涂，避免了制备过程中人为操作不当导致散斑图质量下降的干扰。中人为操作不当导致散斑图质量下降的干扰。中人为操作不当导致散斑图质量下降的干扰。

【技术实现步骤摘要】
一种强粘接、耐高温散斑制备方法及制备系统


[0001]本专利技术涉及实验固体力学、高温物体表面变形测试以及材料高温力学性能测试
，具体而言，涉及一种强粘接、耐高温散斑制备方法及制备系统。

技术介绍

[0002]随着航空航天、火电能源等国家重大工程与装备产业领域的快速发展，相关器材中关键部件的服役环境也变得越来越严苛，例如目前世界上最先进的重型燃气轮机涡轮叶片表面的燃气温度已经达到1600℃，并有进一步提升的可能，这种极端的高温服役环境对整体系统的设计制造以及正常服役造成了严峻的挑战，具体包括如下方面：1)对于材料寿命的影响：长期极端服役环境会使得材料内部出现热梯度、热失配等力/热/化耦合作用，发生物理/化学反应，致使材料内部出现复杂的应力状态、局部应力集中以及动态的应力演化，从而诱发微裂纹以及内部损伤，随着服役时间的推进，损伤区域不断累积并扩大，逐渐造成开裂、分层等界面缺陷，造成整个材料的破坏失效；2)对于材料性能的影响：材料的力学参数（例如，热膨胀系数、弹性模量以及强度极限）以及形状尺寸会随环境温度的改变而发生变化，与常温状态下测得的参数产生偏差。因此，发展适用于部件材料关键部位在极端高温环境条件下的变形测量是相关重大工程装备寿命评估的基础需求与核心手段，对于国家科学技术与工程领域的发展具有重大意义。
[0003]现有的高温变形测量技术主要分为接触式与非接触式两类。典型的接触式变形测量方法主要以高温电阻应变片为代表，测量时需将应变片粘贴试验件表面，实现对粘贴区域的平均线应变测量，但是由于应变片对环境温度变化较为敏感，测量时往往需要接入温度补偿片组成相应桥路抵消温度变化的影响，并且测量结果的准确程度与应变片的粘贴情况关系密切，此外，高温应变片的粘贴和固定一般需要花费时间较长。相比较而言，作为非接触式变形测量技术的数字图像相关方法(DIC)的实施与开展具有更为突出的优势，例如系统布置更为简单，对于实验环境要求低，适用测量范围广泛以及能够实现试验件的三维变形测量等，因此，数字图像相关方法已经被广泛的应用于各种材料与结构的全场高温变形测量。
[0004]作为一种基于数字图像处理和分析技术的新型光测技术，DIC通过分析变形前后物体表面的数字图像获得试验件表面的变形（位移和应变）信息，其测量精度很大程度取决于试验件表面散斑图的质量。针对高温变形测量，高温散斑应满足如下要求：(1)稳定：耐受高温，紧固附着在试件表面并随着被测试件受载变形而变形，无脱落、剥离现象发生；(2)随机分布：非周期性与非重复分布的散斑图案；(3)高对比度：升温过程中仍能与试验件背景保持良好的对比度；(4)各向同性：无明显的方向性分布。
[0005]目前已有的高温散斑的制备方法普遍存在制备得到的高温散斑不稳定的问题，在高温热载与冲击载荷的耦合作用下，高温散斑容易出现开裂甚至剥离脱落。

技术实现思路

[0006]鉴于此，本专利技术提出了一种强粘接、耐高温散斑制备方法及制备系统，以解决现有技术无法满足高温振动与高温高速气流冲刷等极端环境中散斑制备要求的问题。
[0007]第一方面，本专利技术实施例提供了一种强粘接、耐高温散斑制备方法，所述方法包括：设计散斑模型；基于所述散斑模型，制备散斑模板；将所述散斑模板覆在试验件表面，并对所述覆有散斑模板的试验件进行等离子喷涂，得到高温散斑。
[0008]进一步地，所述设计散斑模型，包括：设置多组散斑尺寸和散斑分布密度，得到多个模拟散斑图；计算所述多个模拟散斑图的平均灰度梯度与图像熵；从所述多个模拟散斑图中，选取平均灰度梯度与图像熵均为最大的模拟散斑图作为散斑模型。
[0009]进一步地，所述设置多组散斑尺寸和散斑分布密度，得到多个模拟散斑图，包括：固定相机的分辨率和采集视场范围，将预设的多组散斑尺寸和散斑分布密度导入散斑图像生成软件，生成多个模拟散斑图。
[0010]进一步地，每个所述模拟散斑图的平均灰度梯度δ
f
，采用如下公式得到：；其中，W与L分别为图像的宽度与高度，为每个像素点灰度梯度矢量的模，与分别为像素点x
ij
处在x方向与y方向的灰度导数。
[0011]进一步地，每个所述模拟散斑图的图像熵H，采用如下公式得到：
[0012]其中，β为图像位数，a
j
为图像的某一灰度量级，p(a
j
)为对应灰度量级的出现概率。
[0013]进一步地，基于所述散斑模型，制备散斑模板，包括：将所述散斑模型导入三维建模软件，获取散斑分布特征并将所述散斑分布特征转化为机械加工图纸；根据所述机械加工图纸，对待加工模板进行激光打孔与线切割，得到散斑模板。
[0014]进一步地，所述方法还包括：预先对试验件表面进行喷砂处理与底漆喷涂。
[0015]进一步地，所述散斑模板的材质为熔点在500℃以上，厚度在0.1mm的金属。
[0016]进一步地，所述散斑模板包括固定把手，用于在喷涂过程中固定所述散斑模板与所述试验件之间的相对位置关系。
[0017]进一步地，所述等离子喷涂的喷涂原料的粒度范围为15~45μm，所述等离子喷涂得到的高温散斑的厚度范围为20~100μm。
[0018]第二方面，本专利技术实施例还提供了一种强粘接、耐高温散斑制备系统，所述系统包括：散斑模板，用于覆在试验件表面以作为试验件表面高温散斑的模板；试验件，用于接受
等离子喷枪的喷涂，表面生成高温散斑；等离子喷枪，用于将喷涂原料加热至熔融或半熔融状态，并将加热后的喷涂原料对覆有所述散斑模板的所述试验件进行喷涂，以在所述试验件表面生成高温散斑。
[0019]第三方面，本专利技术实施例还提供了一种本专利技术各实施例提供的方法制得的强粘接、耐高温散斑。
[0020]本专利技术实施例提供的强粘接、耐高温散斑制备方法及制备系统，采用等离子喷涂的方式喷涂散斑，能够将大多数固体材料加热到熔融或半熔融状态，经高速气体喷向试验件而形成附着牢固的表面层，各熔熵之间依靠塑性变形而相互链接，使得喷涂散斑粘附性强，与试验件结合度高，即使在极端高温振动或高温高速气流冲击环境下，散斑仍与试验件表面紧密贴合，增强了高温散斑的热稳定性，避免了高温散斑容易出现的剥离与脱落等问题；并且，通过设计散斑模型、制备散斑模板以及将散斑模板覆在试验件表面用于喷涂，避免了制备过程中人为操作不当导致散斑图质量下降的干扰，提升了最终喷涂得到的高温散斑图像的质量。
附图说明
[0021]图1为本专利技术一个示例性的实施例提供的强粘接、耐高温散斑制备方法的流程图；图2（a）、（b）、（c）分别为本专利技术一个示例性的实施例提供的未喷涂的GH4169 高温合金试验件、散斑模板、喷涂后的GH4169 高温合金试验件成品；图 3 为本专利技术一个示例性的实施例提供的采用本专利技术实施例的强粘接、耐高温散斑制备方法得到的高温散斑在不同状态下的数字图像，(a)为高温服役前（常温状态），(b)为700℃高温服役 20 分钟；图4为本专利技术一个示例性的实施例提供的强粘接、耐高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种强粘接、耐高温散斑制备方法，其特征在于，所述方法包括：设计散斑模型；基于所述散斑模型，制备散斑模板；将所述散斑模板覆在试验件表面，并对所述覆有散斑模板的试验件进行等离子喷涂，得到高温散斑。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设计散斑模型，包括：设置多组散斑尺寸和散斑分布密度，得到多个模拟散斑图；计算所述多个模拟散斑图的平均灰度梯度与图像熵；从所述多个模拟散斑图中，选取平均灰度梯度与图像熵均为最大的模拟散斑图作为散斑模型。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述设置多组散斑尺寸和散斑分布密度，得到多个模拟散斑图，包括：固定相机的分辨率和采集视场范围，将预设的多组散斑尺寸和散斑分布密度导入散斑图像生成软件，生成多个模拟散斑图。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，每个所述模拟散斑图的平均灰度梯度δ
f
，采用如下公式得到：；其中，W与L分别为图像的宽度与高度，为每个像素点灰度梯度矢量的模，与分别为像素点x
ij
处在x方向与y方向的灰度导数。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，每个所述模拟散斑图的图像熵H，采用如下公式得到：；其中，β为图像位数，a
j
为图像的某一灰度量级，p(a
j
)为对应灰度量级的出现概率。6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘兵，卢宁，俞立平，吴长波，荆甫雷，王希影，张常贤，
申请(专利权)人：中国航空发动机研究院，
类型：发明
国别省市：