CN114894834A - 一种高温防热结构力热参数测量装置与方法 - Google Patents

一种高温防热结构力热参数测量装置与方法 Download PDF

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CN114894834A CN202210832072.7A CN202210832072A CN114894834A CN 114894834 A CN114894834 A CN 114894834A CN 202210832072 A CN202210832072 A CN 202210832072A CN 114894834 A CN114894834 A CN 114894834A
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Abstract

本发明公开了一种高温防热结构力热参数测量装置与方法，该装置包括底部高温红外测温仪、形变测量机构、涂层厚度测量机构和顶部高温红外测温仪；该方法包括步骤：一、采集基体试件的初始测量数据；二、采集基体试件喷涂过程中的实时测量数据；三、获取基体试件上涂层的实时应力；四、获取基体试件上涂层的实时弹性模量；五、绘制基体试件的温度变化曲线；六、绘制基体试件上涂层应力随涂层厚度的变化曲线。本发明能够实现对高温防热结构喷涂过程中力热参数的实时测量，能监控基体试件涂层中的应力水平和弹性模量随涂层厚度的变化趋势，为优选低应力长寿命涂层的制备工艺提供依据。

Description

一种高温防热结构力热参数测量装置与方法
技术领域
本发明属于力学试验中特殊服役环境下的无损检测技术领域，具体涉及一种高温防热结构力热参数测量装置与方法。
背景技术
高温防热结构广泛应用于重型燃气轮机、航空发动机、高超声速飞行器等重大装备的核心高温部件，如：透平叶片热障涂层、燃烧室封严涂层、翼舵面陶瓷基复合涂层等。以重型燃气轮机为例，其高温叶片服役温度已超过1400℃，但目前高温合金保持持久强度的温度极限仅为900℃，因此需要热障涂层作为保护结构，实现隔热、抗腐蚀、抗冲蚀等功能。高温防热结构的制备过程中会产生显著的内部应力，如果内部应力过大，极易造成防热结构与被保护部件之间的脱粘失效。目前的应力在线检测装置，一般是在喷涂结束后，通过拉曼/荧光光谱法、X射线衍射法等方法测量涂层中的残余应力，尚无一种能在高温防护结构制备过程中实时测量其内部应力的方法和装置。工程中只能依赖资深工程师凭借其大量经验，主观判断和选择高温防护结构制备的各项工艺参数（如喷涂/沉积功率、基底预热温度等），无法通过实时应力的监测对上述参数予以调控；同时无法进行高温防护结构上特定模量涂层的制备。
综上所述，针对高温热防护材料如APS热障涂层等所面临的制备过程中的喷涂应力难以检测问题，需要一种可以实时检测高温热防护结构力热参数的装置，为调控涂层微结构，优化涂层性能提供必要的数据支撑。力热参数包含制备过程中基体试件中的涂层实时应力、涂层弹性模量以及涂层上表面与基体下表面温度变化趋势。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种高温防热结构力热参数测量装置，其结构设计合理，测量方法简便，结构设计合理，测量方法简便，能够全程监控涂层制备过程中的应力水平，进而可以了解高温防热结构表面涂层的最终微结构与服役性能，为优选低应力长寿命涂层的制备工艺提供依据，对于防止高温防热结构与被保护部件之间的脱粘失效有着重要作用；能够得到涂层中弹性模量与涂层厚度之间的变化趋势，进而为确定特定模量涂层的制备工艺提供依据。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高温防热结构力热参数测量装置，其特征在于：包括桁架和设置在桁架内部供基体试件安装的上轴板，所述上轴板的下方设置有底部高温红外测温仪和用于测量基体试件形变的形变测量机构，所述基体试件的上方设置有涂层厚度测量机构和顶部高温红外测温仪，所述底部高温红外测温仪用于测量基体试件的下表面温度，所述顶部高温红外测温仪用于测量基体试件上涂层的上表面温度；
所述涂层厚度测量机构包括第一激光测距仪，所述形变测量机构包括多个沿基体试件的长度方向均匀布设在基体试件下方的第二激光测距仪，所述上轴板的中部设置有透光区，所述基体试件位于透光区的正上方。
上述的一种高温防热结构力热参数测量装置，其特征在于：所述第一激光测距仪和顶部高温红外测温仪通过喷头夹具安装在喷涂设备的喷嘴上，所述喷头夹具包括喷头主夹具和与所述喷头主夹具相扣合的喷头副夹具；
所述第一激光测距仪和顶部高温红外测温仪分别安装在喷头主夹具的两端。
上述的一种高温防热结构力热参数测量装置，其特征在于：所述顶部高温红外测温仪和底部高温红外测温仪的温度测量范围均为-40℃～1030℃。
上述的一种高温防热结构力热参数测量装置，其特征在于：所述上轴板的一侧设置有供基体试件安装的试件夹具。
上述的一种高温防热结构力热参数测量装置，其特征在于：多个所述第二激光测距仪的激光束与上轴板相互垂直。
上述的一种高温防热结构力热参数测量装置，其特征在于：所述桁架的顶部设置有顶板，所述顶板位于上轴板的上方，所述顶板上设置有供所述喷嘴上喷涂的涂料穿过的涂料喷涂槽，所述涂料喷涂槽位于基体试件的正上方。
上述的一种高温防热结构力热参数测量装置，其特征在于：所述桁架内还设置有中轴板和下轴板，所述中轴板和下轴板均与上轴板相互平行，所述底部高温红外测温仪和多个第二激光测距仪均安装在中轴板上，所述下轴板上开设有线槽。
上述的一种高温防热结构力热参数测量装置，其特征在于：所述透光区为嵌装在上轴板上的透光玻璃，所述基体试件安装在透光区的正上方，所述底部高温红外测温仪的红外光束和多个所述第二激光测距仪的激光束均向上穿过所述透光区。
同时，本发明还公开了一种高温防热结构力热参数测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、采集基体试件的初始测量数据：分别通过底部高温红外测温仪、顶部高温红外测温仪、第一激光测距仪和多个第二激光测距仪测量耐高温陶瓷薄膜制备之前基体试件的下表面温度初始数据、涂层上表面温度初始数据、顶部距离初始数据和底部距离初始数据，并将测量到的数据通过数据采集装置传输给计算机，计算机将多个底部距离初始数据通过圆拟合得到基体试件的初始曲率；
步骤二、采集基体试件喷涂过程中的实时测量数据：采用喷涂设备对基体试件进行涂层的喷涂后形成高温防热结构的涂层试件；
其中，每隔单位时间采集一次基体试件的下表面温度实时数据、涂层上表面温度实时数据、顶部距离实时数据和底部距离实时数据，通过计算机将顶部距离实时数据转化为基体试件上涂层的实时厚度；并将同一时刻采集到的多个底部距离实时数据通过圆拟合得到基体试件的实时曲率；
步骤三、获取基体试件上涂层的实时应力：通过应力计算公式
Figure 819681DEST_PATH_IMAGE001
，将步骤二中得到的基体试件的实时曲率转变为基体试件上涂层的实时应力
Figure 292251DEST_PATH_IMAGE002
;
其中，
Figure 343383DEST_PATH_IMAGE003
为基体试件的厚度，
Figure 268614DEST_PATH_IMAGE004
为基体试件的曲率半径变化量，
Figure 492922DEST_PATH_IMAGE005
为基体试件上涂层的厚度变化量，
Figure 554419DEST_PATH_IMAGE006
;其中，
Figure 25720DEST_PATH_IMAGE007
为基体试件在平面应力下的等效弹性模量，
Figure 438247DEST_PATH_IMAGE008
为基体试件的泊松比；
步骤四、获取基体试件上涂层的实时弹性模量：根据公式
Figure 466246DEST_PATH_IMAGE009
，得到基体试件上涂层的实时弹性模量
Figure 585512DEST_PATH_IMAGE010
，其中，
Figure 775185DEST_PATH_IMAGE011
为修正系数；
步骤五、绘制基体试件的温度变化曲线：以时间为横坐标，以步骤一中采集到的下表面温度初始数据和步骤二中采集到的下表面温度实时数据为纵坐标，绘制基体试件的下表面温度-时间曲线，以步骤一中采集到的涂层上表面温度初始数据和步骤二中采集到的涂层上表面温度实时数据为纵坐标绘制基体试件上涂层的上表面温度-时间曲线；
步骤六、绘制基体试件上涂层应力随涂层厚度的变化曲线：以步骤二中得到的基体试件上涂层的实时厚度为横坐标，以步骤三中得到的基体试件上涂层的实时应力为纵坐标，绘制基体试件的涂层厚度-涂层应力曲线。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明通过在基体试件的上方设置第一激光测距仪来测量基体试件上涂层的实时厚度，通过在基体试件的下方设置多个第二激光测距仪来测量基体试件实时曲率，来计算得到基体试件上涂层的实时应力，能够全程监控涂层制备过程中的应力水平，进而可以了解高温防热结构表面涂层的最终微结构与服役性能，为优选低应力长寿命涂层的制备工艺提供依据，对于防止高温防热结构与被保护部件之间的脱粘失效有着重要作用。
2、本发明通过在基体试件的上方设置顶部高温红外测温仪来测量基体试件上涂层的上表面温度，同时在基体试件的下方设置底部高温红外测温仪来测量基体试件的下表面温度，能够实现在基体试件喷涂的高温过程中对基体试件涂层的上表面温度和基体试件的下表面温度进行测量。
3、本发明通过计算得到的实时曲率，可以计算得到涂层中的实时弹性模量，并能够得到涂层中弹性模量与涂层厚度之间的变化趋势，能够为确定特定模量涂层的制备工艺提供依据，进而便于制备出具有特定模量的涂层。
综上所述，本发明结构设计合理，测量方法简便，能够全程监控涂层制备过程中的应力水平，进而可以了解高温防热结构表面涂层的最终微结构与服役性能，为优选低应力长寿命涂层的制备工艺提供依据，对于防止高温防热结构与被保护部件之间的脱粘失效有着重要作用；能够得到涂层中弹性模量与涂层厚度之间的变化趋势，进而为确定特定模量涂层的制备工艺提供依据。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明力热参数测量装置的立体图。
图2为本发明力热参数测量装置加上喷嘴后的主视图。
图3为本发明上轴板与基体试件的位置示意图。
图4为本发明方法的流程框图。
图5为本发明的控制框图。
附图标记说明:
1—顶部高温红外测温仪；2—第一激光测距仪；
3—喷头主夹具；4—喷头副夹具；5—桁架；
6—基体试件；7—试件夹具；8—透光区；
9—上轴板；10—中轴板；11—下轴板；
12—第二激光测距仪；13—底部高温红外测温仪；
14—顶板；14-1—涂料喷涂槽；15—计算机；
16—数据采集装置；17—喷嘴。
具体实施方式
如图1至图3所示的一种高温防热结构力热参数测量装置，包括桁架5和设置在桁架5内部供基体试件6安装的上轴板9，所述上轴板9的下方设置有底部高温红外测温仪13和用于测量基体试件6形变的形变测量机构，所述基体试件6的上方设置有涂层厚度测量机构和顶部高温红外测温仪1，所述底部高温红外测温仪13用于测量基体试件6的下表面温度，所述顶部高温红外测温仪1用于测量基体试件6上涂层的上表面温度；
所述涂层厚度测量机构包括第一激光测距仪2，所述形变测量机构包括多个沿基体试件6的长度方向均匀布设在基体试件6下方的第二激光测距仪12，所述上轴板9的中部设置有透光区8，所述基体试件6位于透光区8的正上方。
实际使用时，通过在所述喷涂设备的喷嘴上安装第一激光测距仪2来测量基体试件6上涂层的实时厚度，通过在基体试件6的下方设置多个第二激光测距仪12来测量基体试件6实时曲率，进而能够得到基体试件6的涂层的实时应力，能够实现对高温防热结构喷涂过程中力热参数的实时测量，能全程监控涂层中的应力水平，对于了解高温防热结构喷涂过程中的涂层应力演化趋势至关重要，还可以了解高温防热结构表面涂层的最终微结构与服役性能，为优选低应力长寿命涂层的制备工艺提供依据，对于防止高温防热结构与被保护部件之间的脱粘失效有着重要作用。
需要说明的是，通过在所述喷涂设备的喷嘴17上安装顶部高温红外测温仪1来测量基体试件6上涂层的上表面温度，同时在基体试件6的下方设置底部高温红外测温仪13来测量基体试件6的下表面温度，能够测量基体试件6的高温防热结构喷涂过程中涂层的上表面温度和基体试件6的下表面温度变化趋势，对于了解涂层试件的温度演变具有重要作用。
具体实施时，该力热参数测量装置还能够根据测量的基体试件6实时曲率来得到基体试件6的涂层中弹性模量随涂层厚度的变化趋势。
具体实施时，桁架5为立方体框架且其作为整个设备的主要框架，起支撑和遮挡作用，所述形变测量机构包括四个第二激光测距仪12，第一激光测距仪2和第二激光测距仪12的测量范围为40mm～60mm，第一激光测距仪2和第二激光测距仪12的精度为1.5μm。
本实施例中，所述第一激光测距仪2和顶部高温红外测温仪1通过喷头夹具安装在喷涂设备的喷嘴17上，所述喷头夹具包括喷头主夹具3和与所述喷头主夹具3相扣合的喷头副夹具4；
所述第一激光测距仪2和顶部高温红外测温仪1分别安装在喷头主夹具3的两端。
实际使用时，喷头主夹具3和喷头副夹具4采用螺栓连接固定。
需要说明的是，第一激光测距仪2的发射器、顶部高温红外测温仪1和所述喷头布设在同一直线上且其所在直线平行设置在基体试件6的正上方。
本实施例中，所述顶部高温红外测温仪1和底部高温红外测温仪13的温度测量范围均为-40℃～1030℃。
实际使用时，顶部高温红外测温仪1和底部高温红外测温仪13的测量精度为X±5℃，其中，X为温度测量值。
本实施例中，所述上轴板9的一侧设置有供基体试件6安装的试件夹具7。
实际使用时，基体试件6单端固支于试件夹具7上，试件夹具7采用螺栓安装在上轴板9上。
本实施例中，多个所述第二激光测距仪12的激光束与上轴板9相互垂直。
实际使用时，当未开始进行热障涂层的喷涂时，基体试件6未发生形变且其与上轴板9相互平行。
本实施例中，所述桁架5的顶部设置有顶板14，所述顶板14位于上轴板9的上方，所述顶板14上设置有供所述喷嘴上喷涂的涂料穿过的涂料喷涂槽14-1，所述涂料喷涂槽14-1位于基体试件6的正上方。
实际使用时，所述涂料喷涂槽14-1的形状和尺寸均与基体试件6相匹配，进行基体试件6涂层上表面温度测量时，所述顶部高温红外测温仪1的红外光束向下穿过所述涂料喷涂槽14-1，进行基体试件6涂层厚度测量时，所述第一激光测距仪2的激光束向下穿过所述涂料喷涂槽14-1。
本实施例中，所述桁架5内还设置有中轴板10和下轴板11，所述中轴板10和下轴板11均与上轴板9相互平行，所述底部高温红外测温仪13和多个第二激光测距仪12均安装在中轴板10上，所述下轴板11上开设有线槽。
实际使用时，上轴板9、中轴板10、下轴板11均采用螺栓固支于装置桁架5上；底部高温红外测温仪13和多个第二激光测距仪12均通过螺栓安装在中轴板10上。
需要说明的是，下轴板11上开设的线槽，用于定位与整理底部高温红外测温仪13和多个第二激光测距仪12的线路。
如图2和图3所示，本实施例中，所述透光区8为嵌装在上轴板9上的透光玻璃，所述基体试件6安装在透光区8的正上方，所述底部高温红外测温仪13的红外光束和多个所述第二激光测距仪12的激光束均向上穿过所述透光区8。
实际使用时，底部高温红外测温仪13和多个所述第二激光测距仪12均位于透光区8的下方。
如图4和图5所示的一种高温防热结构力热参数测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、采集基体试件的初始测量数据：分别通过底部高温红外测温仪13、顶部高温红外测温仪1、第一激光测距仪2和多个第二激光测距仪12测量耐高温陶瓷薄膜制备之前基体试件6的下表面温度初始数据、涂层上表面温度初始数据、顶部距离初始数据和底部距离初始数据，并将测量到的数据通过数据采集装置16传输给计算机15，计算机15将多个底部距离初始数据通过圆拟合得到基体试件6的初始曲率；
步骤二、采集基体试件喷涂过程中的实时测量数据：采用喷涂设备对基体试件6进行涂层的喷涂后形成高温防热结构的涂层试件；
其中，每隔单位时间采集一次基体试件6的下表面温度实时数据、涂层上表面温度实时数据、顶部距离实时数据和底部距离实时数据，通过计算机15将顶部距离实时数据转化为基体试件6上涂层的实时厚度；并将同一时刻采集到的多个底部距离实时数据通过圆拟合得到基体试件6的实时曲率；
步骤三、获取基体试件上涂层的实时应力：通过Stoney应力计算公式
Figure 675007DEST_PATH_IMAGE012
，将步骤二中得到的基体试件6的实时曲率转变为基体试件6上涂层的实时应力
Figure 428069DEST_PATH_IMAGE013
;
其中，
Figure 729737DEST_PATH_IMAGE014
为基体试件6的厚度，
Figure 90311DEST_PATH_IMAGE015
为基体试件6的曲率半径变化量，
Figure 477430DEST_PATH_IMAGE016
为基体试件6上涂层的厚度变化量，
Figure 784915DEST_PATH_IMAGE017
;其中，
Figure 675510DEST_PATH_IMAGE018
为基体试件6在平面应力下的等效弹性模量，
Figure 472565DEST_PATH_IMAGE019
为基体试件6的泊松比。
步骤四、获取基体试件上涂层的实时弹性模量：根据公式
Figure 268352DEST_PATH_IMAGE020
，得到基体试件6上涂层的实时弹性模量
Figure 441844DEST_PATH_IMAGE021
，其中，
Figure 452525DEST_PATH_IMAGE022
为修正系数（一般为200）；
步骤五、绘制基体试件的温度变化曲线：以时间为横坐标，以步骤一中采集到的下表面温度初始数据和步骤二中采集到的下表面温度实时数据为纵坐标，绘制基体试件6的下表面温度-时间曲线，以步骤一中采集到的涂层上表面温度初始数据和步骤二中采集到的涂层上表面温度实时数据为纵坐标绘制基体试件6上涂层的上表面温度-时间曲线；
步骤六、绘制基体试件上涂层应力随涂层厚度的变化曲线：以步骤二中得到的基体试件6上涂层的实时厚度为横坐标，以步骤三中得到的基体试件6上涂层的实时应力为纵坐标，绘制基体试件6的涂层厚度-涂层应力曲线。
实际使用时，基体试件6的初始曲率为零，同时在未开始热障涂层喷涂时，基体试件6的涂层厚度为零。
需要说明的是，基体试件6的曲率半径变化量为当前测量的曲率对应的曲率半径减去前一次测量的曲率对应的曲率半径后得到的差值；基体试件6上涂层的厚度变化量为当前测量的顶部距离实时数据减去前一次测量的顶部距离实时数据的差值。
具体实施时，所述顶部距离初始数据指的是第一激光测距仪2测量到的距离基体试件6上表面的距离，所述顶部距离实时数据指的是第一激光测距仪2测量到的距离基体试件6上涂层的上表面的距离，所述底部距离初始数据和底部距离实时数据指的是多个第二激光测距仪12测量到的距离基体试件6下表面的距离。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.一种高温防热结构力热参数测量装置，其特征在于：包括桁架（5）和设置在桁架（5）内部供基体试件（6）安装的上轴板（9），所述上轴板（9）的下方设置有底部高温红外测温仪（13）和用于测量基体试件（6）形变的形变测量机构，所述基体试件（6）的上方设置有涂层厚度测量机构和顶部高温红外测温仪（1），所述底部高温红外测温仪（13）用于测量基体试件（6）的下表面温度，所述顶部高温红外测温仪（1）用于测量基体试件（6）上涂层的上表面温度；
所述涂层厚度测量机构包括第一激光测距仪（2），所述形变测量机构包括多个沿基体试件（6）的长度方向均匀布设在基体试件（6）下方的第二激光测距仪（12），所述上轴板（9）的中部设置有透光区（8），所述基体试件（6）位于透光区（8）的正上方。
2.按照权利要求1所述的一种高温防热结构力热参数测量装置，其特征在于：所述第一激光测距仪（2）和顶部高温红外测温仪（1）通过喷头夹具安装在喷涂设备的喷嘴（17）上，所述喷头夹具包括喷头主夹具（3）和与所述喷头主夹具（3）相扣合的喷头副夹具（4）；
所述第一激光测距仪（2）和顶部高温红外测温仪（1）分别安装在喷头主夹具（3）的两端。
3.按照权利要求1所述的一种高温防热结构力热参数测量装置，其特征在于：所述顶部高温红外测温仪（1）和底部高温红外测温仪（13）的温度测量范围均为-40℃～1030℃。
4.按照权利要求1所述的一种高温防热结构力热参数测量装置，其特征在于：所述上轴板（9）的一侧设置有供基体试件（6）安装的试件夹具（7）。
5.按照权利要求1所述的一种高温防热结构力热参数测量装置，其特征在于：多个所述第二激光测距仪（12）的激光束与上轴板（9）相互垂直。
6.按照权利要求1所述的一种高温防热结构力热参数测量装置，其特征在于：所述桁架（5）的顶部设置有顶板（14），所述顶板（14）位于上轴板（9）的上方，所述顶板（14）上设置有供所述喷嘴上喷涂的涂料穿过的涂料喷涂槽（14-1），所述涂料喷涂槽（14-1）位于基体试件（6）的正上方。
7.按照权利要求1所述的一种高温防热结构力热参数测量装置，其特征在于：所述桁架（5）内还设置有中轴板（10）和下轴板（11），所述中轴板（10）和下轴板（11）均与上轴板（9）相互平行，所述底部高温红外测温仪（13）和多个第二激光测距仪（12）均安装在中轴板（10）上，所述下轴板（11）上开设有线槽。
8.按照权利要求1所述的一种高温防热结构力热参数测量装置，其特征在于：所述透光区（8）为嵌装在上轴板（9）上的透光玻璃，所述基体试件（6）安装在透光区（8）的正上方，所述底部高温红外测温仪（13）的红外光束和多个所述第二激光测距仪（12）的激光束均向上穿过所述透光区（8）。
9.一种利用如权利要求1所述的一种高温防热结构力热参数测量装置进行力热参数测量的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、采集基体试件的初始测量数据：分别通过底部高温红外测温仪（13）、顶部高温红外测温仪（1）、第一激光测距仪（2）和多个第二激光测距仪（12）测量耐高温陶瓷薄膜制备之前基体试件（6）的下表面温度初始数据、涂层上表面温度初始数据、顶部距离初始数据和底部距离初始数据，并将测量到的数据通过数据采集装置（16）传输给计算机（15），计算机（15）将多个底部距离初始数据通过圆拟合得到基体试件（6）的初始曲率；
步骤二、采集基体试件喷涂过程中的实时测量数据：采用喷涂设备对基体试件（6）进行涂层的喷涂后形成高温防热结构的涂层试件；
其中，每隔单位时间采集一次基体试件（6）的下表面温度实时数据、涂层上表面温度实时数据、顶部距离实时数据和底部距离实时数据，通过计算机（15）将顶部距离实时数据转化为基体试件（6）上涂层的实时厚度；并将同一时刻采集到的多个底部距离实时数据通过圆拟合得到基体试件（6）的实时曲率；
步骤三、获取基体试件上涂层的实时应力：通过应力计算公式
Figure 547074DEST_PATH_IMAGE001
，将步骤二中得到的基体试件（6）的实时曲率转变为基体试件（6）上涂层的实时应力
Figure 882241DEST_PATH_IMAGE002
;
其中，
Figure 798113DEST_PATH_IMAGE003
为基体试件（6）的厚度，
Figure 876928DEST_PATH_IMAGE004
为基体试件（6）的曲率半径变化量，
Figure 374905DEST_PATH_IMAGE005
为基体试件（6）上涂层的厚度变化量，
Figure 146552DEST_PATH_IMAGE006
;其中，
Figure 34874DEST_PATH_IMAGE007
为基体试件（6）在平面应力下的等效弹性模量，
Figure 917379DEST_PATH_IMAGE008
为基体试件（6）的泊松比；
步骤四、获取基体试件上涂层的实时弹性模量：根据公式
Figure 269863DEST_PATH_IMAGE009
，得到基体试件（6）上涂层的实时弹性模量
Figure 212411DEST_PATH_IMAGE010
，其中，
Figure 860734DEST_PATH_IMAGE011
为修正系数；
步骤五、绘制基体试件的温度变化曲线：以时间为横坐标，以步骤一中采集到的下表面温度初始数据和步骤二中采集到的下表面温度实时数据为纵坐标，绘制基体试件（6）的下表面温度-时间曲线，以步骤一中采集到的涂层上表面温度初始数据和步骤二中采集到的涂层上表面温度实时数据为纵坐标绘制基体试件（6）上涂层的上表面温度-时间曲线；
步骤六、绘制基体试件上涂层应力随涂层厚度的变化曲线：以步骤二中得到的基体试件（6）上涂层的实时厚度为横坐标，以步骤三中得到的基体试件（6）上涂层的实时应力为纵坐标，绘制基体试件（6）的涂层厚度-涂层应力曲线。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115852294A (zh) * 2022-12-28 2023-03-28 西安交通大学 一种基于应力调控的含表面裂纹热障涂层及其制备方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101477030A (zh) * 2008-01-02 2009-07-08 中国人民解放军装甲兵工程学院 涂层内部残余应力的测定方法
US20100159149A1 (en) * 2008-12-24 2010-06-24 United Technologies Corporation Apparatus for reducing stress when applying coatings, processes for applying the same and their coated articles
CN103926025A (zh) * 2014-04-13 2014-07-16 北京工业大学 一种用于测量涂层残余应力的试验装置及方法
CN105716655A (zh) * 2016-02-03 2016-06-29 西北工业大学 高能束增材制造中温度与变形实时同步测量装置及方法
CN106017372A (zh) * 2016-05-04 2016-10-12 大连理工大学 一种超声无损测量耐磨涂层厚度与弹性模量的方法
CN106289613A (zh) * 2016-08-12 2017-01-04 中国建材检验认证集团股份有限公司 一种对称涂层残余应力的测定方法
CN108413882A (zh) * 2018-02-05 2018-08-17 电子科技大学 基于红外热成像的涂层厚度检测方法
CN110508463A (zh) * 2019-07-03 2019-11-29 江苏大学 一种精准控制涂层形状厚度的涂覆方法
CN111220647A (zh) * 2020-01-20 2020-06-02 西安交通大学 一种热障涂层隔热温度的非接触式无损测试方法及装置
CN112629725A (zh) * 2020-12-04 2021-04-09 江苏徐工工程机械研究院有限公司 一种活塞杆喷涂层残余应力测试方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101477030A (zh) * 2008-01-02 2009-07-08 中国人民解放军装甲兵工程学院 涂层内部残余应力的测定方法
US20100159149A1 (en) * 2008-12-24 2010-06-24 United Technologies Corporation Apparatus for reducing stress when applying coatings, processes for applying the same and their coated articles
CN103926025A (zh) * 2014-04-13 2014-07-16 北京工业大学 一种用于测量涂层残余应力的试验装置及方法
CN105716655A (zh) * 2016-02-03 2016-06-29 西北工业大学 高能束增材制造中温度与变形实时同步测量装置及方法
CN106017372A (zh) * 2016-05-04 2016-10-12 大连理工大学 一种超声无损测量耐磨涂层厚度与弹性模量的方法
CN106289613A (zh) * 2016-08-12 2017-01-04 中国建材检验认证集团股份有限公司 一种对称涂层残余应力的测定方法
CN108413882A (zh) * 2018-02-05 2018-08-17 电子科技大学 基于红外热成像的涂层厚度检测方法
CN110508463A (zh) * 2019-07-03 2019-11-29 江苏大学 一种精准控制涂层形状厚度的涂覆方法
CN111220647A (zh) * 2020-01-20 2020-06-02 西安交通大学 一种热障涂层隔热温度的非接触式无损测试方法及装置
CN112629725A (zh) * 2020-12-04 2021-04-09 江苏徐工工程机械研究院有限公司 一种活塞杆喷涂层残余应力测试方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GOPAL DWIVEDI ET.AL: "Determination of Thermal Spray Coating Property with Curvature Measurements", 《JOURNAL OF THERMAL SPRAY TECHNOLOGY》 *
池金春 等: "电弧喷涂快速模具内应力检测和喷涂工艺优化", 《西安交通大学学报》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115852294A (zh) * 2022-12-28 2023-03-28 西安交通大学 一种基于应力调控的含表面裂纹热障涂层及其制备方法

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