CN114459890A - 一种直角连接式双炉盖高效涂层热震试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直角连接式双炉盖高效涂层热震试验装置及方法，属于涂层性能测试技术领域，包括加热装置，加热装置侧部设置开口以供试样进入；所述加热装置与直角转动机构相对设置，直角转动机构包括直角支架，直角支架与相垂直的第一炉门、第二炉门固定连接，第一炉门与试样固定连接；所述直角支架和移动支架转动连接，且直角支架侧部与曲柄滑块机构连接，曲柄滑块机构可带动直角支架翻转以使试样在加热和冷却状态转换。

Description

一种直角连接式双炉盖高效涂层热震试验装置及方法

技术领域

本发明涉及涂层性能测试技术领域，特别是涉及一种直角连接式双炉盖高效涂层热震试验装置及方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

很多喷涂的金属陶瓷涂层要在高温和低温环境下服役，由于涂层的热膨胀系数与基体的热膨胀系数不匹配，导致涂层内部产生较大的应力使得基体表面的涂层在升温或者冷却过程中会出现裂纹然后逐渐剥落失效。

为了测试各种涂层材料在某环境服役过程中的性能差异及使用的可靠性，涂层材料在实际使用前一般要进行热震性能测试。试样需要在加热炉中加热较长时间以达到一个较高的温度，随后将试样浸泡在冷却介质中进行冷却，冷却后需要吹干试样表面的水然后再次放入加热炉中进行加热，如此反复进行。传统的8YSZ热障涂层在1000℃保温20min，然后在25℃的水中进行冷却，经过50多次循环试验才会失效。

发明人发现，当前所使用的热震试验装置主要存在以下几点问题：

(1)自动化程度不高，试验过程中需要人工辅助操作，一些性能较好的涂层材料需要反复试验很多次，消耗大量时间及精力；

(2)试验过程中炉盖关闭不及时，使加热炉内热量大量散失，增加能源的消耗；

(3)试验过程中试样在水中冷却后没有设计装置吹干试样表面的水滴，然后再放入炉中加热，这可能导致水滴落在炉壁上对加热炉产生损伤。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种直角连接式双炉盖高效涂层热震试验装置及方法，将第一炉门和第二炉门固连在一个直角支架上，通过曲柄滑块机构的往复运动实现了直角支架的往复90°转动，曲柄盘转动半圈直角支架可以转动90°，曲柄盘继续转动半圈直角支架就可以反方向转动90°，当第一炉门上的试样进行冷却时，第二炉门可以及时的顶在马弗炉的炉口，从而保证炉内温度稳定并减少能量的损耗，解决了现有热震试验装置自动化低、热损失大的问题。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明提出一种直角连接式双炉盖高效涂层热震试验装置，包括加热装置，加热装置侧部设置开口以供试样进入；所述加热装置与直角转动机构相对设置，直角转动机构包括直角支架，直角支架与相垂直的第一炉门、第二炉门固定连接，第一炉门与试样固定连接；所述直角支架和移动支架转动连接，且直角支架侧部与曲柄滑块机构连接，曲柄滑块机构可带动直角支架翻转以使试样在加热和冷却状态转换。

作为进一步的技术方案，所述曲柄滑块机构包括曲柄盘，曲柄盘通过连杆与滑动杆连接，滑动杆与滑块连接，滑块置于直角支架的滑槽内。

作为进一步的技术方案，所述曲柄盘通过单向轴承和齿轮连接，齿轮与水平设置的齿条啮合传动。

作为进一步的技术方案，所述直角支架通过转动轴与移动支架连接，转动轴处设置卡扣。

作为进一步的技术方案，所述卡扣包括与转动轴固定的第一卡扣盘，第一卡扣盘和第二卡扣盘卡接配合，第二卡扣盘套设于转动轴，且第二卡扣盘与弹簧连接。

作为进一步的技术方案，所述第一卡扣盘和第二卡扣盘的卡接面设置为锯齿状。

作为进一步的技术方案，所述移动支架通过第一丝杠和第一步进电机连接，带动移动支架往复移动。

作为进一步的技术方案，所述直角支架下方设置冷却装置，冷却装置底部设置升降机构，升降机构通过第二丝杠和第二步进电机连接。

作为进一步的技术方案，所述冷却装置包括冷却池，冷却池顶部固定设置风扇；冷却池设有进水口和出水口。

第二方面，本发明提出一种如上所述的直角连接式双炉盖高效涂层热震试验装置的试验方法，包括以下步骤：

将待测试样装夹于第一炉门，第一炉门朝向加热装置开口，移动支架带动第一炉门向加热装置移动，待测试样进入加热装置进行加热；

移动支架带动第一炉门远离加热装置，曲柄滑块机构带动直角支架翻转，使第二炉门朝向加热装置开口，待测试样朝下进行冷却；

而后曲柄滑块机构带动直角支架再次翻转，第一炉门再次朝向加热装置开口，完成一次热震循环试验；

重复以上过程，自动实现多次热震循环试验。

上述本发明的有益效果如下：

(1)本发明将第一炉门和第二炉门固连在一个直角支架上，通过曲柄滑块机构的往复运动实现了第二支架的往复90°转动，曲柄盘转动半圈第二支架可以转动90°，曲柄盘继续转动半圈第二支架就可以反方向转动90°，当第一炉门上的试样进行冷却时，第二炉门可以及时的顶在马弗炉的炉口，从而保证炉内温度稳定并减少能量的损耗。

(2)本发明齿轮与曲柄盘之间采用单向轴承连接，使得齿轮只有在顺时针转动时才能向曲柄盘传递转矩，带动第二支架转动，即只有当第三支架远离马弗炉移动时第二支架才会发生转动，既保证了试样可以准确进入马弗炉加热，又使得试样冷却时能够利用第二炉门对马弗炉炉口进行封堵。

(3)本发明在第二支架的转动轴上设置有卡扣，卡扣呈圆盘形四瓣结构，使得直角支架转动90°才会实现一次配合，起到辅助维持直角支架状态的作用，有效避免了第二支架在炉门重力的影响下发生自转，提高了第二支架的支撑稳定性。

(4)本发明在冷却池顶部设有风扇，试样在冷却池冷却完成后，可以通过风扇吹干试样表面的水滴，避免下一次加热时试样表面的水滴落在马弗炉炉壁上，减少对马弗炉的损伤。

(5)本发明通过控制系统对两个步进电机的控制来改变加热和冷却时间以及循环次数，并通过对马弗炉炉温的控制和冷却池内冷却介质的更换满足对不同试样的要求，操作方便，进行热震试验测试时仅需将试样装夹在第一炉门上，然后设定好保温时间、冷却时间以及循环次数即可，自动化程度高。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书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。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的一种直角连接式双炉盖高效涂层热震试验装置的整体结构示意图；

图2是本发明根据一个或多个实施方式的直角转动机构的结构示意图；

图3是本发明根据一个或多个实施方式的直角转动机构转动90°后的结构示意图；

图4是本发明根据一个或多个实施方式的卡扣的结构示意图；

图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用；

其中，1、第一支架；2、冷却池；3、风扇；4、马弗炉；5、第一炉门；6、试样；7、卡扣；701、第一卡扣盘；702、第二卡扣盘；703、弹簧；8、第二炉门；9、第二支架；10、滑块；11、滑动杆；12、连杆；13、单向轴承；14、曲柄盘；15、第三支架；16、第一丝杠；17、第一步进电机；18、齿轮；19、齿条；20、控制柜；21、升降机构；22、第二丝杠；23、第二步进电机。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

正如背景技术所介绍的，目前热震试验装置存在着自动化程度低、炉盖关闭不及时导致炉内热量大量散失、试样表面水滴无法处理的问题，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种直角连接式双炉盖高效涂层热震试验装置及方法。

实施例1

本发明的一种典型的实施方式中，如图1-图4所示，提出一种直角连接式双炉盖高效涂层热震试验装置，包括直角转动机构、加热装置、冷却装置以及控制系统。

直角转动机构、加热装置、冷却装置及控制系统均设置在第一支架1上，第一支架1为整个装置的支撑主体。

其中，直角转动机构设置在第一支架1的一侧(本实施例以右侧为例进行说明)，加热装置设置在第一支架1的左侧并与直角转动机构相对，冷却装置位于直角转动机构与加热装置之间并低于直角转动机构和加热装置。

可以理解的是，控制系统可以固定设置在第一支架1的任一位置，只要不妨碍直角转动机构、加热装置以及冷却装置的工作即可，这里不做过多限制。

其中，加热装置为马弗炉4，马弗炉4固定设置在第一支架1左侧的顶端，马弗炉4自身不带有炉门，马弗炉4与直角转动机构相对的一侧的侧面设有开口。

直角转动机构与马弗炉4相对设置，位于第一支架1右侧的顶端，直角转动机构由第二支架9、曲柄滑块机构以及第三支架15构成，其中，曲柄滑块机构包括滑块10、滑动杆11、连杆12、单向轴承13、曲柄盘14。

第二支架9为直角支架，位于靠近马弗炉4的一侧，第二支架9的一个角上垂直固定设有第一炉门5，第二支架9的另一个角上垂直固定设有第二炉门8，第一炉门和第二炉门二者相垂直，在初始状态下，第一炉门5低于第二炉门8，第一炉门5、第二炉门8尺寸均与马弗炉4侧面的开口相同，主要用于马弗炉4侧面开口的封闭。

其中，第一炉门5靠近马弗炉4的一侧上装夹有试样6，从而当第一炉门5对马弗炉4的开口进行封闭的同时，能够将试样6放置在马弗炉4内进行加热操作；当试样6冷却时第一炉门5朝下，第二炉门8会顶在马弗炉4炉口，以减少热量的损耗，保证炉内温度的稳定。

第二支架9远离马弗炉4的一侧连接有第三支架15(即移动支架)，具体的，第二支架9通过转动轴与第三支架15转动连接，第二支架9的转动轴上设有卡扣7，卡扣7主要由第一卡扣盘701、第二卡扣盘702以及弹簧703构成。

如图4所示，第一卡扣盘701和第二卡扣盘702均为四瓣结构，每一瓣相当于90°，可以实现90°悬停，以辅助维持第二支架9的位置，两个卡扣盘可以配合卡紧，第一卡扣盘701固定设置在第二支架9的转动轴上，第一卡扣盘701的一侧依次设有第二卡扣盘702和弹簧703，其中，第二卡扣盘702可以在转动轴上左右滑动并转动，弹簧703套设在转动轴上用于将第二卡扣盘702与第一卡扣盘701顶紧。

具体的，常规位置下第一卡扣盘701和第二卡扣盘702在弹簧703的作用会卡紧在一起，当第二支架9转动90°的过程中第二卡扣盘702会在挤压下向右移动第二支架9完整转动90°才会与第一卡扣盘701再次配合，通过卡扣7的设置可以避免第二支架9在炉门重力的影响下发生自转，提高了第二支架9的支撑稳定性，保证了第二支架9在与马弗炉4的对接过程中对接到位。

第二支架9靠近第三支架15的一侧上开设有滑槽，滑槽内设有滑块10，滑块10的移动能够带动第二支架9转动，为了避免滑块10的滑落，滑槽开口处设有盖板对设置在滑槽内的滑块10进行遮挡以及限位。

滑块10固定设置在滑动杆11的一端，滑动杆11的另一端通过连杆12与曲柄盘14固定连接，从而在曲柄盘14的带动下实现滑动杆11以及滑块10的运动，进而带动第二支架9的转动，其中，曲柄盘14转动半圈第二支架可以转动90°，曲柄盘14继续转动半圈第二支架9可以反方向转动90°。

曲柄盘14上同轴设置有单向轴承13，通过单向轴承13与设置在第三支架15上的齿轮18连接，单向轴承13的设置使得齿轮18只有在顺时针转动时才能向曲柄盘14传递转矩，带动第二支架9转动，当齿轮18逆时针转动时不会向曲柄盘14传递扭矩。

第一支架1上固定设有齿条19，齿条19位于齿轮18的下端，当第三支架15移动时，第三支架15上的齿轮18会与固定在第一支架1上的齿条19形成配合，从而使得齿轮18发生转动。

齿条19位于第一支架1右侧远离马弗炉4的一端，齿条19的整体长度短于第三支架15的移动距离，且能够保证曲柄盘14转动半圈，从而当第三支架15朝向远离马弗炉4的方向移动时，在刚开始移动的一定距离内齿轮18不与齿条19啮合，曲柄盘14不转动；当第三支架15继续移动时，齿轮18与齿条19啮合，曲柄盘14转动半圈，从而使得第二支架转动90°。

通过限定齿条19的位置及长度，能够避免在第三支架15远离马弗炉4移动时，曲柄盘14立马转动导致第二支架9上的炉门与马弗炉4发生碰撞。

可以理解的是，齿条19的具体长度根据马弗炉4与直角转动机构之间的距离进行确定，只要能够保证第三支架15远离马弗炉4移动时，曲柄盘14不立马转动，从而避免第二支架9上的炉门与马弗炉4发生碰撞即可，这里不做过多限制。

第三支架15远离第二支架9的一端设有第一步进电机17，第一步进电机17通过第一丝杆16与第三支架15连接，从而带动第三支架15在第一支架1上往复水平移动。

马弗炉4与第二支架9之间还设有冷却装置，该冷却装置整体位于马弗炉4和第二支架9的下方。

具体的，冷却装置包括冷却池2、风扇3、升降机构21以及第二步进电机23，升降机构21设置在冷却池2的底部，用于支撑并带动冷却池2升降。

升降机构21通过第二丝杠22与第二步进电机23连接，第二丝杠22的转动可以控制升降机构21的升降，进而带动冷却池2进行循环升降的工作。

该方案中的升降机构、第二丝杠和第二步进电机的配合，可以采用丝杠升降台的形式，其通过电机、丝杠的配合实现冷却池的上下升降。

可以理解的是，升降机构21可以为十字状的升降支架结构，也可以为其他类型的升降支架，这里不做过多的限制。

冷却池2的顶部设有风扇3，风扇3的主要作用是将冷却后的试样6表面的水滴吹干，避免下一次加热时试样6表面的水滴落在马弗炉4炉壁上，以减少对马弗炉4的损伤。

冷却池2还设有进水口和出水口，可以保证冷却介质始终处于一个恒定的较低温度。

控制系统为控制柜20，控制柜20用于控制第一步进电机、第二步进电机的工作，同时，控制柜20还设有马弗炉4的温控系统，马弗炉4的温控系统用来控制试样加热的温度，控制柜20能够设定好保温时间、冷却时间以及循环次数，以自动实现多次的热震循环试验。

采用该热震试验装置的具体的试验过程为：

待测试试样6装夹在第一炉门5上，随后第一步进电机17正向启动，通过第一丝杠16的转动带动第三支架15向马弗炉4方向移动，此时安装在第三支架15上的齿轮18会与齿条19形成配合进而发生逆时针的转动，由于齿轮18与曲柄盘14之间采用单向轴承13连接，逆时针转动时齿轮18不会向曲柄盘14传递转矩，故第三支架15向马弗炉4移动时不会带动曲柄盘14的转动，也不会带动第二支架9的转动，这样第一炉门5会跟随第三支架15移动并将试样6送入马弗炉4中。

加热一段时间后，第一步进电机17会逆向启动并通过第一丝杠16带动第三支架15向远离马弗炉4的方向移动。开始一段距离齿轮18不会与齿条19接触形成配合发生转动，继续移动的过程中齿轮18会与齿条19形成配合并发生顺时针的转动，此时，齿轮18会通过单向轴承13向曲柄盘14传递转矩，进而带动曲柄盘14的转动，第三支架15继续移动的距离刚好可以让齿轮18顺时针转动半圈，同时带动曲柄盘14顺时针转动半圈，而滑动杆11可以在曲柄盘14的转动下相对第三支架15向左移动，进而推动第二支架9逆时针转动90°，这样第一炉门5带有试样6的一面会朝下。

紧接着第一步进电机17再次正向启动，第三支架15向前移动带动第二炉门8顶住马弗炉4的炉口，在此过程中由于单向轴承13的存在还是不会带动第二支架9的转动。

然后，第二步进电机23启动，通过第二丝杠22带动冷却池2跟随升降机构21向上升起，使试样6浸泡在水中，进行冷却；一段时间后，第二步进电机22反向转动，冷却池2下降，试样6离开水面，同时风扇3启动吹干试样6表面水分。

第一步进电机17再次逆向启动，带动第三支架15向远离马弗炉4方向移动，一段距离后，齿轮18与齿条19配合，齿轮18转动同时单向轴承13向曲柄盘14传递转矩，曲柄盘14顺时针转动半圈，带动滑动杆11相对第三支架15向右移动，进而拉动第二支架9顺时针转动90°，回到如图1所示的初始位置，完成一次热震循环试验。

通过控制系统对第一步进电机17和第二步进电机22的控制可以自动实现多次的热震循环试验。

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)

1.一种直角连接式双炉盖高效涂层热震试验装置，其特征是，包括加热装置，加热装置侧部设置开口以供试样进入；所述加热装置与直角转动机构相对设置，直角转动机构包括直角支架，直角支架与相垂直的第一炉门、第二炉门固定连接，第一炉门与试样固定连接；所述直角支架和移动支架转动连接，且直角支架侧部与曲柄滑块机构连接，曲柄滑块机构可带动直角支架翻转以使试样在加热和冷却状态转换。

2.如权利要求1所述的直角连接式双炉盖高效涂层热震试验装置，其特征是，所述曲柄滑块机构包括曲柄盘，曲柄盘通过连杆与滑动杆连接，滑动杆与滑块连接，滑块置于直角支架的滑槽内。

3.如权利要求2所述的直角连接式双炉盖高效涂层热震试验装置，其特征是，所述曲柄盘通过单向轴承和齿轮连接，齿轮与水平设置的齿条啮合传动。

4.如权利要求1所述的直角连接式双炉盖高效涂层热震试验装置，其特征是，所述直角支架通过转动轴与移动支架连接，转动轴处设置卡扣。

5.如权利要求4所述的直角连接式双炉盖高效涂层热震试验装置，其特征是，所述卡扣包括与转动轴固定的第一卡扣盘，第一卡扣盘和第二卡扣盘卡接配合，第二卡扣盘套设于转动轴，且第二卡扣盘与弹簧连接。

6.如权利要求5所述的直角连接式双炉盖高效涂层热震试验装置，其特征是，所述第一卡扣盘和第二卡扣盘的卡接面设置为锯齿状。

7.如权利要求1所述的直角连接式双炉盖高效涂层热震试验装置，其特征是，所述移动支架通过第一丝杠和第一步进电机连接，带动移动支架往复移动。

8.如权利要求1所述的直角连接式双炉盖高效涂层热震试验装置，其特征是，所述直角支架下方设置冷却装置，冷却装置底部设置升降机构，升降机构通过第二丝杠和第二步进电机连接。

9.如权利要求8所述的直角连接式双炉盖高效涂层热震试验装置，其特征是，所述冷却装置包括冷却池，冷却池顶部固定设置风扇；冷却池设有进水口和出水口。

10.如权利要求1-9任一项所述的直角连接式双炉盖高效涂层热震试验装置的试验方法，其特征是，包括以下步骤：

将待测试样装夹于第一炉门，第一炉门朝向加热装置开口，移动支架带动第一炉门向加热装置移动，待测试样进入加热装置进行加热；

移动支架带动第一炉门远离加热装置，曲柄滑块机构带动直角支架翻转，使第二炉门朝向加热装置开口，待测试样朝下进行冷却；

而后曲柄滑块机构带动直角支架再次翻转，第一炉门再次朝向加热装置开口，完成一次热震循环试验；

重复以上过程，自动实现多次热震循环试验。

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