CN113943913A - 用于安装高温应变计的火焰喷涂工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于安装高温应变计的火焰喷涂工艺，包括以下步骤：打磨处理，对试验件上用于应变计安装的安装区域进行打磨或喷砂；清洗处理，对试验件的安装区域进行清洗；喷涂结合层，将活性材料一喷涂在试验件的安装区域，形成结合层；喷涂预先涂层，将活性材料二喷涂在结合层上，形成预先涂层；固定应变计，将应变计固定在预先涂层上；喷涂覆盖涂层，将活性材料二在应变计的其余面和预先涂层的未被应变计遮盖的部分上进行分区域喷涂；结合层、预先涂层和覆盖涂层形成中间高、四周低的塔形结构涂层。本发明的用于安装高温应变计的火焰喷涂工艺，塔形结构层用于抵御流道热气流冲刷和协调热冲击变形。

Description

用于安装高温应变计的火焰喷涂工艺

技术领域

本发明涉及高温应变计安装领域，特别地，涉及一种用于安装高温应变计的火焰喷涂工艺。

背景技术

现有航空发动机研制中，对高温部件(600℃～1000)的应力测量主要依赖于高温应变计。通过对试验件表面处理，然后进行高温火焰喷涂预制涂层，在将高温应变计固定覆盖在涂层之中。目前，高温动态应变测量主要采用高温应变计直接测量的方法，然而，动应力的测点位置处，往往受到高温焰流的冲刷和高强度的离心加速度的影响，故对喷涂层的可靠性、存活性有非常高的要求。现有专利CN 10784371A应变计的安装方法，具体公开了整套高温应变计的安装方法，其中喷涂安装高温应变计的涂层一共分结合层、预先涂层、第一覆盖层、第二覆盖层、最终涂层，共计5层，但是由于需要经过5次喷涂形成5层涂层，工艺繁琐。现有专利中没有对结合层、预先涂层、最终涂层的喷涂区域面积和厚度进行有效控制，5层涂层在抵御气流冲刷和离心力等横向力作用时，由于涂层的剪切强度较低，以及焰流热冲击过程时涂层没有足够的容限，涂层发生了快速变形，最终导致不同涂层之间发生开裂或剥离，以及涂层边缘处也发生了快速的氧化剥离，从而使得喷涂层的可靠性、存活性降低，进一步降低了高温应变计安装稳定性。

发明内容

本发明提供了一种安装高温应变计的火焰喷涂，以解决在高温动态应变测量中，高温应变计火焰喷涂的涂层可靠性差的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种用于安装高温应变计的火焰喷涂工艺，包括以下步骤：

打磨处理，对试验件上用于应变计安装的安装区域进行打磨或喷砂，使安装区域的表面粗糙化；

清洗处理，对试验件的安装区域进行清洗；

喷涂结合层，将活性材料一喷涂在试验件的安装区域，形成结合层；

喷涂预先涂层，将活性材料二喷涂在结合层上，形成预先涂层；

固定应变计，将应变计固定在预先涂层上，应变计的一表面贴附于预先涂层；

喷涂覆盖涂层，将活性材料二在应变计的其余面和预先涂层的未被应变计遮盖的部分上进行分区域喷涂，形成中间凸起的覆盖涂层；

结合层、预先涂层和覆盖涂层形成中间高、四周低的塔形结构涂层，塔形结构层涂层用于抵御流道热气流冲刷和协调热冲击变形。

进一步地，固定应变计具体包括以下步骤：将应变计紧贴在预先涂层上，将多条高温胶带横跨应变计并将应变计粘贴于预先涂层上，多条高温胶带平行间隔布设，相邻两条高温胶带之间形成窗口。

进一步地，喷涂覆盖涂层具体包括以下步骤：在窗口区域喷涂形成不连续的第一涂层，去除高温胶带；在预先涂层的四周边框处粘贴高温胶带，并保证第一涂层上无高温胶带，在预先涂层无高温胶带区域和第一涂层上进行喷涂，使得在第一涂层上覆盖的涂层厚度大于等于在预先涂层上覆盖的涂层厚度，以形成凹凸相间的连续的第二涂层，去除高温胶带。

进一步地，第一涂层的厚度为高温应变计厚度的60％～70％。

进一步地，第二涂层与预先涂层四周边框处的边距为1mm～2mm。

进一步地，相邻两条高温胶带之间的窗口宽度等于高温胶带的宽度。

进一步地，喷涂结合层具体包括以下步骤：在安装区域的四周边框处粘贴高温胶带进行保护，对安装区域无高温胶带区域进行喷涂，形成结合层。

进一步地，结合层与安装区域的边距为4mm～5mm。

进一步地，结合层的厚度为50μm～76μm。

进一步地，预先涂层覆盖区域小于等于结合层覆盖区域。

进一步地，在喷涂覆盖涂层之后还包括后处理，对覆盖涂层的棱角处和边缘处进行圆滑处理。

本发明具有以下有益效果：

本发明的用于安装高温应变计的火焰喷涂工艺，对安装区域进行打磨，喷涂结合层、预先涂层，在预先涂层上固定应变计，再喷涂覆盖涂层。一方面，实现在600℃以上的高温环境的应变计的安装；另一方面，通过逐层并分区域喷涂结合层、预先涂层和覆盖涂层，形成中间较高，四周逐渐变薄的塔形结构涂层，塔形结构层用于抵御流道热气流冲刷和协调热冲击变形。本发明的用于安装高温应变计的火焰喷涂工艺相比于现有喷涂工艺，由于少喷涂一次，而使得整个涂层厚度和质量降低了10％～15％，从而使得结合层底部因离心力而产生的应力减少。同时，塔形结构能使得气流沿涂层表面向上流过，不会发生在现有喷涂工艺形成的平整的涂层的侧面产生较大的横向力，从而减少了剪切力的产生。此外，在受到热冲击过程中，塔形结构的涂层相对于平整涂层具有更大的表面积，能够更好的传热，从而形成均匀温度场，不会因局部温度梯度差较大而产生较大热应力发生涂层开裂的现象。经实际检验，塔形结构涂层具有抵御流道热气流冲刷和协调热冲击变形的能力，对高温应变计的动应力测量存活度提升显著。上述安装高温应变计的火焰喷涂工艺，与现有技术相比，由喷涂5次减少为喷涂4次，降低了喷涂次数，提升了工作效率。而且，形成的塔形结构涂层各涂层之间具有较好的结合强度，以及塔形结构涂层整体结构强度较高，能抵御热冲击和流道中的气流吹刷，最大限度提高动应力测点的存活率。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的塔形结构层的俯视图；

图2是本发明优选实施例的塔形结构层的侧视图；以及

图3是本发明优选实施例的正视图。

附图标号说明：

1、安装区域；2、结合层；3、预先涂层；4、覆盖涂层；41、第一涂层；42、第二涂层。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1是本发明优选实施例的塔形结构层的俯视图；图2是本发明优选实施例的塔形结构层的侧视图；图3是本发明优选实施例的正视图。

如图1和图2所示，本实施例的用于安装高温应变计的火焰喷涂工艺，包括以下步骤：

打磨处理，对试验件上用于应变计安装的安装区域1进行打磨或喷砂，使安装区域1的表面粗糙化；

清洗处理，对试验件的安装区域1进行清洗；

喷涂结合层2，将活性材料一喷涂在试验件的安装区域1，形成结合层2；

喷涂预先涂层3，将活性材料二喷涂在结合层2上，形成预先涂层3；

固定应变计，将应变计固定在预先涂层3上，应变计的一表面贴附于预先涂层3；

喷涂覆盖涂层4，将活性材料二在应变计的其余面和预先涂层3的未被应变计遮盖的部分上进行分区域喷涂，形成中间凸起的覆盖涂层4；

结合层2、预先涂层3和覆盖涂层4形成中间高、四周低的塔形结构涂层，塔形结构层涂层用于抵御流道热气流冲刷和协调热冲击变形。

本发明的用于安装高温应变计的火焰喷涂工艺，对安装区1域进行打磨或喷砂，喷涂结合层2、预先涂层3，在预先涂层3上固定应变计，再喷涂覆盖涂层4。一方面，实现在600℃以上的高温环境的应变计的安装；另一方面，通过逐层并分区域喷涂结合层2、预先涂层3和覆盖涂层4，形成中间较高，四周逐渐变薄的塔形结构涂层，塔形结构层用于抵御流道热气流冲刷和协调热冲击变形。本发明的用于安装高温应变计的火焰喷涂工艺相比于现有喷涂工艺，由于少喷涂一次，而使得整个涂层厚度和质量降低了10％～15％，从而使得结合层2底部因离心力而产生的应力减少。同时，塔形结构能使得气流沿涂层表面向上流过，不会发生在现有喷涂工艺形成的平整的涂层的侧面产生较大的横向力，从而减少了剪切力的产生。此外，在受到热冲击过程中，塔形结构的涂层相对于平整涂层具有更大的表面积，能够更好的传热，从而形成均匀温度场，不会因局部温度梯度差较大而产生较大热应力，发生涂层开裂的现象。经实际检验，塔形结构涂层具有抵御流道热气流冲刷和协调热冲击变形的能力，对高温应变计的动应力测量存活度提升显著。上述安装高温应变计的火焰喷涂工艺，与现有技术相比，由喷涂5次减少为喷涂4次，降低了喷涂次数，提升了工作效率。而且，形成的塔形结构涂层各涂层之间具有较好的结合强度，以及塔形结构涂层整体结构强度较高，能抵御热冲击和流道中的气流吹刷，最大限度提高动应力测点的存活率。

优选地，活性材料一采用镍铬合金或镍铬铝钇合金。或者，其他增强结合力和协调基底材料和活性材料二热变形的活性材料。活性材料二采用氧化铝粉(棒)料。

本实施例中，固定应变计具体包括以下步骤：将应变计紧贴在预先涂层3上，将多条高温胶带横跨应变计并将应变计粘贴于预先涂层3上，多条高温胶带平行间隔布设，相邻两条高温胶带之间形成窗口。上述固边应变计时，控制丝栅方向及引脚走线方向，保证应变计与试验件的绝缘。适用于600℃以上的高温应变计属于带有临时框架且无基底的应变计结构，因此在利用高温胶带固定应变计时，需要将应变计尽量贴紧预先涂层3。因此，高温胶带用于初期固定应变计。另外，多条高温胶带横跨粘贴于应变计上，且多条高温胶带平行间隔布设，相邻两条高温胶带之间形成窗口，在窗口处进行喷涂以形成不连续的第一涂层41的限定区域。

如图2和图3所示，本实施例中，喷涂覆盖涂层4具体包括以下步骤：在窗口区域喷涂形成不连续的第一涂层41，去除高温胶带；在预先涂层3的四周边框处粘贴高温胶带，并保证第一涂层41上无高温胶带，在预先涂层3无高温胶带区域和第一涂层41上进行喷涂，使得在第一涂层41上覆盖的涂层厚度大于等于在预先涂层3上覆盖的涂层厚度，以形成凹凸相间的连续的第二涂层42，去除高温胶带。在窗口区域喷涂形成不连续的第一涂层41，去除高温胶带，从而形成相对于预先涂层3的多个凸起结构的第一涂层41。优选为，第一涂层41为多组等距间隔布设的矩形体涂层。再在预先涂层3的四周边框处粘贴高温胶带，从而对高温胶带露出的窗口部位进行喷涂，即预先涂层3无高温胶带区域和第一涂层41上进行喷涂，形成第二涂层42。由于预先涂层3的四周边框处粘贴高温胶带，没有形成涂覆层，在预先涂层3无高温胶带区域形成了第二涂层42，而在第一涂层41顶部继续叠加第二涂层42，第一涂层41处的总涂覆层高于第二涂层42处的总涂覆层。从而在预先涂层3上形成凹凸相间的覆盖涂层4。

本实施例中，第一涂层41的厚度为高温应变计厚度的60％～70％。即能在去除高温胶带后将高温应变计紧贴于预先涂层3上，又可以保证能顺利的去除高温胶带而不影响高温应变计的第二涂层42的喷涂，同时获得较薄的覆盖涂层4的厚度。

本实施例中，第二涂层42与预先涂层3四周边框处的边距为1mm～2mm。以保证第二涂层42与预先涂层3和第一涂层41相交部位形成均匀的、连续的连接，以保持较强的结合力。

本实施例中，相邻两条高温胶带之间的窗口宽度等于高温胶带的宽度。以使得形成的凸起的第一涂层41的宽度和窗口宽度相同，内应力相对较小。

本实施例中，喷涂结合层2具体包括以下步骤：在安装区域1的四周边框处粘贴高温胶带进行保护，对安装区域1无高温胶带区域进行喷涂，形成结合层2。上述在在安装区域1的四周边框处粘贴高温胶带，活性材料一喷涂在安装区域1的非高温胶带处。从而形成的结合层2的四周轮廓小于安装区域1的四周轮廓。预先涂层3直接喷涂在结合层2上，预先涂层3与结合层2的四周轮廓相等。覆盖涂层4同样受到高温胶带的保护，形成的中间部位凸出，且四周轮廓小于预先涂层3的四周轮廓。通过结合层2、预先涂层3和覆盖涂层4依次层叠布设，以实现中间较高，四周逐渐变薄的塔形结构涂层。

本实施例中，结合层2与安装区域1的边距为4mm～5mm。以保证结合层2区域的试件表面的打磨、清洗状态均匀、稳定。结合层2的厚度为50μm～76μm。

本实施例中，预先涂层3覆盖区域小于等于结合层2覆盖区域。以进一步保证气流沿涂层表面向上流过，降低涂层产生较大的横向力。

本实施例中，在喷涂覆盖涂层4之后还包括后处理，对覆盖涂层4的棱角处和边缘处进行圆滑处理。去除所有高温胶布，用工具去除覆盖涂层4交叠部位的突起和边缘部位的突起，使得覆盖涂层4表面尽量圆滑无棱角。以减少棱角的应力集中和风阻，同时降低高温下被烧蚀的风险。

用于安装高温应变计的火焰喷涂工艺具体包括以下步骤：

试验件表面前期处理

试验件表面应变计的安装、引脚走线路径上均应进行彻底的前期处理。处理要求如下：

(1)、初步清洗

采用清洗液优选丙酮、异丙醇、乙醇等较易溶解有机物的介质，可采用冲洗或者超声波清洗，达到去除表面杂质作用。再用干燥洁净压缩空气吹扫。

(2)、打磨处理

打磨处理采用吹沙处理，采用白刚玉、金刚砂等比试验件材料硬度高的介质。吹沙目数宜选用80目以下的粗砂，吹沙压力宜在0.5MPa以上，控制吹沙角度，最终控制表面粗糙度，获得安装区域1。显微镜下观察的表面状态应露出新鲜金属表面。

(3)、再次清洗

干燥洁净压缩空气吹扫。再用三氯乙烯、丁酮、三氯乙烷等溶剂进行清洗或者超声波清洗，可提高试验件表面金属活性。

火焰喷涂工艺安装高温应变计

(1)、喷涂结合层2

留出应变计安装、引脚走线的区域。安装区域1的四周边框用高温胶布保护，留出的待涂覆涂层的窗口区域应四周都小于安装区域1。结合层2与安装区域1的边距为4mm～5mm。采用喷涂设备(如高温火焰喷涂、低速喷雾系统等)对试验件表面喷涂，控制喷涂距离、喷射角度、气相参数(氧气、乙炔、压缩空气的压力、流量)、喷涂层的厚度。喷射涂层的材料主要是镍铬合金粉末或镍铬铝钇合金粉末，或其他增强结合力的活性粉末。结合层2功能主要是增强对试验件基底的结合力，同时由于其热膨胀系数介于基底材料和镍铬铝钇合金(氧化铝涂层)之间，起到协调热变形、抵御热冲击导致涂层脱落等问题。控制喷涂的结合层2厚度，在显微镜下观察宜刚好覆盖试验件吹沙处理后表面，约90％以上覆盖表面且喷涂层均匀不宜有涂层颗粒堆积。停止喷涂并清除结合力不佳和堆积的喷涂颗粒，尤其是真实试验件圆弧、导角区域。对于较薄试验件应额外加入空气冷却降温并采用间断式喷涂，防止试验件过热。结合层2的厚度为50μm～76μm。

(2)、喷涂预先涂层3

将高纯度氧化铝粉(棒)料喷涂在结合层2上，控制预先涂层3的厚度和均匀度。预先涂层3的厚度控制以实测涂层对金属的绝缘强度而定，在满足绝缘强度下尽量薄。预先涂层3的厚度为50μm～76μm，绝缘达到无穷大(50VDC)。预先涂层3的覆盖区域与结合层2的覆盖区域相同，或预先涂层3的覆盖区域四周略小于结合层2的覆盖区域。

(3)、应变计固定

按有限元计算结果固定应变计，并控制丝栅方向及引脚走线方向，保证应变计与试验件绝缘。高温应变计为带临时框架无基底应变计。将多条高温胶带横跨粘贴于应变计，并且处于两端的高温胶带粘贴于预先涂层3，多条高温胶带平行间隔布设，相邻两条高温胶带之间形成窗口。

(4)、喷涂第一涂层41

在窗口区域喷涂形成第一涂层41，第一涂层41的厚度为高温应变计厚度的60％～70％，去除高温胶带，通过第一涂层41使得应变计被紧紧附着于预先涂层3之上。

(5)、喷涂第二涂层42

在预先涂层3的四周边框处粘贴高温胶带，并保证第一涂层41上无高温胶带，第二涂层42与预先涂层3四周边框处的边距为1mm～2mm，在预先涂层3无高温胶带区域和第一涂层41上进行喷涂，使得在第一涂层41上覆盖的涂层厚度大于等于在预先涂层3上覆盖的涂层厚度，以形成凹凸相间的第二涂层42，去除高温胶带。

(6)、后处理

用工具去除覆盖涂层4交叠部位的突起和边缘部位的突起，使得覆盖涂层4表面尽量圆滑无棱角。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于安装高温应变计的火焰喷涂工艺，其特征在于，包括以下步骤：

打磨处理，对试验件上用于应变计安装的安装区域(1)进行打磨或喷砂，使安装区域(1)的表面粗糙化；

清洗处理，对试验件的安装区域(1)进行清洗；

喷涂结合层(2)，将活性材料一喷涂在试验件的安装区域(1)，形成结合层(2)；

喷涂预先涂层(3)，将活性材料二喷涂在结合层(2)上，形成预先涂层(3)；

固定应变计，将应变计固定在预先涂层(3)上，应变计的一表面贴附于预先涂层(3)；

喷涂覆盖涂层(4)，将活性材料二在应变计的其余面和预先涂层(3)的未被应变计遮盖的部分上进行分区域喷涂，形成中间凸起的覆盖涂层(4)；

所述结合层(2)、预先涂层(3)和覆盖涂层(4)形成中间高、四周低的塔形结构涂层，所述塔形结构层涂层用于抵御流道热气流冲刷和协调热冲击变形。

2.根据权利要求1所述的用于安装高温应变计的火焰喷涂工艺，其特征在于，

所述固定应变计具体包括以下步骤：

将应变计紧贴在预先涂层(3)上，将多条高温胶带横跨应变计并将应变计粘贴于预先涂层(3)上，多条高温胶带平行间隔布设，相邻两条高温胶带之间形成窗口。

3.根据权利要求2所述的用于安装高温应变计的火焰喷涂工艺，其特征在于，

喷涂覆盖涂层(4)具体包括以下步骤：

在窗口区域喷涂形成不连续的第一涂层(41)，去除高温胶带；

在预先涂层(3)的四周边框处粘贴高温胶带，并保证第一涂层(41)上无高温胶带，在预先涂层(3)无高温胶带区域和第一涂层(41)上进行喷涂，使得在第一涂层(41)上覆盖的涂层厚度大于等于在预先涂层(3)上覆盖的涂层厚度，以形成凹凸相间的连续的第二涂层(42)，去除高温胶带。

4.根据权利要求3所述的用于安装高温应变计的火焰喷涂工艺，其特征在于，

所述第一涂层(41)的厚度为高温应变计厚度的60％～70％。

5.根据权利要求3所述的用于安装高温应变计的火焰喷涂工艺，其特征在于，

所述第二涂层(42)与预先涂层(3)四周边框处的边距为1mm～2mm。

6.根据权利要求3所述的用于安装高温应变计的火焰喷涂工艺，其特征在于，

相邻两条高温胶带之间的窗口宽度等于高温胶带的宽度。

7.根据权利要求1所述的用于安装高温应变计的火焰喷涂工艺，其特征在于，

喷涂结合层(2)具体包括以下步骤：

在安装区域(1)的四周边框处粘贴高温胶带进行保护，对安装区域(1)无高温胶带区域进行喷涂，形成结合层(2)。

8.根据权利要求7所述的用于安装高温应变计的火焰喷涂工艺，其特征在于，

所述结合层(2)与所述安装区域(1)的边距为4mm～5mm；

所述结合层(2)的厚度为50μm～76μm。

9.根据权利要求1所述的用于安装高温应变计的火焰喷涂工艺，其特征在于，

所述预先涂层(3)覆盖区域小于等于所述结合层(2)覆盖区域。

10.根据权利要求1所述的用于安装高温应变计的火焰喷涂工艺，其特征在于，

在喷涂覆盖涂层(4)之后还包括后处理，对覆盖涂层(4)的棱角处和边缘处进行圆滑处理。

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