一種基于等離子噴涂的高溫散斑制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于等離子噴涂的高溫散斑制作方法，所述方法包括試件預(yù)處理，制作噴涂模板，噴涂試件以及試件后處理這些處理步驟。通過本發(fā)明提供的方法制作的散斑能夠在2000℃～3000℃的超高溫環(huán)境下應(yīng)用，所制作的散斑具有耐高溫、結(jié)合性強(qiáng)、無脫色、厚度均勻、圖像對比度高的特點(diǎn)，能夠方便相機(jī)采集散斑圖像，進(jìn)而為數(shù)字圖像相關(guān)法在2000℃～3000℃的超高溫環(huán)境下測量試件應(yīng)變提供計(jì)算數(shù)據(jù)。
【專利說明】一種基于等離子噴涂的高溫散斑制作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種人工散斑制作方法，特別涉及一種基于等離子噴涂的高溫散斑制 作方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 常溫環(huán)境下基于數(shù)字圖像相關(guān)法的三維應(yīng)變測量研究日趨成熟并被廣泛用于實(shí) 際工程領(lǐng)域，而超高溫環(huán)境下的三維測量分析研究大多處于探索階段。散斑圖像是基于數(shù) 字圖像相關(guān)法測量試件高溫應(yīng)變的分析對象，試件表面散斑圖像的質(zhì)量直接影響后續(xù)應(yīng)變 測量的精度。
[0003] 目前制作高溫散斑采用黑白高溫漆噴涂試件制作散斑，但是目前的高溫漆只能在 1500°C以下使用，隨著溫度的升高，高溫漆與試件材料的因膨脹系數(shù)不同，結(jié)合力下降，發(fā) 生不同程度的變形甚至發(fā)生脫層現(xiàn)象，與空氣中的氧氣、水份等在高溫下易發(fā)生化學(xué)反應(yīng) 而脫色，相機(jī)采集到的圖像已完全失效，不能進(jìn)行相關(guān)性計(jì)算，因此，高溫漆不適合超高溫 度環(huán)境下的散斑制作。
[0004] 因此，為了在超高溫環(huán)境下更廣泛的應(yīng)用此測量方法，迫切需要一種超高溫散斑 圖案的制作方法，以滿足超高溫環(huán)境下試件變形狀態(tài)采集，保證散斑圖像質(zhì)量，進(jìn)而在線全 場測量超高溫試件的變形位移并揭示試件的變形規(guī)律。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服現(xiàn)有散斑圖案制作方法的不足，并滿足超高溫環(huán)境使用的要求，本發(fā)明 提供了一種基于等離子噴涂的高溫散斑制作方法，可以有助于在超高溫環(huán)境下應(yīng)用數(shù)字圖 像相關(guān)法實(shí)現(xiàn)試件表面的三維全場應(yīng)變的測量。
[0006] -種基于等離子噴涂的高溫散斑制作方法，所述方法包括下述步驟：
[0007] 步驟1 :試件預(yù)處理：根據(jù)材料的應(yīng)變大小選擇不同的預(yù)處理方式；其中，對于應(yīng) 變大于等于30 %的試件在進(jìn)行粗化處理之后再進(jìn)行凈化處理，而對于應(yīng)變小于30 %的試 件進(jìn)行凈化處理；
[0008] 步驟2 :制作噴涂模板：根據(jù)所述試件大小制作完全覆蓋所述試件上的噴涂模板；
[0009] 步驟3 :噴涂試件：用制作好的噴涂模板將經(jīng)過預(yù)處理后的試件包裹緊密，利用等 離子噴涂工藝對所述試件進(jìn)行噴涂；
[0010] 步驟4 :試件后處理：在噴涂完成后，對噴涂后的試件進(jìn)行冷卻處理。
[0011] 本發(fā)明方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0012] (1)由于本發(fā)明方法使用等離子噴涂耐高溫金屬粉末工藝，因此，散斑具有較高的 耐高溫性和結(jié)合性，噴涂表面質(zhì)量高，對工件熱變形影響小，噴涂材料廣泛。
[0013] (2)由于本發(fā)明方法制作的高溫散斑操作簡單方便，效率高，便于工業(yè)現(xiàn)場制作。
[0014] (3)由于本發(fā)明方法使用模板作為散斑噴涂形狀，對散斑形狀與大小無硬性要求， 因此模板制作的柔性大。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1本發(fā)明方法具體操作流程圖；
[0016] 圖2本發(fā)明方法噴涂裝置示意圖；
[0017] 圖3平板試件噴涂模板；
[0018] 圖4圓柱試件噴涂模板；
[0019] 圖5平板試件噴涂模板形成的散斑場；
[0020] 圖6圓柱試件噴涂模板形成的散斑場。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 在一個(gè)實(shí)施例中，一種基于等離子噴涂的高溫散斑制作方法，所述方法包括下述 步驟：
[0022] 步驟1 :試件預(yù)處理：根據(jù)材料的應(yīng)變大小選擇不同的預(yù)處理方式；其中，對于應(yīng) 變大于等于30 %的試件在進(jìn)行粗化處理之后再進(jìn)行凈化處理，而對于應(yīng)變小于30 %的試 件進(jìn)行凈化處理；
[0023] 步驟2 :制作噴涂模板：根據(jù)所述試件大小制作完全覆蓋所述試件上的噴涂模板；
[0024] 步驟3 :噴涂試件：用制作好的噴涂模板將經(jīng)過預(yù)處理后的試件包裹緊密，利用等 離子噴涂工藝對所述試件進(jìn)行噴涂；
[0025] 步驟4 :試件后處理：在噴涂完成后，對噴涂后的試件進(jìn)行冷卻處理。
[0026] 在這個(gè)實(shí)施例中，所述試件預(yù)處理是利用等離子噴涂制作散斑的重要環(huán)節(jié)，目的 是提高散斑涂層與試件的結(jié)合強(qiáng)度，根據(jù)試件的應(yīng)變大小來選擇合適的預(yù)處理方式，幫助 提高散斑涂層和試件的粘結(jié)力。
[0027] 對于試件預(yù)處理，主要預(yù)處理方式包括凈化處理和粗化處理。對于小應(yīng)變試件，通 常指所述試件的應(yīng)變小于30%的試件，如果試件表面僅有少量的油脂、銹跡等，可采用有機(jī) 溶劑，比如使用酒精等對試件表面進(jìn)行凈化處理，需要注意的是：所選擇的有機(jī)溶劑不能與 所述試件發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
[0028] 對于大應(yīng)變試件，通常指所述試件的應(yīng)變大于等于30 %，無論試件初始表面質(zhì)量 好壞，銹跡多少，都應(yīng)先進(jìn)行粗化處理，然后再進(jìn)行凈化處理。其中，粗化處理可以根據(jù)所述 試件的形狀、材質(zhì)以及粗糙度的大小，可采用噴砂或化學(xué)砂面處理。
[0029] 無論是利用有機(jī)溶劑對試件表面直接進(jìn)行凈化處理，還是先對所述試件表面進(jìn)行 粗化處理后再進(jìn)行凈化處理以及其他預(yù)處理方式，所述試件預(yù)處理，都是為了增強(qiáng)噴涂粉 末與所述試件表面的結(jié)合力。
[0030] 在制作噴涂模板時(shí)，需要根據(jù)試件大小，制作可以完全覆蓋于試件之上的噴涂模 板，所述噴涂模板通常采用金屬薄板，其上有遍布于所述噴涂模板的網(wǎng)狀鏤空，所述鏤空處 即為在等離子噴涂粉末后形成散斑的地方。所述鏤空的形狀無定性要求，圓形、正方形、S形 均可。制作的散斑形狀和大小即可通過所述噴涂模板得到，因而在實(shí)際制作過程中選擇便 于在采集的圖像中能夠明顯分辨出的散斑圖案為宜。
[0031] 所述鏤空的大小及數(shù)量主要與試件的測量幅面大小有關(guān)，所述鏤空的網(wǎng)格最大面 積即為散斑面積，為了便于估算適于測量的散斑的大小，假設(shè)所述散斑面積的估算采用正 方形面積，邊長為a毫米，則a的估算步驟如下：
[0032] 步驟i :設(shè)測量幅面的寬為Fw毫米，幅面的高為Fh毫米；設(shè)用相機(jī)拍攝面積的寬為 W像素，所述相機(jī)拍攝面積的高為H像素，則Fw、Fh、W和H滿足下述關(guān)系：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于等離子噴涂的高溫散斑制作方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟： 步驟1 :試件預(yù)處理：根據(jù)材料的應(yīng)變大小選擇不同的預(yù)處理方式；其中，對于應(yīng)變大 于等于30 %的試件在進(jìn)行粗化處理之后再進(jìn)行凈化處理，而對于應(yīng)變小于30 %的試件進(jìn) 行凈化處理； 步驟2 :制作噴涂模板：根據(jù)所述試件大小制作完全覆蓋所述試件上的噴涂模板； 步驟3 :噴涂試件：用制作好的噴涂模板將經(jīng)過預(yù)處理后的試件包裹緊密，利用等離子 噴涂裝置對所述試件進(jìn)行噴涂； 步驟4 :試件后處理：在噴涂完成后，對噴涂后的試件進(jìn)行冷卻處理。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：優(yōu)選的，所述噴涂模板為鏤空網(wǎng)狀金屬薄 板。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：通過假設(shè)散斑為正方形來估算適于測量 的散斑的大小，假設(shè)所述散斑的邊長為a毫米，則a的估算步驟如下： 步驟i :設(shè)測量幅面的寬為Fw毫米,幅面的高為Fh毫米；設(shè)所用相機(jī)拍攝面積的寬為W 像素，所述相機(jī)拍攝面積的高為H像素，則Fw、Fh、W和H滿足下述關(guān)系：
步驟ii :假設(shè)計(jì)算時(shí)面片大小為Wb X Wb像素，其中據(jù)實(shí)際測量需要設(shè)置，所述面 片大小對應(yīng)的計(jì)算區(qū)域?yàn)锳XA平方宮魯_ λ的彳+晳/Λ才如下：
步驟iii，假設(shè)制備的散斑特征系數(shù)為Π ，則a和A的關(guān)系為： a = η XA ; 將A的表達(dá)式代入a = η X A由· _ ·
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述散斑特征系數(shù)的取值范圍為60%? 70%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于：所述鏤空的形狀包括圓形，方形，S形或其 它形狀。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述噴涂模板的厚度以在噴涂完時(shí)不會 被完全燒蝕為準(zhǔn)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟3中噴涂時(shí)所選擇的噴涂材料 的顏色與噴涂前試件表面的顏色能產(chǎn)生差異對比。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟3中噴涂時(shí)所選擇的噴涂材料 的熔點(diǎn)高于測量所述試件應(yīng)變時(shí)的溫度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟3中噴涂結(jié)束的判斷標(biāo)準(zhǔn)為以 肉眼能夠看出噴涂位置與噴涂前試件表面的顏色產(chǎn)生差異為準(zhǔn)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于：所述金屬薄板的材質(zhì)根據(jù)噴涂時(shí)的溫度 來選擇。
【文檔編號】C23C4/12GK104372285SQ201410557945
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年10月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月20日
【發(fā)明者】梁晉, 郭楠, 胡浩, 王立忠, 魏斌, 千勃興 申請人:西安交通大學(xué)