[发明专利]一种热障涂层梯度热震试验试样夹具装置

说明书

技术领域

本发明属于热障涂层服役环境模拟装置，具体涉及一种热障涂层梯度热震试验试样夹具装置。

背景技术

随着航空、航天及民用技术的发展，热端部件的使用温度要求越来越高，已达到高温合金和单晶材料的极限状况。以燃气轮机的受热部件如喷嘴、叶片、燃烧室为例，它们处于高温氧化和高温气流冲蚀等恶劣环境中，承受温度高达1100℃，已超过了高温镍合金使用的极限温度(1075℃)。将金属的高强度、高韧性与陶瓷的耐高温的优点结合起来所制备出的热障涂层能解决上述问题，它能起到隔热、抗氧化、防腐蚀的作用，已在汽轮机、柴油发电机、喷气式发动机等热端材料上取得一定应用，并延长了热端部件的使用寿命。陶瓷面层、金属粘接层和金属基体间存在热膨胀系数不匹配问题，金属粘接层热生长氧化物引起的热生长应力、相变应力等都是导致热障涂层面层陶瓷层剥落，从而失去隔热和抗氧化的作用。

热障涂层抗热震性能试验是评价检验热障涂层服役寿命的重要手段。传统的热震试验即等温热震试验，采用将热障涂层样品直接放入加热炉中加热至样品到达预先设定温度后取出放入热震介质(水或者压缩空气)中快速冷却，之后观察涂层的脱落情况、测量其热震残余强度等来评价涂层抗热震性能。但热障涂层实际服役工况更加复杂，加热过程发生在热障涂层陶瓷面层，而冷却过程则发生在金属基体面。因此，上述等温热震试验由于对试样整体加热，涂层与基体间没有形成温度梯度，与热障涂层实际服役工况间有差异。专利CN1818612A、CN101644650A报道了梯度热震试验装置，与等温热震相比，该种梯度热震试验装置保证了热障涂层样品内部存在温度梯度，更加符合实际服役工况。但上述装置中未见对试验样品夹具的具体描述。样品夹持方式对试样表面的应力状态产生影响。在梯度热震试验过程中，样品夹持点处对样品表面施加应力，从而导致样品表面应力状态不同于自由表面状态时的应力状态。样品表面应力状态的改变势必影响热震过程中裂纹的扩展方式，从而对热障涂层寿命预测的准确性带来影响。

综上，为保证梯度热震过程中试样表面的应力状态符合自由表面状态，需要一种梯度热震试验的样品夹具装置。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种热障涂层梯度热震试验试样夹具装置，该夹具装置不影响热震试验过程中样品表面应力状态，能真实模拟覆盖热障涂层工件工作时的表面状态。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种热障涂层梯度热震试验试样夹具装置，包括依次叠加使用的外径相同的底部圆形钢板1、中间圆环2以及顶部圆环3；所述底部圆形钢板1正中位置以圆心为中心开有中心通孔1-1，中心通孔1-1直径稍小于圆形梯度热震试样直径，底部圆形钢板1靠近边缘位置开有多个用于螺栓固定的底部边缘通孔1-2；所述中间圆环2厚度与圆形梯度热震试样厚度相同，靠近边缘位置开有多个用于螺栓固定的与底部边缘通孔1-2位置相一致的中间边缘通孔2-1，中间圆环2在中间边缘通孔2-1处分别设置有中间梯形握爪2-2，中间梯形握爪2-2的短边为圆弧形；所述顶部圆环3靠近边缘位置开有多个用于螺栓固定的与底部边缘通孔1-2位置相一致的顶部边缘通孔3-1，顶部圆环3在顶部边缘通孔3-1处分别设置有顶部梯形握爪3-2，顶部梯形握爪3-2的高度大于中间梯形握爪2-2的高度。

所述底部圆形钢板1、中间圆环2和顶部圆环3通过螺栓依次穿过底部边缘通孔1-2、中间边缘通孔2-1和顶部边缘通孔3-1固定。

所述底部边缘通孔1-2、中间边缘通孔2-1和顶部边缘通孔3-1的数量均为三个，其圆心分别以底部圆形钢板1、中间圆环2和顶部圆环3的圆心为中心的圆上且对称分布。

所述顶部梯形握爪3-2的短边为半圆形。

本发明具有如下优点：

1)夹具结构简单，安装方便，提高效率。

2)夹具不影响热震试验过程中样品表面应力状态，能真实模拟覆盖热障涂层工件工作时的表面状态。

3)能够满足试样表面加热，背面冷却的条件，模拟热障涂层真实服役情况。

附图说明

图1为本发明热障涂层梯度热震试验试样夹具装置爆炸图。

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所示，本发明夹具的安装和使用过程为：底部圆形钢板1置于底部，中间圆环2置于底部圆形钢板1上，底部圆形钢板1上的底部边缘通孔1-2和中间圆环2上的中间边缘通孔2-1对齐，放入圆形梯度热震试样至中间圆环2上的中间梯形握爪2-2之间，正面朝上，圆形梯度热震试样边缘与中间梯形握爪2-2圆弧边紧贴。试样加载完成后将顶部圆环3置于其上，顶部圆环3上的顶部边缘通孔3-1与中间圆环2上的中间边缘通孔2-1对齐。底部圆形钢板1、中间圆环2和顶部圆环3间用螺栓连接，螺母紧固。试样装配完成后，试样表面除顶部梯形握爪3-2所占试样表面边缘外其它地方均裸露在外。试样背面通过底部边缘通孔1-2裸露在外。梯度热震试验时，火焰枪对试样正面进行加热，试样背部通过压缩空气冷却，实现试样内部温度梯度分布。同时，由于上述试样夹具的特殊设计，保证了热震试验时试样表面应力为自由表面时的应力状态，梯度热震试验更接近涂层实际服役工况。