[发明专利]一种模拟热障涂层服役环境并实时检测其失效的试验装置

权利要求书

1.一种模拟热障涂层服役环境并实时检测其失效的试验装置，其特征在于，该试验装置包括：

1)试验测试台(1)：包括模拟热障涂层涡轮叶片中工作叶片的动态旋转模块和模拟热障涂层涡轮叶片导向叶片静止静态服役模块的试样夹持装置(101-105)、实验操作平台(108)、样品室(109)；

2)服役环境模块(2)：能模拟热障涂层涡轮叶片高温热疲劳、温度梯度、冲蚀、腐蚀的高温燃气喷枪(201)、冲蚀颗粒加料系统(202)、腐蚀服役环境模块(203)、燃气输送系统(204，205)；

3)无损检测模块(3)，包括非接触式三维变形测试系统(310)、声发射无损检测系统(320)、复阻抗谱测试系统(330)、温度测试采集系统(340)、高速CCD摄像系统(350)；

4)冷却系统(4)，包括热障涂层样品的冷却与装置的冷却循环系统；

5)实验与无损检测系统的控制与显示模块(5)；

在装置试验测试台上安装有静态或是动态旋转的试样加持装置，静止时安装有试样(6)的静态试样夹具(104)通过安装轴(106)和固定装置(105)固定在实验操作平台(108)上，此时安装轴(106)和静态试样夹具(104)上制作有角刻度，夹具(104)能围绕轴心转动；试样动态旋转的试样夹持装置包括试样高速旋转电动机(101)，旋转轴(102)，动态试样夹具(103)；动态和静态试样加持装置的上下位置可调；除了高速旋转的电动机外，试样加持装置的各个面上装有石英玻璃，形成可开关的密封样品室(109)，样品室上方接除尘系统(107)，下方通过颗粒回收管道(118)实验操作平台(108)相接；样品室(109)的两侧分别设置由内定位板(110)和外定位板(111)支撑的移动导轨(112)，在移动导轨(112)上设置服役环境模块(2)的安装装置(113)，在静态试样夹具(104)的一侧设置一个或多个热电偶固定装置(115)；在样品室(109)的一侧开有无损检测电极、波导杆的槽；在样品室(109)的外侧设置多个CCD摄像机(117)；设置有红外测温摄像头(116)；在实验操作平台(108)的下方安放有无损检测系统，包括非接触式三维变形测试系统(310)、声发射无损检测系统(320)、复阻抗谱测试系统(330)、温度测试采集系统(34)。

2.根据权利要求1所述的一种模拟热障涂层服役环境并实时检测其失效的试验装置，其特征在于，所述试验测试台：

1a) 模拟热障涂层涡轮叶片动态旋转的模块中，由电动机带动旋转轴以及夹持在轴的试样旋转，转速范围为0-12000 r/min； 

1b) 静态试样夹具是一个标有刻度角的可绕安装轴转动的旋转盘，旋转盘上加工有平板状、圆柱状、实际涡轮叶片试件的夹具，旋转盘可绕刻有角度的安装轴旋转，实现试样0-360°的冲蚀；

1c) 试验测试台上有封闭的样品室，防止冲蚀、腐蚀颗粒的溅射、腐蚀气流的外漏；

1d) 试验测试台的下方有无损检测装置的放置区，并在样品室内开有小孔连接无损检测系统的测试电极、波导杆。

3.根据权利要求1所述的一种模拟热障涂层服役环境并实时检测其失效的试验装置，其特征在于，所述服役环境模拟模块：

2a) 模拟热障涂层涡轮叶片所述高温燃气双向加热系统包括2个特制的加热喷枪(201)，通过固定装置(113)固定在实验操作平台(108)上，由伺服电机通过移动导轨(112)控制喷枪的移动，且喷枪内设置有冷却通道，喷枪喷射火焰的温度可达3000 °C，通过调节喷枪与试样的距离样品的加热范围为20 -1700 °C；

2b) 模拟热障涂层涡轮叶片所述冲蚀颗粒加料系统由分包镶嵌在2个加热喷枪内的颗粒管道，冲蚀颗粒的速度为0-250 m/s，冲蚀颗粒的直径10-500 μm；

2c) 模拟热障涂层涡轮叶片所述腐蚀服役环境模块的实现方式有两种，一是利用冲蚀颗粒通道传输腐蚀颗粒至喷枪出口处与高温燃气或空气发生反应生成带冲蚀效应的高温腐蚀；二是通过内置在喷枪内的腐蚀气体管道将腐蚀气体输送至样品室；所述样品室的腐蚀气压为1-6 atm。