[发明专利]高温高压高频工况下热防护涂层可靠性等效验证试验方法

权利要求书

1.高温高压高频工况下柴油发动机燃烧室热防护涂层可靠性等效验证试验方法，其特征在于，将等效试验试样放置在等效试验台上，在高温高压高频工况下对涂层正向加载压应力，进行可靠性试验当涂层断裂时，表明涂层失效，实现验证；其中，等效试验试样包括基体以及设置在基体上的热防护涂层；等效试验台包括上夹具(8)与下夹具(1)；下夹具(1)上设置有导轨(2)，导轨(2)上设置有滑块(3)，滑块(3)上竖直设置有用于放置试样的滚柱(9)，滚柱(9)上方设置有上夹具(8)，上夹具(8)底端设置有用于对试样(5)施加载荷的压头(7)；

等效试验试样的尺寸通过以下过程计算得到：

等效试验试样长度为设定值，根据涂层顶面应力和底面应力分别代入到式(6)中，得到等效试验试样的宽度和高度；

其中，σ为应力，E₁为涂层弹性模量，M为弯矩，D为截面总刚度，k_u为涂层和基体的结合系数，h_s为共同中性面到涂层中部的距离，P为瞬时爆燃压力，l为压头的长度，E为涂层弹性模量，E₁为基体弹性模量；a为涂层的宽度，b为涂层的厚度，a₁为基体的宽度，b₁为基体的厚度，且a＝a₁；

涂层顶面应力和底面应力均通过下式得到：

式中，α为线膨胀系数，E为涂层弹性模量，T(y)为涂层温度分布随厚度变化的函数，y为厚度，c为等效试验试样涂层的半厚度；

T(y)为涂层温度分布随厚度变化的函数通过以下过程得到：假定涂层的内部温度分布为线性，根据涂层的顶面温度和底面温度，得涂层温度分布随厚度变化的函数T(y)；

涂层的顶面温度和底面温度均通过下式得到：

T＝θ(x,t)+T₀

式中，θ(x,t)为过余温度，T₀为柴油发动机活塞初始温度，x为涂层中任意截面的位置；

过余温度θ(x,t)通过下式计算得到：

式中，θ₀为参考温度，n为方程的根的阶数，i_n为超越方程的根，F₀为傅里叶数，x为涂层中任意截面的位置，t为传热时间，δ为实际涂层的半厚度；

傅里叶数F₀通过下式得到：

式中，a为热扩散率，t为传热时间，δ为涂层的半厚度；

超越方程的根i_n通过下式得到：

式中，δ为涂层的半厚度，h为换热系数，λ为热导率。

2.根据权利要求1所述的高温高压高频工况下柴油发动机燃烧室热防护涂层可靠性等效验证试验方法，其特征在于，滚柱(9)之间设置有加热板(4)。

3.根据权利要求1所述的高温高压高频工况下柴油发动机燃烧室热防护涂层可靠性等效验证试验方法，其特征在于，压头(7)两侧均设置有阻挡板(6)。

4.根据权利要求1所述的高温高压高频工况下柴油发动机燃烧室热防护涂层可靠性等效验证试验方法，其特征在于，高温高压高频工况为热防护涂层在瞬时最高温度为500℃以上、涂层承受最大压力在20MPa以上、温度和压力交变频率为10Hz以上的服役工况。