[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

说明书

本发明公开一种高温高压高频工况下热防护涂层可靠性的等效验证试验方法，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，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与下夹具；下夹具上设置有导轨，导轨上设置有滑块，滑块上竖直设置有用于放置试样的滚柱，滚柱上方设置有上夹具，上夹具底端设置有用于对试样施加载荷的压头。本发明从非平衡导热方程和弯曲应力公式入手进行等效弯曲试样尺寸计算，然后进行弯曲疲劳试验。本发明原理清楚，试验简单，等效性好，周期大幅度缩短，对试验条件要求较低。

技术领域

本发明属于热防护涂层可靠性研究领域，具体涉及一种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。

背景技术

柴油发动机因为其扭矩大、经济性能好的优点，被广泛用于各种大型机械、车辆设备上。为了降低柴油机的热损失，可对其燃烧室采取隔热处理，从而大幅度减少柴油机的散热量，一方面可以增加能量的利用率，另一方面可以减小冷却系统的体积甚至取消冷却系统，对于发动机的装备更新具有极其重要的意义。在燃烧室表面制备热防护涂层是重要的隔热措施之一。热防护涂层可以保证基体材料在更高温度下工作，同时保护基体免受氧化腐蚀的破坏，从而延长基体材料的使用寿命。

柴油机燃烧室热防护涂层的工况十分恶劣，除承受高温燃气冲蚀以外，还受到高频的交变热应力作用，即热防护涂层表面经受高温、高外加压力、高频交变内应力的疲劳过程。以上工况对涂层可靠性提出了极高的要求。目前在航空发动机领域，对热防护涂层的可靠性验证手段主要是采用火焰热冲击试验，即用高温火焰灼烧涂层的表面，同时用高压的空气或水冷却基体背部，循环往复直至涂层失效。该方法的使用较为广泛，可以产生较高的试验温度，但是加热周期相对较长，且温度分布不够均匀，难以模拟高温、高压、高频传热工况。因此，提出一种新的验证高温高压高频工况下热防护涂层可靠性的方法尤为必要。

发明内容

本发明针对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以上的热-力耦合的苛刻工况(如柴油发动机的燃烧室)，目的是提供一种等效疲劳试验方法高效、准确的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。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

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，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与下夹具；下夹具上设置有导轨，导轨上设置有滑块，滑块上竖直设置有用于放置试样的滚柱，滚柱上方设置有上夹具，上夹具底端设置有用于对试样施加载荷的压头。

本发明进一步的改进在于，滚柱之间设置有加热板。

本发明进一步的改进在于，压头两侧均设置有阻挡板。

本发明进一步的改进在于，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。

本发明进一步的改进在于，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带和高度；