[发明专利]一种用于热障涂层高温冲蚀试验的试样夹具

说明书

一种用于热障涂层高温冲蚀试验的试样夹具，包括依次叠加使用的底部辅助部件、中间筒型夹具及外部筒型夹具；实验前，将底部辅助部件通过螺栓固定在主试验架上，中间筒型夹具通过焊接在其上的平板与底部辅助部件连接，外部筒型夹具卡入中间筒型夹具内，通过螺栓紧固；基体部分留有螺纹的高温冲蚀样品直接与外部筒型夹具一端处的螺纹配合；试样装配完成后，试样冲蚀表面完全暴露，无遮挡；试样背面通过筒型夹具裸露在外；高温冲蚀试验时，火焰枪对试样正面进行加热、加载磨粒粒子进行冲蚀，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，由于分离式的设计，高温冲蚀夹具避免了夹具主体处于高温环境中造成夹具氧化等问题；当发生氧化造成夹具损坏时，仅需更换套筒部分，大大提高了使用的经济性。

技术领域

本发明属于热障涂层服役环境模拟装置领域，具体涉及一种用于热障涂层高温冲蚀试验的试样夹具。

背景技术

随着燃气轮机向高进气温度方向发展，其热端部件承受温度高达1100℃，已超过了高温镍基合金使用的极限温度(1075℃)。热障涂层可有效降低金属基体工作温度而被广泛应用于燃气轮机热端部件上。热障涂层体系结构复杂，服役环境苛刻。在服役过程中，不仅受到热应力作用，而且在一些燃烧不充分或采用高炉煤气作为燃料的情况下，还受到燃气中夹杂的高速固体粒子冲刷，涂层逐渐减薄，最终导致涂层热障性能不足而丧失对热端部件的防护功能。

燃气轮机热端部件热障涂层冲蚀过程的条件极其复杂与苛刻：涂层表面的最高温度达到1100℃；冲蚀颗粒粒径为20‐500μm，分布不均，大小不一，并且颗粒成分不确定；颗粒运行速度高达300m/s等。传统的抗冲蚀磨损试验方法是用压缩空气加速砂粒使其直接对待测的试样表面进行冲击，通过测量试件被冲蚀后的失重来评价涂层耐冲蚀性能，但该试验方法不能真实模拟热端部件热障涂层服役工况。专利200910077010.4报道了一种可加载硬质磨粒的高温冲蚀磨损测试装置，测试温度范围为室温至1000℃。专利201310009271.9报道了一种模拟和实时测试热障涂层高温冲蚀的试验装置。该装置中高温火焰喷枪加热范围为室温到1700℃，冲蚀颗粒速度为0‐250m/s，冲蚀颗粒的直径为10‐500μm。上述两种装置均能较好的模拟燃气轮机热端部件热障涂层实际服役工况，但都未见对试验样品夹具的具体描述。热障涂层实际服役工况复杂，加热过程发生在热障涂层陶瓷面层，而冷却过程发生在金属基体表面，热端部件及其表层热障涂层间存在温度梯度。因此，所设计高温冲蚀夹具应能满足上述温度梯度要求，即可方便样品表面加热，背后冷却；其次，高温冲蚀试验中，试样处在1100℃以上的高温环境中，该温度往往超过了常用钢铁材料的熔点，因此需要设计一个对试样温度场影响较小，又不影响试样冲蚀表面的配合夹具，且当夹具由于氧化等发生损坏时易于更换。

综上，为保证高温冲蚀过程顺利进行，需要一种高温冲蚀试验的样品夹具装置。

发明内容

为解决上述问题，本发明目的在于提供一种用于热障涂层高温冲蚀试验的试样夹具，该夹具装置不影响高温冲蚀试验过程中样品温度梯度状态，能真实模拟覆盖热障涂层工件工作时的温度状态。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：