一種用于熱障涂層梯度熱震試驗(yàn)的試樣夾具裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種熱障涂層服役環(huán)境模擬裝置，具體涉及一種用于熱障涂層梯度熱震試驗(yàn)的試樣夾具裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航空、航天及民用技術(shù)的發(fā)展，熱端部件的使用溫度要求越來越高，已達(dá)到高溫合金和單晶材料的極限狀況。以燃?xì)廨啓C(jī)的受熱部件如噴嘴、葉片、燃燒室為例，它們處于高溫氧化和高溫氣流沖蝕等惡劣環(huán)境中，承受溫度高達(dá)1100°c，已超過了高溫鎳合金使用的極限溫度(1075°c)。將金屬的高強(qiáng)度、高韌性與陶瓷的耐高溫的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來所制備出的熱障涂層能解決上述問題，它能起到隔熱、抗氧化、防腐蝕的作用，已在汽輪機(jī)、柴油發(fā)電機(jī)、噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)等熱端材料上取得一定應(yīng)用，并延長(zhǎng)了熱端部件的使用壽命。陶瓷面層、金屬粘接層和金屬基體間存在熱膨脹系數(shù)不匹配問題，金屬粘接層熱生長(zhǎng)氧化物引起的熱生長(zhǎng)應(yīng)力、相變應(yīng)力等都是導(dǎo)致熱障涂層面層陶瓷層剝落，從而失去隔熱和抗氧化的作用。
[0003]熱障涂層抗熱震性能試驗(yàn)是評(píng)價(jià)檢驗(yàn)熱障涂層服役壽命的重要手段。傳統(tǒng)的熱震試驗(yàn)即等溫?zé)嵴鹪囼?yàn)，采用將熱障涂層樣品直接放入加熱爐中加熱至樣品到達(dá)預(yù)先設(shè)定溫度后取出放入熱震介質(zhì)(水或者壓縮空氣)中快速冷卻，之后觀察涂層的脫落情況、測(cè)量其熱震殘余強(qiáng)度等來評(píng)價(jià)涂層抗熱震性能。但熱障涂層實(shí)際服役工況更加復(fù)雜，加熱過程發(fā)生在熱障涂層陶瓷面層，而冷卻過程則發(fā)生在金屬基體面。因此，上述等溫?zé)嵴鹪囼?yàn)由于對(duì)試樣整體加熱，涂層與基體間沒有形成溫度梯度，與熱障涂層實(shí)際服役工況間有差異。專利CN1818612A、CN101644650A報(bào)道了梯度熱震試驗(yàn)裝置，與等溫?zé)嵴鹣啾龋摲N梯度熱震試驗(yàn)裝置保證了熱障涂層樣品內(nèi)部存在溫度梯度，更加符合實(shí)際服役工況。但上述裝置中未見對(duì)試驗(yàn)樣品夾具的具體描述。樣品夾持方式對(duì)試樣表面的應(yīng)力狀態(tài)產(chǎn)生影響。在梯度熱震試驗(yàn)過程中，樣品夾持點(diǎn)處對(duì)樣品表面施加應(yīng)力，從而導(dǎo)致樣品表面應(yīng)力狀態(tài)不同于自由表面狀態(tài)時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)。樣品表面應(yīng)力狀態(tài)的改變勢(shì)必影響熱震過程中裂紋的擴(kuò)展方式，從而對(duì)熱障涂層壽命預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性帶來影響。
[0004]綜上，為保證梯度熱震過程中試樣表面的應(yīng)力狀態(tài)符合自由表面狀態(tài)，需要一種梯度熱震試驗(yàn)的樣品夾具裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述問題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種用于熱障涂層梯度熱震試驗(yàn)的試樣夾具裝置，該夾具裝置不影響熱震試驗(yàn)過程中樣品表面應(yīng)力狀態(tài)，能真實(shí)模擬覆蓋熱障涂層工件工作時(shí)的表面狀態(tài)。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種用于熱障涂層梯度熱震試驗(yàn)的試樣夾具裝置，包括依次疊加使用的外徑相同的底部圓形鋼板1、中間圓環(huán)2以及頂部圓環(huán)3;所述底部圓形鋼板I正中位置以圓心為中心開有中心通孔1-1，中心通孔1-1直徑稍小于圓形梯度熱震試樣直徑，底部圓形鋼板I靠近邊緣位置開有多個(gè)用于螺栓固定的底部邊緣通孔1-2;所述中間圓環(huán)2厚度與圓形梯度熱震試樣厚度相同，靠近邊緣位置開有多個(gè)用于螺栓固定的與底部邊緣通孔1-2位置相一致的中間邊緣通孔2-1，中間圓環(huán)2在中間邊緣通孔2-1處分別設(shè)置有中間梯形握爪2-2，中間梯形握爪2-2的短邊為圓弧形;所述頂部圓環(huán)3靠近邊緣位置開有多個(gè)用于螺栓固定的與底部邊緣通孔1-2位置相一致的頂部邊緣通孔3-1，頂部圓環(huán)3在頂部邊緣通孔3-1處分別設(shè)置有頂部梯形握爪3-2，頂部梯形握爪3-2的高度大于中間梯形握爪2-2的高度。
[0008]所述底部圓形鋼板1、中間圓環(huán)2和頂部圓環(huán)3通過螺栓依次穿過底部邊緣通孔1-
2、中間邊緣通孔2-1和頂部邊緣通孔3-1固定。
[0009]所述底部邊緣通孔1-2、中間邊緣通孔2-1和頂部邊緣通孔3-1的數(shù)量均為三個(gè)，其圓心分別以底部圓形鋼板1、中間圓環(huán)2和頂部圓環(huán)3的圓心為中心的圓上且對(duì)稱分布。
[0010]所述頂部梯形握爪3-2的短邊為半圓形。
[0011 ]本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0012]I)夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，提高效率。
[0013]2)夾具不影響熱震試驗(yàn)過程中樣品表面應(yīng)力狀態(tài)，能真實(shí)模擬覆蓋熱障涂層工件工作時(shí)的表面狀態(tài)。
[0014]3)能夠滿足試樣表面加熱，背面冷卻的條件，模擬熱障涂層真實(shí)服役情況。
【附圖說明】
[0015]圖1為本實(shí)用新型用于熱障涂層梯度熱震試驗(yàn)的試樣夾具裝置爆炸圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0017]如圖1所示，本實(shí)用新型夾具的安裝和使用過程為:底部圓形鋼板I置于底部，中間圓環(huán)2置于底部圓形鋼板I上，底部圓形鋼板I上的底部邊緣通孔1-2和中間圓環(huán)2上的中間邊緣通孔2-1對(duì)齊，放入圓形梯度熱震試樣至中間圓環(huán)2上的中間梯形握爪2-2之間，正面朝上，圓形梯度熱震試樣邊緣與中間梯形握爪2-2圓弧邊緊貼。試樣加載完成后將頂部圓環(huán)3置于其上，頂部圓環(huán)3上的頂部邊緣通孔3-1與中間圓環(huán)6上的中間邊緣通孔2-1對(duì)齊。底部圓形鋼板1、中間圓環(huán)2和頂部圓環(huán)3間用螺栓連接，螺母緊固。試樣裝配完成后，試樣表面除頂部梯形握爪3-2所占試樣表面邊緣外其它地方均裸露在外。試樣背面通過底部邊緣通孔1-2裸露在外。梯度熱震試驗(yàn)時(shí)，火焰槍對(duì)試樣正面進(jìn)行加熱，試樣背部通過壓縮空氣冷卻，實(shí)現(xiàn)試樣內(nèi)部溫度梯度分布。同時(shí)，由于上述試樣夾具的特殊設(shè)計(jì)，保證了熱震試驗(yàn)時(shí)試樣表面應(yīng)力為自由表面時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)，梯度熱震試驗(yàn)更接近涂層實(shí)際服役工況。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于熱障涂層梯度熱震試驗(yàn)的試樣夾具裝置，其特征在于:包括依次疊加使用的外徑相同的底部圓形鋼板(I)、中間圓環(huán)(2)以及頂部圓環(huán)(3);所述底部圓形鋼板(I)正中位置以圓心為中心開有中心通孔(1-1)，中心通孔(1-1)直徑稍小于圓形梯度熱震試樣直徑，底部圓形鋼板(I)靠近邊緣位置開有多個(gè)用于螺栓固定的底部邊緣通孔(1-2);所述中間圓環(huán)(2)厚度與圓形梯度熱震試樣厚度相同，靠近邊緣位置開有多個(gè)用于螺栓固定的與底部邊緣通孔(1-2)位置相一致的中間邊緣通孔(2-1)，中間圓環(huán)(2)在中間邊緣通孔(2-1)處分別設(shè)置有中間梯形握爪(2-2)，中間梯形握爪(2-2)的短邊為圓弧形;所述頂部圓環(huán)(3)靠近邊緣位置開有多個(gè)用于螺栓固定的與底部邊緣通孔(1-2)位置相一致的頂部邊緣通孔(3-1)，頂部圓環(huán)(3)在頂部邊緣通孔(3-1)處分別設(shè)置有頂部梯形握爪(3-2)，頂部梯形握爪(3-2)的高度大于中間梯形握爪(2-2)的高度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于熱障涂層梯度熱震試驗(yàn)的試樣夾具裝置，其特征在于:所述底部圓形鋼板(I)、中間圓環(huán)(2)和頂部圓環(huán)(3)通過螺栓依次穿過底部邊緣通孔(1-2)、中間邊緣通孔(2-1)和頂部邊緣通孔(3-1)固定。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于熱障涂層梯度熱震試驗(yàn)的試樣夾具裝置，其特征在于:所述底部邊緣通孔(1-2)、中間邊緣通孔(2-1)和頂部邊緣通孔(3-1)的數(shù)量均為三個(gè)，其圓心分別以底部圓形鋼板(I)、中間圓環(huán)(2)和頂部圓環(huán)(3)的圓心為中心的圓上且對(duì)稱分布。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于熱障涂層梯度熱震試驗(yàn)的試樣夾具裝置，其特征在于:所述頂部梯形握爪(3-2)的短邊為半圓形。
【專利摘要】一種用于熱障涂層梯度熱震試驗(yàn)的試樣夾具裝置，包括依次疊加使用的外徑相同的底部圓形鋼板、中間圓環(huán)以及頂部圓環(huán)；試驗(yàn)前，先將底部圓形鋼板置于底部，中間圓環(huán)置于其上，隨之將試樣放入中間圓環(huán)梯形握爪間，最后將頂部圓環(huán)置于其上，調(diào)整三個(gè)部件至其上的圓孔對(duì)齊，通過螺栓連接，螺母緊固，試樣裝配完成；本實(shí)用新型特點(diǎn)是夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，提高效率；夾具不影響熱震試驗(yàn)過程中樣品表面應(yīng)力狀態(tài)，能真實(shí)模擬覆蓋熱障涂層工件工作時(shí)的表面狀態(tài)；能夠滿足試樣表面加熱，背面冷卻的條件，模擬熱障涂層真實(shí)服役情況。
【IPC分類】G01N3/04
【公開號(hào)】CN205192849
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520953980
【發(fā)明人】李勇, 楊二娟, 李太江, 李巍, 劉剛, 楊蘭
【申請(qǐng)人】華能國(guó)際電力股份有限公司, 西安熱工研究院有限公司
【公開日】2016年4月27日
【申請(qǐng)日】2015年11月25日