[發(fā)明專利]一種基于應(yīng)變片安裝的高溫應(yīng)變噴涂方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610192238.8
• 申請日: 2016-03-30
• 公開（公告）號: CN105803381B
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉明;王海軍;張偉;姜祎;陳書贏
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍裝甲兵工程學(xué)院
• 主分類號: C23C4/134
• 分類號: C23C4/134;C23C4/11;C23C4/073
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11369
• 代理人: 史霞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及制備絕緣涂層，具體涉及一種基于應(yīng)變片安裝的高溫應(yīng)變噴涂方法。

背景技術(shù)

航空航天領(lǐng)域經(jīng)常需要研究不同服役條件下的零件、結(jié)構(gòu)的力學(xué)完整性，通過確定應(yīng)力、應(yīng)變、位移、力、載荷等力學(xué)參數(shù)，為最終實際工程結(jié)構(gòu)的強度剛度理論計算和機械設(shè)計提供理論依據(jù)。當前，針對高溫工況條件下的零部件的熱應(yīng)力研究方法，主要有理論分析、數(shù)值模擬和實驗研究三個研究方向。目前的趨勢是工程測試和有限元理論計算相結(jié)合，理論計算和實測相結(jié)合，相互驗證，互為補充。而高溫應(yīng)力的實驗測量和裝置的設(shè)計往往因為其環(huán)境的特殊性而成為測試的難點。

高溫應(yīng)力的實驗研究，主要是通過不同的實驗手段，比如通過傳感器或者變換器把高溫服役條件下零部件所承受的載荷、應(yīng)變和位移轉(zhuǎn)換為可測量的電信號或者光學(xué)信號等，對應(yīng)的具體方法有載荷、位移、力的傳感器測量和光學(xué)測量方法，采用傳感器測量主要有電阻應(yīng)變片及傳感器、壓電陶瓷(PZT)載荷傳感器、電容式載荷傳感器，光學(xué)方法主要有云紋干涉，全息法和散斑法等。近年來還出現(xiàn)了數(shù)字圖像相關(guān)法(DIC)以計算測量高溫應(yīng)變的研究報道，但是其理論及相關(guān)算法仍處于發(fā)展過程。

應(yīng)變電測法高溫條件下應(yīng)變片安裝固定方法研究

采用應(yīng)變電測方法測量高溫下的應(yīng)變還存在很多問題，主要有：

(1)材料隨著溫度變化產(chǎn)生的零點漂移以及儀器靈敏度的變化；

(2)加熱循環(huán)過程引起應(yīng)變片測量特性的變化，需要進行修正；

(3)應(yīng)變片安裝方法的選擇。常用的應(yīng)變片安裝有粘合劑、噴涂和焊接三種。

①對于粘合劑安裝來說，300度以下多采用硅系粘結(jié)劑，而高溫測量條件下需要采用高溫陶瓷粘合劑，這類粘合劑常需要高溫處理等繁瑣過程，需要專門的設(shè)備，而且結(jié)合強度也不能保證，容易剝落和開裂，而且由于高溫狀態(tài)下其多項物理性能會發(fā)生變化，包括比較重要的粘結(jié)性能、絕緣性能等。

②焊接對基體材料和焊接材料要求較高，應(yīng)用于高溫工況下的很多材料的熔化焊接性不佳，甚至很多采用復(fù)合材料，往往需要擴散焊等特種壓力焊接方法，而采用擴散焊等成本過高，效率偏低，釬焊由于釬焊材料熔點普遍較低不適用于高溫條件下。

③采用噴涂方法(傳統(tǒng)多噴涂Al₂O₃)安裝應(yīng)變片(片)，不需要高溫處理，并且近年來隨著噴涂技術(shù)的飛速發(fā)展，長期困擾其在應(yīng)變片安裝上推廣使用的瓶頸材料體系、噴涂工藝都得到了長足進步，可以應(yīng)用于各種相關(guān)場合。左渝鈺分別利用火焰噴涂方法和高溫陶瓷粘合劑安裝了高溫應(yīng)變片，測試了航空發(fā)動機的高溫應(yīng)力/應(yīng)變場，并比較了兩種條件下高溫應(yīng)變片的表面應(yīng)變隨溫度變化的曲線，在排除應(yīng)變片自身特性的差異之外，火焰噴涂安裝的高溫應(yīng)變片對溫度的敏感性遠大于采用高溫陶瓷粘合劑的應(yīng)變片。從其他的研究報道也可以得出類似的結(jié)論，但專門針對這種差異的實驗和理論研究仍然鮮見報道。在比較三種應(yīng)變片安裝方法的優(yōu)劣后，可以確定在高溫領(lǐng)域，采用噴涂的方法安裝高溫應(yīng)變片可行，但是噴涂方法也有缺點，相對于其他兩種方法，噴涂設(shè)備相對龐大，一次性固定投資成本較高，采用噴涂方法安裝應(yīng)變片，多數(shù)都與噴涂企業(yè)和研究機構(gòu)協(xié)同制備。

采用不同的噴涂方法，其安裝質(zhì)量也不盡相同。常用的噴涂方法有火焰噴涂和等離子噴涂。火焰噴涂的焰流溫度低，而耐高溫的絕緣材料通常為陶瓷，熔點較高，難以被火焰焰流加熱熔化，且粒子飛行速度低，涂層結(jié)合強度低，可靠性差，另外由于采用乙炔為燃料，對安全使用構(gòu)成一定的威脅。普通等離子噴涂的焰流溫度高，但速度低，涂層結(jié)合也較差，且只能以H₂為次級氣，對安全使用也構(gòu)成威脅。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明設(shè)計開發(fā)了一種基于應(yīng)變片安裝的高溫應(yīng)變噴涂方法，本發(fā)明的目的之一是基于上述問題解決現(xiàn)有技術(shù)中對于應(yīng)變片安裝固定方式，使應(yīng)變片固定的具有更好的結(jié)合強度的同時不影響其使用。

本發(fā)明的目的之二是解決現(xiàn)有技術(shù)中基于采用噴涂安裝應(yīng)變片時，噴涂設(shè)備龐大、一次性固定成本高，而且采用常規(guī)手段噴涂時焰流溫度低而絕緣材料熔點較高，難以被火焰焰流加熱融化，進而導(dǎo)致噴涂過程中絕緣涂層不均勻、孔隙率高等問題

本發(fā)明的目的之三是解決現(xiàn)有技術(shù)中基于采用噴涂安裝應(yīng)變片時，涂層結(jié)合強度低、涂層絕緣性、抗熱沖擊性差以及在安裝過程中對應(yīng)變片有損壞等問題。