CN106124270A - 一种热障涂层结构模拟脱粘缺陷试件及其制备方法 - Google Patents

一种热障涂层结构模拟脱粘缺陷试件及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106124270A
CN106124270A CN201610614635.XA CN201610614635A CN106124270A CN 106124270 A CN106124270 A CN 106124270A CN 201610614635 A CN201610614635 A CN 201610614635A CN 106124270 A CN106124270 A CN 106124270A
Authority
CN
China
Prior art keywords
high temperature
temperature alloy
test specimen
coating
debonding defect
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201610614635.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN106124270B (zh
Inventor
唐庆菊
刘元林
梅晨
卜迟武
梁志强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Heilongjiang University of Science and Technology
Original Assignee
Heilongjiang University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Heilongjiang University of Science and Technology filed Critical Heilongjiang University of Science and Technology
Priority to CN201610614635.XA priority Critical patent/CN106124270B/zh
Publication of CN106124270A publication Critical patent/CN106124270A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106124270B publication Critical patent/CN106124270B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

一种热障涂层结构模拟脱粘缺陷试件及其制备方法,一种能控制缺陷的位置和尺寸,且热波在试件中的传递流向与真实情况相似的一种热障涂层结构模拟脱粘缺陷试件及其制备方法。本发明的试件包括高温合金基体、涂层、高温合金棒和石英粉填充层;涂层喷涂在高温合金基体的表面,在高温合金基体和涂层之间增加石英粉填充层;通过设置石英粉填充层的厚度来模拟不同深度的空气脱粘缺陷。涂层喷涂在高温合金基体一侧的表面,从高温合金基体另一侧的表面开盲孔,所述盲孔深至涂层,高温合金棒插入盲孔内,石英粉填充层设置在高温合金棒与涂层之间的盲孔内。本发明用于热障涂层结构模拟脱粘缺陷红外热波无损检测试。

Description

一种热障涂层结构模拟脱粘缺陷试件及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种模拟脱粘缺陷试件,特别涉及一种热障涂层结构模拟脱粘缺陷试件及其制备方法。
背景技术
热障涂层材料具有低热导性、耐高温氧化等特点,被广泛于航空航天、动力机械,核化工等高温、高热流环境中。热障涂层都是在高温高热流的环境下工作,工作中所产生的热应力,以及制备过程中金属缓冲层处产生的残余应力,易使金属缓冲层处含缺陷部分出现应力集中现象,促使缺陷不断扩大,造成陶瓷层从金属基体上剥落,这就是所谓的脱粘缺陷,会导致热障涂层提早失效。因而利用红外热波无损检测技术对热障涂层结构脱粘缺陷进行检测十分有必要。
由于在热障涂层结构试件中制作脱粘缺陷尚未较佳的方法,当前应用最多的是利用盲孔模拟材料表面下脱粘缺陷的方法来代替真实脱粘缺陷,采用这种方法制备的脱粘缺陷在几何形态上与真实脱粘缺陷有着明显差异,这种差异会改变热波在试件中的传递流向,在一定程度上影响了热障涂层结构模拟脱粘缺陷红外热波无损检测试验结果。
发明内容
本发明为了解决上述不足,本发明提供一种能控制缺陷的位置和尺寸,且热波在试件中的传递流向与真实情况相似的一种热障涂层结构模拟脱粘缺陷试件及其制备方法。
本发明的一种热障涂层结构模拟脱粘缺陷试件,所述试件包括高温合金基体、涂层和石英粉填充层;
涂层喷涂在高温合金基体的表面,在高温合金基体和涂层之间增加石英粉填充层;通过设置石英粉填充层的厚度来模拟不同深度的空气脱粘缺陷。
优选的是,所述试件还包括高温合金棒;
涂层喷涂在高温合金基体一侧的表面,从高温合金基体另一侧的表面开盲孔,所述盲孔深至涂层,高温合金棒插入盲孔内,石英粉填充层设置在高温合金棒与涂层之间的盲孔内。
优选的是,所述试件包括多个不同长度的高温合金棒,根据石英粉填充层的厚度,选择相应长度的高温合金棒。
优选的是,所述涂层为陶瓷层。
本发明还提供一种热障涂层结构模拟脱粘缺陷试件的制备方法,所述方法包括如下步骤:
步骤一:将高温合金基体放置到喷砂装置内底座上,将高温合金基体在丙酮中清洗除油后,对高温合金基体一侧的表面进行喷砂;
步骤二:采用等离子喷涂法在高温合金基体喷砂后的表面喷涂涂层;
步骤三:采用电火花加工方法,设定加工深度,通过更换不同的加工电极,从高温合金基体另一侧的表面加工出所需的盲孔尺寸;
步骤四:采用数控机床对预备的高温合金棒材进行加工,加工出与盲孔尺寸相配合,长度不一的高温合金棒;
步骤五:在盲孔底部到涂层间的空隙采用石英粉填充,填充的空隙部分就是试验所需要的试件中的脱粘缺陷部分;
步骤六:根据填充的石英粉的厚度,选出相应长度的高温合金棒,使高温合金棒全部插入盲孔内后,高温合金棒与高温合金基体另一侧的表面保持相平。
优选的是,所述步骤一中,喷砂是喷砂装置采用压缩空气为动力,用形成的高速喷射束将喷料高速喷射到高温合金基体的需要处理的表面,在0.5MPa的压力下用16-22目棕刚玉喷砂粗化。
优选的是,所述喷料为铜矿砂、石英砂、金刚砂、铁砂和海南砂中的一种或几种组合。
优选的是,所述步骤二进一步为:
将等离子喷涂设备的各参数设置为氢气45升/分钟、送粉率30克/分钟、喷涂距离65mm、喷涂距离、基体预热温度250℃;然后将陶瓷粉末倒入送粉装置,调试好喷枪,开始在高温合金基体喷砂后的表面喷涂涂层。
本发明的有益效果在于,本发明制备的脱粘缺陷试件的从形态上来看更加接近真实脱粘缺陷,可为热障涂层结构脱粘缺陷红外热波无损检测提供更接近真实情况的试验试件。这种热障涂层结构模拟脱粘缺陷试件制备方法优点在于,能控制缺陷的位置和尺寸,且热波在试件中的传递流向与真实情况相似。
附图说明
图1为本发明的热障涂层结构模拟脱粘缺陷试件的原理示意图。
图2为本发明的图1为热障涂层结构模拟脱粘缺陷试件与现有技术中盲孔方法的试件的表面温差变化曲线。
具体实施方式
本实施方式的一种热障涂层结构模拟脱粘缺陷试件,包括高温合金基体1、涂层2和石英粉填充层4;
涂层2喷涂在高温合金基体1的表面,在高温合金基体1和涂层2之间增加石英粉填充层2;
通过设置石英粉填充层4的厚度来模拟不同深度的空气脱粘缺陷。
这种方式从形态上来看更加接近真实脱粘缺陷。
在优选的实施例中,如图1所示,试件还包括高温合金棒3;涂层2喷涂在高温合金基体1一侧的表面,从高温合金基体1另一侧的表面开盲孔,所述盲孔深至涂层2,高温合金棒3插入盲孔内,石英粉填充层4设置在高温合金棒3与涂层2之间盲孔内。
本实施方式中通过设置高温合金基体1的尺寸和位置,进而控制缺陷的位置和尺寸,使热波在试件中的传递流向与真实情况相似。
在优选的实施例中,试件包括多个不同长度的高温合金棒3,根据石英粉填充层4的厚度,选择相应长度的高温合金棒3。
本实施方式中,石英粉填充层4设置在盲孔底部的涂层2上,石英粉填充层4的厚度用于来模拟不同深度的空气脱粘缺陷,而高温合金棒3的作用是固定石英粉填充层4,保证石英粉填充层4的位置,且使试件的整体结构稳定。
在优选的实施例中,涂层为陶瓷层。
制备上述热障涂层结构模拟脱粘缺陷试件时的制备方法,具体包括如下步骤:
步骤一:将高温合金基体1放置到喷砂装置内底座上,将高温合金基体1在丙酮中清洗除油后,对高温合金基体1一侧的表面进行喷砂;
步骤二:采用等离子喷涂法在高温合金基体1喷砂后的表面喷涂涂层,具体为:
将等离子喷涂设备的各参数设置为氢气45升/分钟、送粉率30克/分钟、喷涂距离65mm、喷涂距离、基体预热温度250℃;然后将陶瓷粉末倒入送粉装置,调试好喷枪,开始在高温合金基体1喷砂后的表面喷涂涂层。
步骤三:采用电火花加工方法,设定加工深度,通过更换不同的加工电极,从高温合金基体1另一侧的表面加工出所需的盲孔尺寸,具体为:
将带有涂层的高温合金基体1浸入电火花加工装置的工作液中,将加工电极和高温合金基体1分别接脉冲电源的两极,手动伺服进刀,设定放电深度,进行深度设定;通过更换不同的加工电极,从高温合金基体1另一侧的表面加工出所需的盲孔尺寸;
步骤四:采用数控机床对预备的高温合金棒材进行加工,加工出与盲孔尺寸相配合,长度不一的高温合金棒3,具体为:
将预备的高温合金棒材固定在数控车床的卡盘上,根据所需高温合金棒3的尺寸设置好相应程序,加工刀具选用硬质合金刀具。加工出与盲孔尺寸相配合,长度不一的高温合金棒3;
步骤五:在盲孔底部到涂层间的空隙采用石英粉填充,填充的空隙部分就是试验所需要的试件中的脱粘缺陷部分;
步骤六:根据填充的石英粉的厚度,选出相应长度的高温合金棒3,使高温合金棒3全部插入入盲孔内后,高温合金棒3与高温合金基体1另一侧的表面保持相平。
在优选实施例中,喷砂是喷砂装置采用压缩空气为动力,用形成的高速喷射束将喷料高速喷射到高温合金基体1的需要处理的表面,在0.5MPa的压力下用16-22目棕刚玉喷砂粗化。
在优选实施例中,所述喷料为铜矿砂、石英砂、金刚砂、铁砂和海南砂中的一种或几种组合。
利用上述方法制备的热障涂层结构模拟脱粘缺陷试件进行红外热波无损检测试验:
试验中陶瓷层的材料为6%~8%Y2O3稳定的ZrO2。高温合金基体1的材料选用基体厚度为5mm的GH4169镍基高温合金,尺寸为140mm×100mm×5mm。
设置采样频率60Hz,采样时间20s,在光源输出功率为2000W条件下对试件进行脉冲红外热波无损检测。在室温、标准大气压和自然对流条件下,通过设置不同的光源输出功率和采样频率,对热障涂层结构模拟脱粘缺陷试件进行检测试验。研究有无缺陷处表面温度信号的差异,升温与冷却过程检测效果比较,脱粘缺陷制备方法对检测效果的影响、光源输出功率和采样频率等检测参数对检测结果的影响规律。分别采用背景技术中提到的利用盲孔模拟材料表面下脱粘缺陷的方法和本发明的制备方法预制两排直径都为10mm的缺陷,从缺陷形态来看,本发明制作的缺陷在形态上更接近实际脱粘缺陷。为探讨脱粘缺陷制备方法对试验检测效果的影响,在采样频率60Hz,采样时间20s,在光源输出功率为2000W条件下对试件进行脉冲红外热波无损检测,验证了本发明制备的试件的幅值高于利用盲孔模拟材料表面下脱粘缺陷的试件,本发明制备的试件的表面温差高于利用盲孔模拟材料表面下脱粘缺陷的试件,如图2所示。同一参数下本发明的试件表面温差的峰值较高,与无缺陷处差异更大,有利于缺陷的检测。

Claims (8)

1.一种热障涂层(2)结构模拟脱粘缺陷试件,其特征在于,所述试件包括高温合金基体(1)、涂层(2)和石英粉填充层(4);
涂层(2)喷涂在高温合金基体(1)的表面,在高温合金基体(1)和涂层(2)之间增加石英粉填充层(4);通过设置石英粉填充层(4)的厚度来模拟不同深度的空气脱粘缺陷。
2.根据权利要求1所述的一种热障涂层(2)结构模拟脱粘缺陷试件,其特征在于,所述试件还包括高温合金棒(3);
涂层(2)喷涂在高温合金基体(1)一侧的表面,从高温合金基体(1)另一侧的表面开盲孔,所述盲孔深至涂层(2),高温合金棒(3)插入盲孔内,石英粉填充层(4)设置在高温合金棒(3)与涂层(2)之间的盲孔内。
3.根据权利要求2所述的一种热障涂层(2)结构模拟脱粘缺陷试件,其特征在于,所述试件包括多个不同长度的高温合金棒(3),根据石英粉填充层(4)的厚度,选择相应长度的高温合金棒(3)。
4.根据权利要求1所述的一种热障涂层(2)结构模拟脱粘缺陷试件,其特征在于,所述涂层(2)为陶瓷层。
5.权利要求2所述的一种热障涂层(2)结构模拟脱粘缺陷试件的制备方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
步骤一:将高温合金基体(1)放置到喷砂装置内底座上,将高温合金基体(1)在丙酮中清洗除油后,对高温合金基体(1)一侧的表面进行喷砂;
步骤二:采用等离子喷涂法在高温合金基体(1)喷砂后的表面喷涂涂层(2);
步骤三:采用电火花加工方法,设定加工深度,通过更换不同的加工电极,从高温合金基体(1)另一侧的表面加工出所需的盲孔尺寸;
步骤四:采用数控机床对预备的高温合金棒材进行加工,加工出与盲孔尺寸相配合,长度不一的高温合金棒(3);
步骤五:在盲孔底部到涂层(2)间的空隙采用石英粉填充,填充的空隙部分就是试验所需要的试件中的脱粘缺陷部分;
步骤六:根据填充的石英粉的厚度,选出相应长度的高温合金棒(3),使高温合金棒(3)全部插入盲孔内后,高温合金棒(3)与高温合金基体(1)另一侧的表面保持相平。
6.根据权利要求5所述的一种热障涂层(2)结构模拟脱粘缺陷试件的制备方法,其特征在于,所述步骤一中,喷砂是喷砂装置采用压缩空气为动力,用形成的高速喷射束将喷料高速喷射到高温合金基体(1)的需要处理的表面,在0.5MPa的压力下用16-22目棕刚玉喷砂粗化。
7.根据权利要求6所述的一种热障涂层(2)结构模拟脱粘缺陷试件的制备方法,其特征在于,所述喷料为铜矿砂、石英砂、金刚砂、铁砂和海南砂中的一种或几种组合。
8.根据权利要求6所述的一种热障涂层(2)结构模拟脱粘缺陷试件的制备方法,其特征在于,所述步骤二进一步为:
将等离子喷涂设备的各参数设置为氢气45升/分钟、送粉率30克/分钟、喷涂距离65mm、喷涂距离、基体预热温度250℃;然后将陶瓷粉末倒入送粉装置,调试好喷枪,开始在高温合金基体(1)喷砂后的表面喷涂涂层(2)。
CN201610614635.XA 2016-07-29 2016-07-29 一种热障涂层结构模拟脱粘缺陷试件及其制备方法 Active CN106124270B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610614635.XA CN106124270B (zh) 2016-07-29 2016-07-29 一种热障涂层结构模拟脱粘缺陷试件及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610614635.XA CN106124270B (zh) 2016-07-29 2016-07-29 一种热障涂层结构模拟脱粘缺陷试件及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106124270A true CN106124270A (zh) 2016-11-16
CN106124270B CN106124270B (zh) 2018-09-25

Family

ID=57254139

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610614635.XA Active CN106124270B (zh) 2016-07-29 2016-07-29 一种热障涂层结构模拟脱粘缺陷试件及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106124270B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107389395A (zh) * 2017-06-16 2017-11-24 中国人民解放军装甲兵工程学院 一种热喷涂涂层人工脱粘缺陷试件及其预制方法
CN109855939A (zh) * 2019-04-03 2019-06-07 黑龙江科技大学 一种热障涂层结构模拟脱粘缺陷界面热阻等效试件及其制备方法
CN113324902A (zh) * 2021-05-13 2021-08-31 山东非金属材料研究所 一种复合装甲板脱粘缺陷敲击检测用对比试块及其制备方法
CN114231979A (zh) * 2021-12-23 2022-03-25 西安交通大学 一种热障涂层人工预制脱粘缺陷的制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101694432A (zh) * 2009-10-21 2010-04-14 中国科学院力学研究所 评价热障涂层体系可靠性的方法和装置
CN102830001A (zh) * 2012-08-22 2012-12-19 西北工业大学 陶瓷基复合材料分层缺陷标样的制备方法
US9827739B2 (en) * 2012-07-26 2017-11-28 3M Innovative Properties Company Heat de-bondable optical articles

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101694432A (zh) * 2009-10-21 2010-04-14 中国科学院力学研究所 评价热障涂层体系可靠性的方法和装置
US9827739B2 (en) * 2012-07-26 2017-11-28 3M Innovative Properties Company Heat de-bondable optical articles
CN102830001A (zh) * 2012-08-22 2012-12-19 西北工业大学 陶瓷基复合材料分层缺陷标样的制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
唐庆菊: "SiC涂层缺陷的脉冲红外热波无损检测关键技术研究", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 *
徐振业等: "C/SiC复合材料盲孔缺陷深度的红外热成像定量测量", 《复合材料学报》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107389395A (zh) * 2017-06-16 2017-11-24 中国人民解放军装甲兵工程学院 一种热喷涂涂层人工脱粘缺陷试件及其预制方法
CN107389395B (zh) * 2017-06-16 2019-10-25 中国人民解放军装甲兵工程学院 一种热喷涂涂层人工脱粘缺陷试件及其预制方法
CN109855939A (zh) * 2019-04-03 2019-06-07 黑龙江科技大学 一种热障涂层结构模拟脱粘缺陷界面热阻等效试件及其制备方法
CN113324902A (zh) * 2021-05-13 2021-08-31 山东非金属材料研究所 一种复合装甲板脱粘缺陷敲击检测用对比试块及其制备方法
CN114231979A (zh) * 2021-12-23 2022-03-25 西安交通大学 一种热障涂层人工预制脱粘缺陷的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106124270B (zh) 2018-09-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106124270B (zh) 一种热障涂层结构模拟脱粘缺陷试件及其制备方法
EP4140618A1 (en) Methods for preparing prefabricated crack defect and built-in crack defect, and prefabricated member
Shabgard et al. Experimental investigation and 3D finite element prediction of the white layer thickness, heat affected zone, and surface roughness in EDM process
Perec Abrasive suspension water jet cutting optimization using orthogonal array design
Zhang et al. Simulation and experimental investigations of complex thermal deformation behavior of wire electrical discharge machining of the thin-walled component of Inconel 718
CN101275177A (zh) 一种面向抗疲劳制造的受控激光喷丸强化方法和装置
CN108875113B (zh) 变厚截面板激光焊接的熔深预测与控制方法及系统
Pradhan et al. Machining of hardstone quartz with modified AJM process using hot SiC abrasives: analysis, modeling, optimization, and cost analysis
Zhemanyuk et al. Experience of introduction of the technology of reconditioning microplasma powder surfacing at repair of high-pressure turbine blades in batch production
CN110453213A (zh) 一种飞机300m钢起落架活塞杆唇口裂纹激光熔覆修复方法
US20230146848A1 (en) Methods for preparing prefabricated gas pore defects and built-in gas pore defects, and their prefabricated parts
CN114381627A (zh) 一种消除大型构件电弧增材过程应力变形的方法和装置
Karpagaraj et al. A review on the suitability of wire arc additive manufacturing (WAAM) for stainless steel 316
Shabgard et al. A numerical method for predicting depth of heat affected zone in EDM process for AISI H13 tool steel
Smelov et al. Recovery technology features of aerospace parts by layering synthesis
CN205733647U (zh) 一种高频脉冲放电辅助的表面滚压强化加工装置
Bergs et al. Pure waterjet controlled depth machining for stripping ceramic thermal barrier coatings on turbine blades
CN107389395B (zh) 一种热喷涂涂层人工脱粘缺陷试件及其预制方法
Shitarev et al. Repair of a gas turbine blade tip by impulse laser build-up welding
Atefi et al. The influence of EDM parameters in finishing stage on surface quality, MRR and EWR
Jilte et al. Temperature Distribution of a Workpiece in EDM Process
Ali et al. The Effect of Electrical Discharge Machining Total Heat Generated on White Layer Thickness (WLT) and Fatigue Life for Die Steel
Amini et al. The Influence of EDM parameters in finishing stage on surface quality of hot work steel using artificial neural network
Gopinath et al. Towards Optimization of Vibratory Manufacturing Process in Aerospace Industry
Zhang et al. Part Remanufacturing using Hybrid Manufacturing Processes

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant