久久一区二区免费播放,国产在线欧美日韩一区二区,国产综合色在线视频,精品伊人久久久香线蕉,精品视频麻豆网站,玖玖国产,国内精品久久久久影,在线观看精品视频一区二区三区,午夜久久影院,国产精品一区久久

一種用于測(cè)量涂層殘余應(yīng)力的試驗(yàn)裝置及方法
【專利摘要】一種用于測(cè)量涂層殘余應(yīng)力的試驗(yàn)裝置及方法屬于熱噴涂領(lǐng)域。通過在線測(cè)量噴涂過程中涂層與基體的曲率變化，在彈性范圍內(nèi)計(jì)算出制備過程中涂層的內(nèi)應(yīng)力，得出涂層最終的殘余應(yīng)力。將待噴涂試樣在一端固定(稱夾持端為B端，另一端為A端)，之后使用等離子噴涂的方法在試樣表面上進(jìn)行噴涂，并形成涂層。噴涂過程中，由于溫度不均勻或材料物理性能不一致使得涂層與試樣基體之間產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。通過固定在試樣A端的位移傳感器測(cè)量出A點(diǎn)的位移，從而得出試樣的曲率變化。測(cè)量試樣在噴涂過程中沉積階段以及冷卻階段的溫度變化。根據(jù)涂層與基體的曲率變化反求出陶瓷涂層的彈性模量，反推出涂層制備過程中的應(yīng)力演化以及制備后涂層的殘余應(yīng)力值。
【專利說(shuō)明】一種用于測(cè)量涂層殘余應(yīng)力的試驗(yàn)裝置及方法
[0001]一、【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明屬于熱噴涂領(lǐng)域，尤其涉及對(duì)噴涂涂層通過曲率法這種無(wú)損物理方法進(jìn)行殘余應(yīng)力數(shù)據(jù)收集及分析的方法及其相關(guān)裝置。
[0003]二、【背景技術(shù)】
[0004]陶瓷涂層具有耐高溫、高溫抗氧化性好、耐磨、耐腐蝕等諸多優(yōu)點(diǎn)，在金屬或合金材料表面制備陶瓷涂層可有效優(yōu)化金屬的使用性能，使金屬的強(qiáng)度和韌度與陶瓷材料的諸多優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行結(jié)合，使復(fù)合的材料滿足人們的使用條件。在眾多的涂層制備方法中，熱噴涂是一種廣泛使用的方法，它有很多優(yōu)點(diǎn)，比如:可供噴涂的材料很多，被噴涂的構(gòu)件尺寸不受限制，而且噴涂設(shè)備簡(jiǎn)單，操作工序少、效率高，成本低等等。
[0005]然而，陶瓷材料脆性大，與金屬材料的物理性能相差較大，在涂層的制備過程與涂層的使用過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)開裂與剝落的現(xiàn)象。這些現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因是涂層與基體之間存在殘余應(yīng)力。由于熱噴涂本質(zhì)是一個(gè)材料熱加工過程，且涂層材料與基體材料熱物性存在一定差異，噴涂過程中涂層材料會(huì)經(jīng)歷一系列快速的加熱和冷卻過程，這更會(huì)導(dǎo)致涂層/基體界面處及涂層內(nèi)部存在較高的殘余應(yīng)力，影響涂層性能以及涂層的服役壽命。因此，要想降低這類缺陷的發(fā)生，或者控制缺陷形成的數(shù)量及規(guī)模，對(duì)涂層內(nèi)應(yīng)力的演化過程和控制十分重要的。本發(fā)明旨在能在線測(cè)量噴涂過程中涂層的內(nèi)應(yīng)力，推演其變化過程，為優(yōu)化噴涂工藝提供指導(dǎo)。
[0006]目前，涂層殘余應(yīng)力的測(cè)試方法主要有有損機(jī)械和無(wú)損物理兩種方法。通常使用的方法主要有衍射法、曲率測(cè)量法、鉆孔法和逐層移除法等。曲率法是學(xué)術(shù)界和工程界普遍認(rèn)為可取的方法之一，它由Stoney在1909年首創(chuàng)，其原理是在較薄的金屬基體上制備涂層時(shí)，由于涂層內(nèi)應(yīng)力的存在，基體會(huì)發(fā)生彎曲變形，通過各種接觸或非接觸的方法測(cè)試涂層
材料的整體曲率k，再通過Stoney方程％ = kEsH便可確定涂層的殘余應(yīng)力。
[0007]英國(guó)劍橋大學(xué)的Tsui, Doyle, Clyne等人在此基礎(chǔ)上采用在噴涂過程中監(jiān)測(cè)并記錄基體連續(xù)的曲率變化，得到噴涂過程中曲率變化曲線，分別計(jì)算出涂層最終的淬火應(yīng)力和熱應(yīng)力值。美國(guó)紐約大學(xué)研究所的Matejicek, Sampath對(duì)噴涂中連續(xù)測(cè)量曲率方法進(jìn)行了初步的說(shuō)明并進(jìn)行了成功嘗試。西北工業(yè)大學(xué)超高溫復(fù)合材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的弓滿鋒使用曲率法測(cè)量了高速切削刀具為基體的TiN涂層的殘余應(yīng)力，相比國(guó)外，國(guó)內(nèi)的相關(guān)成果較少。需要指出的是，以上對(duì)于涂層殘余應(yīng)力的測(cè)量都是基于涂層制備完成后，針對(duì)涂層整體進(jìn)行的計(jì)算，由于陶瓷涂層制備過程中，組織發(fā)生變化，因此在厚度方向上存在組織與結(jié)構(gòu)的不均勻性，急需明確和開發(fā)噴涂過程中的應(yīng)力演化，為開發(fā)高效優(yōu)質(zhì)熱噴涂工藝提供指導(dǎo)。
[0008]三、
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]針對(duì)殘余應(yīng)力演化過程問題，本發(fā)明旨在能夠在線測(cè)量噴涂后涂層的殘余應(yīng)力，為研究涂層內(nèi)應(yīng)力的演化過程提供一種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的方法。
[0010]本發(fā)明的目的由以下措施構(gòu)成的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):[0011]一種在線測(cè)量陶瓷涂層殘余應(yīng)力的試驗(yàn)裝置，包括位移傳感器(I)、溫度傳感器
(2)、數(shù)據(jù)采集器(3)、夾具(4);將待噴涂試樣一端夾持在夾具上，位移傳感器置于試樣的未夾持端位置，溫度傳感器置于試樣的夾持端位置，同時(shí)將位移傳感器與溫度傳感器接通數(shù)據(jù)采集器。數(shù)據(jù)采集器與計(jì)算機(jī)相聯(lián)接。
[0012]進(jìn)一步，所述位移傳感器(I)，即為接觸式或非接觸式高精度位移傳感器，測(cè)量范圍-1~10mm，測(cè)量精度lXl(T6mm。
[0013]進(jìn)一步，所述溫度傳感器⑵，采用接觸式或非接觸式測(cè)溫儀，測(cè)量溫度范圍-10~1370°C，時(shí)間響應(yīng)速度大于20Hz。
[0014]所述的一 種在線測(cè)量陶瓷涂層殘余應(yīng)力的試驗(yàn)裝置所采用的測(cè)量殘余應(yīng)力的方法，包括以下工藝步驟:
[0015]I)準(zhǔn)備夾具，將待嗔涂試樣一端即B端夾持在夾具上；
[0016]2)將位移傳感器置于試樣的未夾持端位置，溫度傳感器置于試樣的夾持端位置，同時(shí)將位移傳感器與溫度傳感器接通數(shù)據(jù)采集器；
[0017]3)將位移傳感器、溫度傳感器與數(shù)據(jù)采集器組成測(cè)試電路并與計(jì)算機(jī)相聯(lián)接，以便進(jìn)行測(cè)試；
[0018]4)使用熱噴涂設(shè)備，對(duì)試樣進(jìn)行噴涂；
[0019]5)噴涂過程中通過位移傳感器采集試樣A點(diǎn)的位移數(shù)據(jù)，通過溫度傳感器采集基體溫度數(shù)據(jù)，傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集器由電腦記錄下來(lái)；
[0020]6)測(cè)得位移及溫度后進(jìn)行的數(shù)據(jù)處理:
[0021]對(duì)所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，由于有高精度的位移傳感器以及溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)噴涂過程，所以我們對(duì)每一層熱噴涂得到的涂層進(jìn)行應(yīng)力分析，步驟如下:
[0022]1.位移數(shù)據(jù)處理:
[0023]將數(shù)據(jù)點(diǎn)記錄后通過下列公式計(jì)算涂層噴涂過程中基體曲率半徑R及基體曲率k的值的變化:
【權(quán)利要求】
1.一種在線測(cè)量陶瓷涂層殘余應(yīng)力的試驗(yàn)裝置，包括位移傳感器(I)、溫度傳感器(2)、數(shù)據(jù)采集器(3)、夾具(4)； 將待噴涂試樣一端夾持在夾具上，位移傳感器置于試樣的未夾持端位置，溫度傳感器置于試樣的夾持端位置，同時(shí)將位移傳感器與溫度傳感器接通數(shù)據(jù)采集器。數(shù)據(jù)采集器與計(jì)算機(jī)相聯(lián)接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在線測(cè)量陶瓷涂；層殘余應(yīng)力的試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述位移傳感器(I)，即為接觸式或非接觸式高精度位移傳感器，測(cè)量范圍-1~10_，測(cè)量精度 1 X 10_6mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在線測(cè)量陶瓷涂層殘余應(yīng)力的試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述溫度傳感器(2)，采用接觸式或非接觸式測(cè)溫儀，測(cè)量溫度范圍-10~1370°C，時(shí)間響應(yīng)速度大于20Hz。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在線測(cè)量陶瓷涂層殘余應(yīng)力的試驗(yàn)裝置所采用的測(cè)量殘余應(yīng)力的方法，包括以下工藝步驟: . 1)準(zhǔn)備夾具，將待嗔涂試樣一端即B端夾持在夾具上； . 2)將位移傳感器置于試樣的未夾持端位置，溫度傳感器置于試樣的夾持端位置，同時(shí)將位移傳感器與溫度傳感器接通數(shù)據(jù)采集器； .3)將位移傳感器、溫度傳感器與數(shù)據(jù)采集器組成測(cè)試電路并與計(jì)算機(jī)相聯(lián)接，以便進(jìn)行測(cè)試； .4)使用熱噴涂設(shè)備，對(duì)試樣進(jìn)行噴涂； .5)噴涂過程中通過位移傳感器采集試樣A點(diǎn)的位移數(shù)據(jù)，通過溫度傳感器采集基體溫度數(shù)據(jù)，傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集器由電腦記錄下來(lái)； . 6)測(cè)得位移及溫度后進(jìn)行的數(shù)據(jù)處理: 對(duì)所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，由于有高精度的位移傳感器以及溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)噴涂過程，所以對(duì)每一層熱噴涂得到的涂層進(jìn)行應(yīng)力分析，步驟如下: .1.位移數(shù)據(jù)處理: 將數(shù)據(jù)點(diǎn)記錄后通過下列公式計(jì)算涂層噴涂過程中基體曲率半徑R及基體曲率k的值的變化: R = 1/k= (AB)2 - X2/2x(1)
其中，AB為位移傳感器所在的A點(diǎn)距夾持端B點(diǎn)的距離；X為A點(diǎn)位移； .2.溫度數(shù)據(jù)處理: 在每層涂層的噴涂過程中的溫度變化，通過接觸式或非接觸式測(cè)溫儀檢測(cè)，整理得到在噴涂過程中基體溫度變化曲線；該曲線整體分為三個(gè)階段，分別為預(yù)熱階段，沉積階段以及冷卻階段；而針對(duì)每層涂層來(lái)說(shuō)其又分為由沉積階段與冷卻階段組成的微小過程，這個(gè)微小過程將對(duì)以下的計(jì)算每層涂層的彈性模量以及殘余應(yīng)力的方法有非常重要的作用； .7)殘余應(yīng)力的計(jì)算: .7.1.彈性模量的處理: 在曲率值-時(shí)間變化圖中，試樣冷卻狀態(tài)下曲率的變化是由于每一層涂層噴涂完成后冷卻過程中熱應(yīng)力的作用產(chǎn)生的；通過每一層涂層中已知的在冷卻過程中由熱應(yīng)力引起的曲率變化值求得每一層涂層的彈性模量Eh:
【文檔編號(hào)】G01L1/00GK103926025SQ201410149306
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年4月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月13日
【發(fā)明者】李輝, 楊天龍, 郭天旭, 栗卓新, 魏琪 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)