CN101905210B - 一种用于高温环境变形测量的散斑制作方法 - Google Patents

一种用于高温环境变形测量的散斑制作方法 Download PDF

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Abstract

一种用于高温环境变形测量的散斑制作方法，它包括五大步骤：步骤一：试件准备：将被测试件材料加工成所需尺寸，然后对其表面先用丙酮清洗，后用棉球拭干和干燥处理；步骤二：将适用高温环境不低于1200℃的高温无机胶的液体组分用酒精按体积比为7∶3比例，在容器里稀释并搅拌均匀；步骤三：将氧化钴即CoO粉末按10％的重量比加入稀释后的高温无机胶的液体组分；步骤四：将加入氧化钴粉末的溶液用毛刷或滴管随机点涂、喷溅或溅撒在经清洗干燥后的试件表面；步骤五：在室温环境中放置至少24小时，待试样表面干燥固化后，完成高温散斑制作。该散斑耐高温，可作为高温环境下材料表面全场变形信息的载体。本发明思路新颖、操作简便、实用性强。

Description

一种用于高温环境变形测量的散斑制作方法
(一)技术领域
本发明涉及一种用于高温环境变形测量的散斑制作方法，属于实验力学领域。
(二)背景技术
航空航天材料、航空发动机中的零构件、高压蒸汽锅炉、汽轮机以及化工炼油设备中使用的很多材料及构件需在一段时间内或长期在高温环境下工作。高温对材料或结构的影响主要体现在两个方面：1)温度会影响材料的物理性能和力学性能。例如材料的高温力学性能不同于室温，对于在高温环境下使用的材料，如果仅考虑其常温短时静载下的力学性能是远不能满足设计要求的。因为温度对金属材料的力学性能影响很大，一般随温度升高，材料的刚度和强度降低而塑性增加，并降低其疲劳寿命。因而测定这些材料在高温环境下的力学参数(如弹性模量、强度极限和热膨胀系数等)对于材料和结构的安全设计、可靠性评定及寿命预测都具有重要意义；2)温度会使构件的几何形状发生改变(即出现所谓的热变形)，使高温下构件的几何形状偏离理想的设计状态从而影响构件原有的工作状态。在对材料的高温力学性能进行测试时，由于载荷可通过与高温环境箱配合的材料力学试验机直接获得，因此如何精确测量被测物体在高温环境下的表面变形就成为材料高温力学性能测试中最为关键的问题。此外，直接测量由温度变化引起的热变形对于材料的热膨胀系数测定以及确定构件在热变形后的形状也至关重要。
作为一种基于数字图像处理和数值计算的先进光学测量方法，数字图像相关方法可对材料或结构表面全场高温变形进行非接触试测量。与接触式的和逐点测量的高温应变片测量方法相比，数字图像相关方法具有非接触和全场测量的优势。但在用数字图像相关方法测量试样表面的变形时，试样表面必需具有随机的灰度分布作为变形信息载体。该随机灰度分布通常称作散斑。散斑可以是被测试样表面的自然纹理(通常也称作自然散斑)。但一般情况下被测物体表面的灰度对比度较低，因此需在其表面制作人工散斑。在高温环境中被测物体表面由力、热载荷作用会出现变形，其表面的人工散斑作为被测试样变形信息的忠实载体随着试样表面一起变形。
目前在常温环境下常用的人工散斑制作方法是喷漆法。喷漆法是将常规的家居黑白装饰漆随机喷涂在被测试样表面以形成人工散斑图。但普通装饰漆不能耐高温，实验表明当温度超过350℃时常用装饰漆就开始氧化烧蚀，其原有颜色会发生显著变化，从而引起严重的退相关现象的出现。这种退相关现象会造成数字图像相关分析失效，因此已有的散斑制作方法无法用作高温环境下变形信息的载体。
文献[Lyons JS，Liu J and Sutton MA.High-temperature deformation measurementusing digital image correlation.Experimental Mechanics.用数字图像相关方法测量高温变形.实验力学1996，36(1)：64-70]采用氮化硼和氧化铝陶瓷涂层在金属表面制作散斑。但制作方法较复杂，而且陶瓷涂层对被测材料表面有一定的增强作用，最终会影响数字图像相关方法变形测量的准确性。
本发明中所述一种用于高温变形测量的散斑制作方法，提供了一种在高温环境下其形态和灰度依然完好保存的高温散斑颗粒制作方法，并且该高温散斑可牢靠地粘附在金属、陶瓷和复合材料的表面，为数字图像相关方法测量这些材料表面高温变形提供了一种理想的变形信息载体，该人工散斑所适用的温度范围从室温至1200℃。
(三)发明内容
本发明的目的是提供一种用于高温环境变形测量的散斑制作方法，它是用不同大小的细毛刷或不同口径的滴管，在金属、陶瓷和复合材料等固体材料固体表面随机点涂、喷溅或溅撒出不同大小的散斑颗粒，制作过程简单、制作成本底。在1200℃高温环境下，该方法制作的散斑颗粒的灰度和形态无显著变化，可作为力、热载荷作用引起的材料表面变形的忠实载体，散斑图像可被数字图像相关方法直接分析处理以提前全场变形信息。
本发明的技术方案如下：
一种用于高温环境变形测量的散斑制作方法，该方法包括如下步骤：
步骤一：试件准备：将被测试件材料加工成所需尺寸，然后对其表面先用丙酮清洗，后用棉球拭干和干燥处理；
步骤二：选取适用高温环境不低于1200℃的高温无机胶的液体组分用酒精按体积比为7∶3比例，在器皿或容器里稀释并搅拌均匀；
步骤三：将氧化钴(CoO)粉末按10％的重量比加入稀释后的高温无机胶的液体组分；
步骤四：将加入氧化钴粉末的溶液用毛刷或滴管随机点涂、喷溅或溅撒在经清洗干燥后的试件表面；
步骤五：在室温环境中放置至少24小时，待试样表面干燥固化后，完成高温散斑制作。
其中，步骤二中所述的选取适用高温环境不低于1200℃的高温无机胶的液体组分为北京奥宇可鑫表面工程技术有限公司生产的型号为Ak04-4的高温无机胶的液体组分。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：
1)散斑制作可用现有材料配制而成；
2)制作的散斑颗粒对试样表面无增强作用；
3)在1200°高温下该散斑颗粒形态无显著变化；
4)具体操作简单、容易实现，制作成本底。
(四)附图说明
图1为本发明一种用于高温变形测量的散斑制作方法的流程图
(五)具体实施方式
现结合附图对本发明的具体结构和实施方式作进一步的详细说明。
实施例1：
图1是本发明一种用于高温环境变形测量的散斑制作方法的操作流程图，其具体操作步骤如下：
a.选被测试件材料为铬镍奥氏体不锈钢(材料牌号为1Cr19Ni9Ti)，将该被测试件切割成尺寸为100mm×100mm×2mm(长×宽×厚)形状，然后对其表面用丙酮清洗后用棉球拭干和干燥处理；
b.将北京奥宇可鑫表面工程技术有限公司生产的型号为Ak04-4的高温无机胶的液体组分用酒精按体积比为7∶3比例稀释并搅拌均匀；
c.将氧化钴粉末按10％的重量比例加入稀释后的高温无机胶的液体组分；
d.将加入氧化钴粉末的溶液用毛刷随机点涂在经清洗干燥后的试件表面；
e.在室温环境中放置28小时，待试样表面干燥固化后，高温人工散斑制作完成。
实施例2：
a.选被测试件材料为310S不锈钢，将该被测试件切割成尺寸为100mm×100mm×2mm(长×宽×厚)形状，然后对其表面用丙酮清洗后用棉球拭干和干燥处理；
b.将北京奥宇可鑫表面工程技术有限公司生产的型号为Ak04-4的高温无机胶的液体组分用酒精按体积比为7∶3比例稀释并搅拌均匀；
c.将氧化钴粉末按10％的重量比例加入稀释后的高温无机胶的液体组分；
d.将加入氧化钴粉末的溶液用毛刷随机喷溅在经清洗干燥后的试件表面；
e.在室温环境中放置24小时，待试样表面干燥固化后，高温人工散斑制作完成。

Claims (1)

1.一种用于高温环境变形测量的散斑制作方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：
步骤一：试件准备：将被测试件材料加工成预定尺寸，然后对其表面先用丙酮清洗，后用棉球拭干和干燥处理；
步骤二：将适用高温环境不低于1200℃的高温无机胶的液体组分和酒精组分按体积比为7∶3的比例，在容器里稀释并搅拌均匀；
步骤三：将氧化钴即CoO粉末按10％的重量比加入稀释后的高温无机胶的液体组分；
步骤四：将加入氧化钴粉末的溶液用毛刷或滴管随机点涂、喷溅或溅撒在经清洗干燥后的试件表面；
步骤五：在室温环境中放置至少24小时，待试件表面干燥固化后，完成高温散斑制作。
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