[发明专利]一种测试热障涂层强度的双轴拉伸试件

说明书

技术领域

本发明涉及热障涂层材料强度测试技术领域，具体涉及一种测试热障涂层强度的双轴拉伸试件。

背景技术

热障涂层技术是一项非常重要的热防护技术，其主要喷涂于金属基底表面，对金属基底起到很好的隔热防护作用，在燃汽轮机以及航空发动机的热端部件上具有广泛的应用。热障涂层技术的使用可以明显降低金属基底的服役温度，使得热端部件能够在高于其熔点的燃气温度下运行，这对提高燃气效率，节约能源具有十分现实的意义。由于该系统复杂的多层结构以及残酷的高温服役环境，热障涂层的破坏模式复杂多变，服役寿命难以得到有效保证。因此，提高热障涂层系统的服役寿命是工程技术中重点关注的问题。作为设计高效长寿命热障涂层的一项基本指标，涂层系统的强度便显得十分重要。在传统的强度测试中，多采用单轴拉伸试件或者三点/四点弯曲试件，这些试件均不能模拟出涂层系统在实际服役过程中所承受的复杂应力状态。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种测试热障涂层强度的双轴拉伸试件，其通过双轴拉伸测试试件的设计，能够模拟出涂层系统在服役环境中所承受的复杂应力状态，为准确有效地测试涂层强度奠定基础。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种测试热障涂层强度的双轴拉伸试件，包括金属拉伸基底1和喷涂于金属拉伸基底1表面的基底表面涂层3，所述金属拉伸基底1设计成具有双轴拉伸特性的试样，具体形状为：在两正交方向具有可供双轴拉伸机夹持的夹持柄1-1，所述夹持柄1-1与试件主体部分具有平滑的过渡区1-2，在金属拉伸基底1的中间部位开设四个对称的圆形孔2；所述基底表面涂层3以试件的正中心位置为对称轴，对称地分布于四个对称的圆形孔2之间区域。

所述金属拉伸基底1及基底表层涂层3的厚度和大小均与测试需求相一致。

所述的圆形孔2的位置和大小与测试需求相一致。

所述圆形孔2的大小一致。

与现有的单轴拉伸试件以及三/四点弯曲试件设计相比较，本发明的双轴拉伸试件能够有效模拟出基底表面涂层系统在实际服役过程中的复杂应力状态，为全面准确地获取相关反映基底表面涂层强度的关键指标奠定了基础；四个对称圆形孔的设计，使得圆形孔之间区域在金属拉伸基底拉伸过程中，具有比较均匀的应力分布，保证了基底表面涂层在金属基底承受双轴拉伸的过程中承受比较均匀的应力，实现了基底表面涂层应力在测试中具有可控性。

在测试过程中，该试件除了可以承受等双轴拉伸以外，还可以调整两轴的拉伸幅度，使其处于非等双轴拉伸状态，从而使基底表面涂层处于更复杂的应力状态中。

附图说明

图1是本发明中所涉及的一种测试热障涂层强度的双轴拉伸试件的基底俯视图（等厚设计）。

图2是该试件在双轴拉伸时的过程示意图；图2中，4为双轴加载方向。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

如图1和图2所示，本发明的一种测试热障涂层强度的双轴拉伸试件，包括金属拉伸基底1和喷涂于金属拉伸基底1表面的基底表面涂层3，所述金属拉伸基底1设计成具有双轴拉伸特性的试样，具体形状为：在两正交方向具有可供双轴拉伸机夹持的夹持柄1-1，所述夹持柄1-1与试件主体部分具有平滑的过渡区1-2，本实施例的过渡区1-2为圆弧，在金属拉伸基底1的中间部位开设四个对称的圆形孔2；所述基底表面涂层3以试件的正中心位置为对称轴，对称地分布于四个对称的圆形孔2之间区域，图中4为双轴加载方向。

优选金属拉伸基底1及基底表面涂层3的厚度和大小均能够根据测试需求调整；圆形孔2的位置和大小能够根据测试需求调整，从而使得中间的基底表面涂层在基底拉伸的过程中获得不同的应力大小。

优选圆形孔2的大小一致，进一步保证了基底表面涂层在金属基底承受双轴拉伸的过程中承受比较均匀的应力。

该试件的设计使得当金属拉伸基底处于双轴拉伸状态时，在基底表面涂层的喷涂区域也会出现双轴的应力状态，这种复杂的应力状态正是基底表面涂层在实际服役过程中所承受的应力状态。能够模拟出基底表面涂层在复杂应力状态下的破坏失效也正是该试件区别于传统的单轴拉伸以及三/四点弯曲试件的最大之处。由于该试件能够有效模拟出基底表面涂层在实际服役时的应力状态，所以为全面准确地获取相关反映基底表面涂层强度的关键控制参数提供了基础。

在测试过程中，该试件除了可以承受等双轴拉伸以外，还可以调整两轴的拉伸幅度，使其处于非等双轴拉伸状态，从而使基底表面涂层处于更复杂的应力状态中。

尽管上面结合附图对本方法的优选实例进行了详细描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围内，还可以做出很多形式的双轴拉伸基底，包括改变试件的夹持方式和四个对称孔的孔形等，也可以改变涂层的喷涂形状，如圆形，菱形等。这些均在本发明的保护之内。