CN115025933A - 一种脆性材料损伤弥合修复装置及修复方法 - Google Patents

一种脆性材料损伤弥合修复装置及修复方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种脆性材料损伤弥合修复装置及修复方法，所述装置包括密闭容器、移动样品台、样品台控制系统、注胶器、真空泵及增压泵，移动样品台位于密闭容器内，待修复材料置于所述移动样品台上，移动样品台与外部的样品台控制系统相连接，以实现对移动样品台三维移动和转动的控制；真空泵和增压泵接入密闭容器，从而实现对密闭容器内环境压力的调节；注胶器通过真空橡胶密封圈接入密闭容器顶端，从而在低压环境下实现修复液向待修复材料损伤部位的注入。本发明弥合修复脆性材料损伤，可以有效抑制损伤演化和裂纹扩展，延长产品使用寿命，降低经济成本。

Description

一种脆性材料损伤弥合修复装置及修复方法
技术领域
本发明涉及脆性材料修复技术领域，尤其涉及一种脆性材料损伤弥合修复装置及修复方法。
背景技术
脆性材料在服役、使用过程中将不可避免会出现损伤，由于其本身的脆性特征，损伤出现后将持续演化，导致裂纹扩展，从而严重影响产品的结构、功能完整性，缩短其使用寿命。弥合修复脆性材料损伤，可以抑制损伤演化和裂纹扩展，延长其使用寿命，这对于维持产品功能、降低经济成本具有重要意义。然而由于脆性材料自身特性，现有的修复方法并不理想，内部损伤无法有效控制，容易造成再次开裂等问题。
发明内容
本发明提供了一种脆性材料损伤弥合修复装置及修复方法，以解决现有技术中修复脆性材料时内部损伤无法有效控制，容易造成再次开裂等问题。
本发明采用的技术方案是：提供一种脆性材料损伤弥合修复装置，包括密闭容器、移动样品台、样品台控制系统、注胶器、真空泵及增压泵，所述移动样品台位于密闭容器内，待修复材料置于所述移动样品台上，移动样品台与外部的样品台控制系统相连接，以实现对移动样品台三维移动和转动的控制；所述真空泵和增压泵接入密闭容器，从而实现对密闭容器内环境压力的调节；所述注胶器通过真空橡胶密封圈接入密闭容器顶端，从而在低压环境下实现修复液向待修复材料损伤部位的注入。
进一步的，还包括摄像头，所述摄像头位于密闭容器内，摄像头用于实现样品位置的可视化。
进一步的，所述密闭容器为透明材质制成。
进一步的，所述真空泵和增压泵通过快插连接件接入密闭容器。
本发明还公开一种脆性材料损伤弥合修复方法，所述修复方法基于上述的脆性材料损伤弥合修复装置实现，所述修复方法包括如下步骤：
S1、表面预处理：清洁待修复材料表面，去除裂纹部位的粉尘；
S2、封闭体裂纹：对于长裂纹、交叉裂纹以及贯穿多个表面的体裂纹损伤形式，采用局部粘贴超薄聚四氟乙烯胶带的方式将部分表面裂纹封闭，预留裂纹起裂点或交叉点作为渗透通道入口；
S3、损伤定位：将待修复材料放置于密闭容器内的移动样品台上，通过样品台控制系统调节移动样品台位置，使渗透通道入口位于注胶器正下方；
S4、制造低压环境：开启真空泵，使密闭容器压力降低至近真空状态；
S5、注入修复液：利用注胶器向渗透通道入口处注入修复液，使渗透通道入口完全被修复液覆盖，对于预留多个渗透通道入口的情况，通过移动样品台向渗透通道入口逐一注入修复液，然后静置放置，使修复液依靠的自身重力作用及毛细作用向损伤区域自由渗透；
S6、加压辅助渗透：往密闭容器内充气加压至2个大气压，借助裂纹面内低外高的压差使修复液再次被挤入裂纹面，增大其渗透深度；
S7、表面清洁：将待修复材料从密闭容器取出，清洁去除其表面多余的修复液；
S8、自然养护：将待修复材料在干燥通风处静置，使修复液充分固化，然后去除其表面局部粘贴的超薄聚四氟乙烯胶带。
进一步的，所述S4中，所述低压环境要求真空度为0.02MPa。
进一步的，所述待修复材料为PBX炸药。
进一步的，所述修复液采用高渗透性慢固化型修复液，其粘度不高于200mPas，与材料表面接触角不大于30°，操作时间不小于30分钟。
进一步的，所述修复液为环氧型修复液，其粘度为150mPas，与材料表面接触角为25.0°，操作时间40分钟，固化时间为24h，抗拉强度为46.3MPa。
进一步的，所述S8之后还包括：利用材料试验机对待修复材料进行三点弯曲测试，并利用SEM表征裂纹修复后的细观形貌。
本发明的有益效果是：本发明弥合修复脆性材料损伤，可以有效抑制损伤演化和裂纹扩展，延长产品使用寿命，降低经济成本。
附图说明
图1为本发明公开的脆性材料损伤弥合修复装置的结构示意图；
图2为PBX炸药经过本发明的修复方法修复后与未损伤的三点弯曲测试曲线图；
图3为PBX炸药经过本发明的修复方法修复后SEM照片显示。
附图标记：1-密闭容器，2-移动样品台，3-样品台控制系统，4-摄像头，5-注胶器，6-真空泵，7-增压泵。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步详细描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
参见图1，本实施例公开一种脆性材料损伤弥合修复装置，包括密闭容器1、移动样品台2、样品台控制系统3、注胶器5、真空泵6及增压泵7，所述移动样品台2位于密闭容器1内，待修复材料置于所述移动样品台2上，移动样品台2与外部的样品台控制系统3相连接，以实现对移动样品台2三维移动和转动的控制；所述真空泵6和增压泵7接入密闭容器1，从而实现对密闭容器1内环境压力的调节；所述注胶器5通过真空橡胶密封圈接入密闭容器1顶端，从而在低压环境下实现修复液向待修复材料损伤部位的注入。
进一步的，还包括摄像头4，所述摄像头4位于密闭容器1内，摄像头4用于实现样品位置的可视化。
所述密闭容器1为透明材质制成，便于直接观察内部情况。
所述真空泵6和增压泵7通过快插连接件接入密闭容器1。
本实施例中，移动样品台2具有X轴、Y轴、Z轴以及转动运动功能，从而能克服复杂情况下待修复材料的注胶工作。由于移动样品台2为现有产品，本实施例采用的是五维电动调整台(型号：OMDDH05；厂家：红星杨科技)，因此本实施例不再对其具体结构进行赘述。
实施例2
本实施例公开一种脆性材料损伤弥合修复方法，所述修复方法基于实施例1所述的脆性材料损伤弥合修复装置实现，所述修复方法包括如下步骤：
S1、表面预处理：清洁待修复材料表面，去除裂纹部位的粉尘；
S2、封闭体裂纹：对于长裂纹、交叉裂纹以及贯穿多个表面的体裂纹损伤形式，采用局部粘贴超薄聚四氟乙烯胶带的方式将部分表面裂纹封闭，预留裂纹起裂点或交叉点作为渗透通道入口；
S3、损伤定位：将待修复材料放置于密闭容器1内的移动样品台2上，通过样品台控制系统3调节移动样品台2位置，使渗透通道入口位于注胶器5正下方；
S4、制造低压环境：开启真空泵6，使密闭容器1压力降低至近真空状态；
S5、注入修复液：利用注胶器5向渗透通道入口处注入修复液，使渗透通道入口完全被修复液覆盖，对于预留多个渗透通道入口的情况，通过移动样品台2向渗透通道入口逐一注入修复液，然后静置放置，使修复液依靠的自身重力作用及毛细作用向损伤区域自由渗透；
S6、加压辅助渗透：往密闭容器1内充气加压至2个大气压，借助裂纹面内低外高的压差使修复液再次被挤入裂纹面，增大其渗透深度；
S7、表面清洁：将待修复材料从密闭容器1取出，清洁去除其表面多余的修复液；
S8、自然养护：将待修复材料在干燥通风处静置，使修复液充分固化，然后去除其表面局部粘贴的超薄聚四氟乙烯胶带。
具体的，所述S4中，所述低压环境要求真空度为0.02MPa。
本实施例所述的修复方法能适用于PBX炸药。对于PBX炸药的修复，所述修复液采用高渗透性慢固化型修复液，其粘度不高于200mPas，与材料表面接触角不大于30°，操作时间不小于30分钟。优选的，所述修复液为环氧型修复液，其粘度为150mPas，与材料表面接触角为25.0°，操作时间40分钟，固化时间为24h，抗拉强度为46.3MPa。
进一步的，所述S8之后还包括：利用材料试验机对待修复材料进行三点弯曲测试，并利用SEM表征裂纹修复后的细观形貌。三点弯曲测试曲线(图2)及SEM照片显示(图3)，采用本发明装置和方法对PBX炸药缺口裂纹弥合修复后，裂纹面被修复液渗透粘合，裂纹的演化和扩展受到抑制，产品力学强度完全恢复。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种脆性材料损伤弥合修复装置，其特征在于，包括密闭容器、移动样品台、样品台控制系统、注胶器、真空泵及增压泵，所述移动样品台位于密闭容器内，待修复材料置于所述移动样品台上，移动样品台与外部的样品台控制系统相连接，以实现对移动样品台三维移动和转动的控制；所述真空泵和增压泵接入密闭容器，从而实现对密闭容器内环境压力的调节；所述注胶器通过真空橡胶密封圈接入密闭容器顶端，从而在低压环境下实现修复液向待修复材料损伤部位的注入。
2.根据权利要求1所述的脆性材料损伤弥合修复装置，其特征在于，还包括摄像头，所述摄像头位于密闭容器内，摄像头用于实现样品位置的可视化。
3.根据权利要求1所述的脆性材料损伤弥合修复装置，其特征在于，所述密闭容器为透明材质制成。
4.根据权利要求1所述的脆性材料损伤弥合修复装置，其特征在于，所述真空泵和增压泵通过快插连接件接入密闭容器。
5.一种脆性材料损伤弥合修复方法，其特征在于，所述修复方法基于权利要求1-4中任意一项所述的脆性材料损伤弥合修复装置实现，所述修复方法包括如下步骤：
S1、表面预处理：清洁待修复材料表面，去除裂纹部位的粉尘；
S2、封闭体裂纹：对于长裂纹、交叉裂纹以及贯穿多个表面的体裂纹损伤形式，采用局部粘贴超薄聚四氟乙烯胶带的方式将部分表面裂纹封闭，预留裂纹起裂点或交叉点作为渗透通道入口；
S3、损伤定位：将待修复材料放置于密闭容器内的移动样品台上，通过样品台控制系统调节移动样品台位置，使渗透通道入口位于注胶器正下方；
S4、制造低压环境：开启真空泵，使密闭容器压力降低至近真空状态；
S5、注入修复液：利用注胶器向渗透通道入口处注入修复液，使渗透通道入口完全被修复液覆盖，对于预留多个渗透通道入口的情况，通过移动样品台向渗透通道入口逐一注入修复液，然后静置放置，使修复液依靠的自身重力作用及毛细作用向损伤区域自由渗透；
S6、加压辅助渗透：往密闭容器内充气加压至2个大气压，借助裂纹面内低外高的压差使修复液再次被挤入裂纹面，增大其渗透深度；
S7、表面清洁：将待修复材料从密闭容器取出，清洁去除其表面多余的修复液；
S8、自然养护：将待修复材料在干燥通风处静置，使修复液充分固化，然后去除其表面局部粘贴的超薄聚四氟乙烯胶带。
6.根据权利要求5所述的脆性材料损伤弥合修复方法，其特征在于，所述S4中，所述低压环境要求真空度为0.02MPa。
7.根据权利要求5所述的脆性材料损伤弥合修复方法，其特征在于，所述待修复材料为PBX炸药。
8.根据权利要求7所述的脆性材料损伤弥合修复方法，其特征在于，所述修复液采用高渗透性慢固化型修复液，其粘度不高于200mPas，与材料表面接触角不大于30°，操作时间不小于30分钟。
9.根据权利要求8所述的脆性材料损伤弥合修复方法，其特征在于，所述修复液为环氧型修复液，其粘度为150mPas，与材料表面接触角为25.0°，操作时间40分钟，固化时间为24h，抗拉强度为46.3MPa。
10.根据权利要求7所述的脆性材料损伤弥合修复方法，其特征在于，所述S8之后还包括：利用材料试验机对待修复材料进行三点弯曲测试，并利用SEM表征裂纹修复后的细观形貌。
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