[实用新型]一种用于热障涂层梯度热震试验的试样夹具装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种热障涂层服役环境模拟装置，具体涉及一种用于热障 涂层梯度热震试验的试样夹具装置。

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，本实用新型的目的在于提供一种用于热障涂层梯度热震 试验的试样夹具装置，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，本实用新型采用如下技术方案：

一种用于热障涂层梯度热震试验的试样夹具装置，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。

本实用新型具有如下优点：

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为本实用新型用于热障涂层梯度热震试验的试样夹具装置爆炸图。

具体实施方式