CN108254275A - 热障涂层工况模拟与实时监测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的热障涂层工况模拟与实时监测装置，包括：箱体、工况模拟组件、样品夹持组件、监测组件和***控制组件；工况模拟组件用于模拟待试验样品工作环境；样品夹持组件设置在箱体内；样品夹持组件用于装夹待试验样品；监测组件用于收集并处理模拟过程的测试数据；检测组件与***控制组件电连接，***控制组件用于控制模拟过程。通过设置工况模拟组件，从而可以模拟航空发动机工况，并通过监测组件对模拟过程进行实时监测，可以实现极端多场耦合环境，模拟热障涂层材料在真实服役过程中的高温热冲击、硬质颗粒冲蚀及高温腐蚀等复杂多场耦合服役环境。

Description

热障涂层工况模拟与实时监测装置
技术领域
本发明涉及航空发动机领域，尤其涉及一种热障涂层工况模拟与实时监测装置。
背景技术
航空发动机被誉为飞机的“心脏”，对航空航天工业的发展起着决定性的作用。发动机的关键参数是其推重比，随着推重比的提高，航空发动机涡轮前进口温度已超过1700℃。涡轮前进口温度的大幅提升无疑对发动机热端部件高温合金材料性能和热防护技术提出了更高的要求。热障涂层***是一种耐高温、高隔热的多层功能材料，是由起隔热、延缓氧化、抗冲蚀/腐蚀作用的顶部陶瓷层，承受机械载荷的金属基底层，介于顶部陶瓷层和金属基底层中间起粘结和提高基底抗氧化性能的粘结层，以及服役过程中在顶部陶瓷层和粘结层中间形成的氧化物构成。
航空发动机具有极其恶劣的多场耦合服役环境，而且工况极为复杂，需要大量的实验数据对材料进行测试，而传统的试验方法无法准确模拟航空发动机的服役环境，限制了耦合环境下热障涂层的损伤与失效过程研究，无法满足实际需求，并且需要多种监测设备对模拟过程进行监测，集成度不高。所以需要一台工况模拟装置将试验模拟与实时监测结合在一起。
发明内容
本发明的目的是提供一种热障涂层工况模拟与实时监测装置，将极端工作环境与试验实时监测***结合到一起。
本发明提供的热障涂层工况模拟与实时监测装置，包括：箱体、工况模拟组件、样品夹持组件、监测组件和***控制组件；工况模拟组件用于模拟待试验样品工作环境；样品夹持组件设置在箱体内；样品夹持组件用于装夹待试验样品；监测组件用于收集并处理模拟过程的测试数据；检测组件与***控制组件电连接，***控制组件用于控制模拟过程。
进一步地，本热障涂层工况模拟与实时监测装置中工况模拟组件包括喷枪、燃油供给***、氧气供给***、氮气供给***、颗粒供给***和空压机；燃油供给***、氧气供给***和氮气供给***通过管道与喷枪的末端连接；喷枪设置在箱体内并对准样品夹持组件，用于喷射超高温火焰焰流冲击；颗粒供给***通过管道与高温超音速喷枪的末端连接；空压机用于为腐蚀颗粒冲入喷枪提供高压空气。
进一步地，本热障涂层工况模拟与实时监测装置中喷枪分别与氧气供给***、氮气供给***所连通的管道上还设置有用于调节气体压力的压力调节阀；喷枪分别与燃油供给***、颗粒供给***所连通的管道上还设置有用于调节流量的流量计。
进一步地，本热障涂层工况模拟与实时监测装置中工况模拟组件还包括：冷却***；冷却***包括样品冷却***和喷枪冷却***；样品冷却***用于模拟过程中对样品进行冷却；喷枪冷却***用于模拟过程中对喷枪进行冷却。
进一步地，本热障涂层工况模拟与实时监测装置中工况模拟组件还包括：支撑调节杆和底部调节座；支撑调节杆用于调节喷枪垂直高度；底部调节座用于调节喷枪水平位置。
进一步地，本热障涂层工况模拟与实时监测装置还包括：粉尘回收***；粉尘回收***包括：粉尘回收口和粉尘回收箱；粉尘回收口设置在样品夹持组件和喷枪的下方；粉尘回收口末端与粉尘回收箱通过管道连接。
进一步地，本热障涂层工况模拟与实时监测装置中样品夹持组件包括：样品固定部、风冷通道和夹具底座；样品固定部固定设置在夹具底座的上部，风冷通道位于样品固定部的中部。
进一步地，本热障涂层工况模拟与实时监测装置中监测组件包括热电偶测温***、红外测温***、红外热成像仪、三维光学应变测量分析***，声发射检测***，电化学复阻抗谱测量***，波导杆；电偶测温***、红外测温***、红外热成像仪设置在箱体内部；电偶测温***与样品基体连接，用于测量模拟过程中样品温度；红外测温***照射样品表面，用于测量样品表面温度；红外热成像仪用于记录样品表面在模拟过程中裂纹的形成和演化；三维光学应变测量分析***设置于箱体外，通过设置在箱体壁上的石英玻璃，用于捕捉样品的热障涂层表面情况；声发射检测***设置于箱体外部，通过数据线与波导杆电连接，用于检测模拟过程中样品内部裂纹的形成和演化；电化学复阻抗谱测量***用于检测样品的热障涂层氧化情况；
进一步地，本热障涂层工况模拟与实时监测装置中样品夹持组件包括：第一夹持板、第二夹持板、挡板、阶梯孔和用于设置热电偶测温***的安装通道；第一夹持板与第二夹持板拼接，且中部设置有挡板和阶梯孔，安装通道连通至阶梯孔。
进一步地，本热障涂层工况模拟与实时监测装置中监测组件还包括：补光照明***；
补光照明***设置于箱体外部，用于对箱体内部进行补光。
通过设置工况模拟组件，从而可以模拟航空发动机工况，并通过监测组件对模拟过程进行实时监测，可以实现极端多场耦合环境，模拟热障涂层材料在真实服役过程中的高温热冲击、硬质颗粒冲蚀及高温腐蚀等复杂多场耦合服役环境，同时集成了多种无损检测***。试验实时在线监测模块包含但不仅限于热障涂层材料在多场耦合服役环境下的温度场、三维应变场、表面裂纹缺陷、表面形貌、内部损伤演化、及破坏模式，为分析热障涂层失效机理和寿命预测提供强有力的支撑。
附图说明
图1是本实施例示意图；
图2是样品夹持组件第一种实施方式示意图；
图3是样品夹持组件第二种实施方式示意图；
图4是叶片夹持组件布置图。
附图标记：
10000：箱体；10100：支撑板；10200：换气扇；20000：工况模拟组件；20100：喷枪；20200：燃油供给***；20300：氧气供给***；20400：氮气供给***；20500：颗粒供给***；20600：空压机；20700：压力调节阀；20800：冷却***；20801：样品冷却***；20802：喷枪冷却***；20900：支撑调节杆；21000：底部调节座；30000：叶片夹持组件；31000：夹具支撑杆；30100：样品固定部；30200：风冷通道；30300：夹具底座；30400：第一夹持板；30500：第二夹持板；30600：挡板；30700：阶梯孔；30800：安装通道；40000：监测组件；40100：热电偶测温***；40200：红外测温***；40300：红外热成像仪；40400：三维光学应变测量分析***；40500：声发射检测***；40600：电化学复阻抗谱测量***；40700：波导杆；50000：***控制组件；60000：粉尘回收***；60100：粉尘回收口；60200：粉尘回收箱。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
参考图1，本实施例所述的热障涂层工况模拟与实时监测装置包括：箱体10000、工况模拟组件20000、样品夹持组件50000、监测组件60000和***控制组件70000；工况模拟组件20000用于模拟待试验样品工作环境，包括喷枪20100、燃油供给***20200、氧气供给***20300、氮气供给***20400、颗粒供给***20500和空压机20600；燃油供给***20200、氧气供给***20300和氮气供给***20400通过管道与喷枪20100的末端连接；喷枪20100设置在箱体10000内并对准样品夹持组件30000，用于喷射超高温火焰焰流冲击；箱体10000由不锈钢制成，并且内部设置有支撑板10100，用于放置模拟装置，箱体10000的顶部还设置有换气扇10200。喷枪20100采用超音速高温煤油喷枪，能一种速度快(亚音速或1-4个马赫数可调)、极限温度高(2000℃以上)的焰流环境，充分地模拟了热障涂层真实服役环境下以航空煤油作为燃料而形成超音速高温焰流的热冲击环境，相对于传统的高温试验炉或燃气喷枪加热方式更加接近热障涂层真实服役环境。颗粒供给***20500通过管道与高温超音速喷枪20100的末端连接；空压机20600用于为腐蚀颗粒冲入喷枪20100提供高压空气。颗粒供给***20500具体能够提供一种硬质颗粒冲刷或CMAS腐蚀颗粒冲刷环境，充分地模拟热障涂层真实服役环境中的硬质颗粒冲蚀和腐蚀颗粒随焰流对叶片产生冲刷作用的环境，并且还设置有粉末加载量调节旋钮，且可根据实际需求调节腐蚀颗粒的加载量。工况模拟组件20000还包括冷却***20800；冷却***20800包括样品冷却***20801和喷枪冷却***20802；样品冷却***20801用于模拟过程中对样品进行冷却；可以根据模拟试验的需要决定是否需要形成温度梯度，如果需要，则开启，与样品被喷枪20100所喷射的高温火焰共同形成温度梯度。喷枪冷却***20802用于模拟过程中对喷枪进行冷却，通过管道对喷枪20100的尾部进行水循环冷却，从而保证喷枪20100的使用寿命和模拟试验安全。工况模拟组件20000还可以包括：支撑调节杆20900和底部调节座21000；支撑调节杆20900用于调节喷枪20100垂直高度；底部调节座21000用于调节喷枪20100水平位置，如此设置可以使得喷枪20100的位置可以灵活调整，适应不同模拟试验的需要。喷枪20100分别与氧气供给***20300、空压机20600与所述颗粒供给***20500之间的管道上设有压力调节阀，同样的氮气供给***20400与燃油供给***20200之间的管道上也设有压力调节阀；喷枪20100分别与燃油供给***20200、氧气供给***20300所连通的管道上还设置有用于调节燃油和氧气流量的流量计。通过调节压力调节阀从而调节氮气和燃油的供给量，以及粉末的多少，还可以通过流量计来调节燃油和氧气的供给量，从而控制焰流的温度，从而可以模拟出航空发动机不同恶劣程度的工况。
样品夹持组件30000设置在箱体内，用于装夹待试验样品；在本实施例中，样品夹持组件30000有两种实施方式，第一种实施方式中样品夹持组件30000包括样品固定部30100、风冷通道30200和夹具底座30300，样品固定部30100固定设置在夹具底座30300的上部，风冷通道30200位于样品固定部的中部，样品固定部30100通过螺栓固定待试验样品，如叶片，夹具底座30300内部镂空设置有管道接头，样品冷却***20801的冷却空气通过管道接头进入，并对样品进行冷却，从而形成温度梯度。第二种实施方式中样品夹持组件30000包括：第一夹持板30400、第二夹持板30500、挡板30600、阶梯孔30700和用于设置热电偶测温***的安装通道30800；第一夹持板30400与第二夹持板30500拼接，且中部设置有挡板30600和阶梯孔30700，安装通道30800连通至阶梯孔30700，第一夹持板30400和第二夹持板30500由碳硅板制成。如图4所示，在箱体内可以设置多个样品夹持组件30000，只第一种实施方式或第二种实施方式，或者两种实施方式都设置，由于设置了多个样品夹持组件30000，同时支撑调节杆20900和底部调节座21000可以调节喷枪20100的位置，从而实现了多工位连续循环试验，与常规的每次试验都需要开启/关闭的试验设备相比，既避免了由装置开启到试验参数稳定的试验阶段，减少了试验时间，也有利于减少喷枪的反复开启次数，延长了喷枪***的使用寿命。
监测组件40000用于收集并处理模拟过程的测试数据；检测组件40000与***控制组件50000电连接。监测组件40000包括热电偶测温***40100、红外测温***40200、红外热成像仪40300、三维光学应变测量分析***40400，声发射检测***40500，电化学复阻抗谱测量***40600，波导杆40700；电偶测温***40100、红外测温***40200、红外热成像仪40300设置在箱体内部，本实施例中红外热成像仪40300为穿透火焰型红外热成像仪，用来检测样品表面温度场的分布，从而观察表面裂纹的拓展情况，还可以结合高温散斑技术(ARAMIS***)共同实现极端高温焰流冲击条件下的实时变形和表面断裂动态过程的实时捕捉；电偶测温***40100与样品基体连接，用于测量模拟过程中样品的基底温度；在样品夹持组件30000的第二种实施方式中，电偶测温***40100穿过安装通道30800与待测样品的的基体连接。红外测温***40200照射样品表面，用于测量样品表面温度。红外热成像仪40400设置于箱体10000内部，用于记录样品表面的热障涂层在模拟过程中裂纹的形成和演化，本实施例所采用的红外热成像仪40400热灵敏度为优于0.015℃，波段范围为3.8-4.05μm。三维光学应变测量分析***40400具体包括分析***和高速数字散斑相机，分析***设置在箱体10000外，而高速数字散斑相机设置在箱体内，从而用于捕捉样品的热障涂层表面情况；在本实施例中三维光学应变测量分析***40400为非接触式光学三维应变测量***，利用多个高速数字散斑相机对试验过程中的试样进行监测，根据测量所得的每个阶段不同网格区域的坐标值，计算出样品表面各个位置的应变，再将实时获得的数据传输给设备自带的数据采集与分析***，可得出不同阶段试样表面的应力场，具有极高的精度和分辨率等优点。声发射检测***40500设置于箱体外部，通过数据线与波导杆40700电连接，用于检测模拟过程中样品内部裂纹的形成和演化，本实施例中声发射检测***40500装有8个可选参数通道，该通道有16位A/D转换器，速度为10000个/秒，采集频率范围为1KHz-3KHz，最高采样频率为40M/s，装有声发射数据流量器，可将声发射波形不断的转向硬盘，传输速度可达10M/秒。电化学复阻抗谱测量***40600设置于箱体10000外，并与连接在待试验样品上的电极电连接，用于检测样品的热障涂层氧化情况；本实施例中电化学复阻抗谱测量***40600的电流范围是200nA-2A；电流分辨率是1pA；电压范围是±14.5V；电压分辨率是1μV；频率范围是10μ-1MHz，通过试验过程中热障涂层试样阻抗的变化得到TGO的厚度变化和生长律，进而了解样品表面氧化情况。监测组件40000还包括：补光照明***；补光照明***设置于箱体外部，用于对箱体内部进行补光，避免因为亮度不够影响试验数据采集。通过监测组件40000集成的无损监测，可以样品在试验过程中表面应变、破坏以及内部损伤、组织演化等进行同步观测。
***控制组件50000用于控制模拟过程，通过对工况模拟组件20000进行控制，从而模拟不同工况，并且收集检测组件40000的试验数据，具体包括装置控制器和显示器，装置控制器用来控制模拟过程、试验参数设置和监测数据采集，显示器则实时显示监测数据，同时还可以在显示器上设置模拟试验的相关参数，并由装置控制器控制试验参数，具有实时、可信、全面显示结果的优点，同时也便于及时调整试验参数。
本实施例所述的热障涂层工况模拟与实时监测装置还包括：粉尘回收***；粉尘回收***包括：粉尘回收口和粉尘回收箱；粉尘回收口设置在样品夹持组件和喷枪的下方；粉尘回收口末端与粉尘回收箱通过管道连接。模拟过程中燃烧完成后的废料以及腐蚀颗粒经过粉尘回收口回收至粉尘回收箱内，从而减少模拟试验对环境的影响。
为了更好地提高本装置的稳定性，在管道的连接处均使用橡胶圈进行密封处理。使用本实施例所述热障涂层工况模拟与实时监测装置对热障涂层试样进行测试的操作步骤如下(以热障涂层平板状样品的高温焰流火焰热冲击两工位循环试验为例)：
步骤一，试验前检查本装置的各个部件是否正常，连接管道气密性是否良好，氧气供给***20300、氮气供给***20400、空压机20600是否正常供气，以及装置机械运作是否良好。
步骤二，制备热障涂层平板试样，再利用焊接设备将测试用的声发射波导杆40700焊在被测试样的背部基底上，将与电化学复阻抗谱测量***40600电连接的电极镶在待试验样品的正面和背面，将样品固定设置在叶片夹持组件30000，同时调试好冷却***20800，将声发射检测***40500和电化学复阻抗谱测量***40600与波导杆40700电连接，同时还与镶在待试验样品的正面和背面的电极电连接。
步骤三，调节红外测温***40200、红外热成像仪40300、三维光学应变测量分析***40400以及补光照明***的位置，确保其光路或被测区域能被照射或者监测到被测样品表面或侧面待测区域。
步骤四，通过***控制组件50000开始进行工况模拟，根据试验温度需要调节氮气、氧气以及燃油的流量，同时根据所需高温焰流马赫数调节氮气和氧气的压力值。
步骤五，将模拟过程中所采集到的监测数据显示到***控制组件50000的显示器上，调节喷枪20100的初始位置，保证高温焰流能够对准热障涂层试样中心。
步骤六，在***控制组件50000的显示器上设置试验参数，包括试验温度、试验时间、循环次数等，再开始监测。
步骤七，开启设置在箱体10000上部的换气扇10200，确保箱体内部通风良好，避免出现温度过高的情形，并开启样品冷却***20801，使样品形成温度梯度，并开启喷枪冷却***20802对喷枪20100进行冷却，确保枪体处于较低温度，保证使用安全。
步骤八，在***控制组件50000的显示器上点击按钮，进行模拟试验并收集模拟过程中的监测数据，从而实时在线监测，从而实现了热障涂层试样高温焰流火焰热冲击两工位循环试验，同时进行试验温度、表面实时应变、表面裂纹实时观测、内部裂纹的形成和扩展的实时监测以及界面氧化情况的实时监测。
本发明可模拟航空发动机热障涂层材料极端高温焰流冲击、硬质颗粒冲蚀、高温CMAS腐蚀的多场耦合服役环境，并且集成了多种无损检测***对试样进行实时在线监测，实现了热障涂层热力化极端耦合环境模拟与实时在线监测，同时装置还结合了多工位和自动化设计，实现了全自动、多工位循环试验。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种热障涂层工况模拟与实时监测装置，其特征在于，包括：
箱体、工况模拟组件、样品夹持组件、监测组件和***控制组件；
所述工况模拟组件用于模拟待试验样品工作环境；
所述样品夹持组件设置在所述箱体内；
所述样品夹持组件用于装夹待试验样品；
所述监测组件用于收集并处理模拟过程的测试数据；
所述检测组件与所述***控制组件电连接，所述***控制组件用于控制模拟过程。
2.根据权利要求1所述的热障涂层工况模拟与实时监测装置，其特征在于：
所述工况模拟组件包括喷枪、燃油供给***、氧气供给***、氮气供给***、颗粒供给***和空压机；
所述燃油供给***、所述氧气供给***和所述氮气供给***通过管道与所述喷枪的末端连接；
所述喷枪设置在所述箱体内并对准所述样品夹持组件，用于喷射超高温火焰焰流冲击；
所述颗粒供给***通过管道与所述高温超音速喷枪的末端连接；
所述空压机用于为腐蚀颗粒冲入所述喷枪提供高压空气。
3.根据权利要求2所述的热障涂层工况模拟与实时监测装置，其特征在于：
所述空压机与所述颗粒供给***之间的管道上设有压力调节阀，同样的所述氮气供给***与燃油供给***之间的管道上设有压力调节阀；所述喷枪分别与所述燃油供给***、所述氧气供给***所连通的管道上还设置有用于调节流量的流量计。
4.根据权利要求2所述的热障涂层工况模拟与实时监测装置，其特征在于：
所述工况模拟组件还包括：冷却***；
所述冷却***包括样品冷却***和喷枪冷却***；
所述样品冷却***用于模拟过程中对样品进行冷却；
所述喷枪冷却***用于模拟过程中对喷枪进行冷却。
5.根据权利要求2所述的热障涂层工况模拟与实时监测装置，其特征在于：
所述工况模拟组件还包括：支撑调节杆和底部调节座；
所述支撑调节杆用于调节所述喷枪垂直高度；
所述底部调节座用于调节所述喷枪水平位置。
6.根据权利要求2所述的热障涂层工况模拟与实时监测装置，其特征在于，还包括：
粉尘回收***；
所述粉尘回收***包括：粉尘回收口和粉尘回收箱；
所述粉尘回收口设置在所述样品夹持组件和所述喷枪的下方；
所述粉尘回收口末端与所述粉尘回收箱通过管道连接。
7.根据权利要求4所述的热障涂层工况模拟与实时监测装置，其特征在于：
所述样品夹持组件包括：样品固定部、风冷通道和夹具底座；
所述样品固定部固定设置在所述夹具底座的上部，所述风冷通道位于所述样品固定部的中部。
8.根据权利要求1所述的热障涂层工况模拟与实时监测装置，其特征在于：
所述监测组件包括热电偶测温***、红外测温***、红外热成像仪、三维光学应变测量分析***，声发射检测***，电化学复阻抗谱测量***，波导杆；
所述电偶测温***、所述红外测温***、所述红外热成像仪设置在所述箱体内部；
所述电偶测温***与所述样品基体连接，用于测量模拟过程中样品基底温度；
所述红外测温***照射样品表面，用于测量样品表面温度；
所述红外热成像仪用于记录样品在模拟过程中表面裂纹的形成和演化；
所述三维光学应变测量分析***包括分析***和高速散斑相机，所述分析***设置在所述箱体外，所述高速散斑相机设置在所述箱体内，所述高速散斑相机用于捕捉所述样品的热障涂层表面情况；，
所述声发射检测***设置于所述箱体外部，通过数据线与所述波导杆电连接，用于检测模拟过程中样品内部裂纹的形成和演化；
所述电化学复阻抗谱测量***用于检测样品的热障涂层氧化情况。
9.根据权利要求8所述的热障涂层工况模拟与实时监测装置，其特征在于：
所述样品夹持组件包括：第一夹持板、第二夹持板、挡板、阶梯孔和用于设置所述热电偶测温***的安装通道；
所述第一夹持板与所述第二夹持板拼接，且中部设置有所述挡板和所述阶梯孔，所述安装通道连通至所述阶梯孔。
10.根据权利要求8所述的热障涂层工况模拟与实时监测装置，其特征在于：
所述监测组件还包括：补光照明***；
所述补光照明***设置于所述箱体外部，用于对箱体内部进行补光。
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Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109341886A (zh) * 2018-11-20 2019-02-15 云南中烟工业有限责任公司 一种多功能测温装置
CN109374308A (zh) * 2018-09-20 2019-02-22 中国民航大学 一种具有稳态温度场的航空发动机燃烧室模拟试验台
CN109682702A (zh) * 2018-12-10 2019-04-26 湘潭大学 一种涡轮叶片热障涂层工况模拟实验测试***
CN109696371A (zh) * 2019-02-28 2019-04-30 中国科学院力学研究所 一种火焰热冲击试验观测装置及观测方法
CN109883938A (zh) * 2019-03-21 2019-06-14 湘潭大学 一种热障涂层cmas高温腐蚀的检测方法
CN109883871A (zh) * 2019-03-21 2019-06-14 湘潭大学 一种热障涂层高温腐蚀的检测方法
CN109900577A (zh) * 2019-03-21 2019-06-18 湘潭大学 一种热障涂层高温冲蚀的检测方法
CN110108222A (zh) * 2019-04-16 2019-08-09 中国人民解放军陆军装甲兵学院 一种预测脆性涂层开裂的方法及***
CN110867263A (zh) * 2019-11-07 2020-03-06 西安交通大学 核反应堆严重事故下燃料元件失效行为研究的实验装置及方法
CN112285156A (zh) * 2020-12-24 2021-01-29 矿冶科技集团有限公司 火焰喷枪、热障涂层热循环测试方法及测试***
CN112414932A (zh) * 2020-11-20 2021-02-26 中国直升机设计研究所 一种直升机旋翼桨叶防护材料耐砂蚀性能评价方法
CN112697629A (zh) * 2020-12-08 2021-04-23 武汉理工大学 一种活塞热障涂层可靠性测量装置及方法
CN112758349A (zh) * 2020-12-29 2021-05-07 成都成发泰达航空科技有限公司 用于超高温环境模拟及考核试验的测试装置与测试方法
CN113176297A (zh) * 2021-04-26 2021-07-27 北京航空航天大学 一种模拟航空发动机起落、巡航服役过程的热循环装置
CN113533110A (zh) * 2021-07-16 2021-10-22 中国兵器工业第五九研究所 钛铝基合金抗高温燃气冲刷性能评价方法
CN114152430A (zh) * 2021-12-24 2022-03-08 东方电气集团东方汽轮机有限公司 一种阀座密封面堆焊层的综合性能评价方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101637806A (zh) * 2009-08-13 2010-02-03 首钢总公司 一种金属陶瓷涂层结晶器铜板制作方法
CN101762452A (zh) * 2010-01-06 2010-06-30 湘潭大学 一种用于模拟和实时测试高温部件热疲劳失效的试验装置
CN201620186U (zh) * 2009-12-23 2010-11-03 广州有色金属研究院 一种新型低温高速超音速火焰喷涂装置
CN103063563A (zh) * 2013-01-10 2013-04-24 湘潭大学 一种模拟和实时测试热障涂层高温沉积物腐蚀的试验装置
CN103063534A (zh) * 2013-01-10 2013-04-24 湘潭大学 一种模拟和实时测试涡轮叶片热障涂层冲蚀的试验装置
CN103091189A (zh) * 2013-01-10 2013-05-08 湘潭大学 一种模拟热障涂层服役环境并实时检测其失效的试验装置
CN103091239A (zh) * 2013-01-10 2013-05-08 湘潭大学 一种模拟和实时测试热障涂层气体腐蚀失效的试验装置
CN103487345A (zh) * 2013-10-12 2014-01-01 中国科学院上海硅酸盐研究所 用于动态循环测试热障涂层抗热冲击性能的高温焰流装置
CN104777187A (zh) * 2014-12-05 2015-07-15 襄阳航泰动力机器厂 一种热障涂层隔热性能测试装置
CN105973690A (zh) * 2016-04-28 2016-09-28 西安交通大学 一种多场耦合环境模拟及在线监测/观测***

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101637806A (zh) * 2009-08-13 2010-02-03 首钢总公司 一种金属陶瓷涂层结晶器铜板制作方法
CN201620186U (zh) * 2009-12-23 2010-11-03 广州有色金属研究院 一种新型低温高速超音速火焰喷涂装置
CN101762452A (zh) * 2010-01-06 2010-06-30 湘潭大学 一种用于模拟和实时测试高温部件热疲劳失效的试验装置
CN103063563A (zh) * 2013-01-10 2013-04-24 湘潭大学 一种模拟和实时测试热障涂层高温沉积物腐蚀的试验装置
CN103063534A (zh) * 2013-01-10 2013-04-24 湘潭大学 一种模拟和实时测试涡轮叶片热障涂层冲蚀的试验装置
CN103091189A (zh) * 2013-01-10 2013-05-08 湘潭大学 一种模拟热障涂层服役环境并实时检测其失效的试验装置
CN103091239A (zh) * 2013-01-10 2013-05-08 湘潭大学 一种模拟和实时测试热障涂层气体腐蚀失效的试验装置
CN103487345A (zh) * 2013-10-12 2014-01-01 中国科学院上海硅酸盐研究所 用于动态循环测试热障涂层抗热冲击性能的高温焰流装置
CN104777187A (zh) * 2014-12-05 2015-07-15 襄阳航泰动力机器厂 一种热障涂层隔热性能测试装置
CN105973690A (zh) * 2016-04-28 2016-09-28 西安交通大学 一种多场耦合环境模拟及在线监测/观测***

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109374308A (zh) * 2018-09-20 2019-02-22 中国民航大学 一种具有稳态温度场的航空发动机燃烧室模拟试验台
CN109341886A (zh) * 2018-11-20 2019-02-15 云南中烟工业有限责任公司 一种多功能测温装置
WO2020119599A1 (zh) * 2018-12-10 2020-06-18 湘潭大学 一种涡轮叶片热障涂层工况模拟实验测试***
CN109682702A (zh) * 2018-12-10 2019-04-26 湘潭大学 一种涡轮叶片热障涂层工况模拟实验测试***
RU2761778C1 (ru) * 2018-12-10 2021-12-13 Сянтань Юниверсити Испытательная система для имитационных испытаний теплозащитного покрытия турбинной лопатки в режиме эксплуатации
CN109696371A (zh) * 2019-02-28 2019-04-30 中国科学院力学研究所 一种火焰热冲击试验观测装置及观测方法
CN109900577A (zh) * 2019-03-21 2019-06-18 湘潭大学 一种热障涂层高温冲蚀的检测方法
CN109883871A (zh) * 2019-03-21 2019-06-14 湘潭大学 一种热障涂层高温腐蚀的检测方法
CN109883938A (zh) * 2019-03-21 2019-06-14 湘潭大学 一种热障涂层cmas高温腐蚀的检测方法
CN110108222A (zh) * 2019-04-16 2019-08-09 中国人民解放军陆军装甲兵学院 一种预测脆性涂层开裂的方法及***
CN110867263A (zh) * 2019-11-07 2020-03-06 西安交通大学 核反应堆严重事故下燃料元件失效行为研究的实验装置及方法
CN110867263B (zh) * 2019-11-07 2021-06-11 西安交通大学 核反应堆严重事故下燃料元件失效行为研究的实验装置及方法
CN112414932A (zh) * 2020-11-20 2021-02-26 中国直升机设计研究所 一种直升机旋翼桨叶防护材料耐砂蚀性能评价方法
CN112697629A (zh) * 2020-12-08 2021-04-23 武汉理工大学 一种活塞热障涂层可靠性测量装置及方法
CN112285156A (zh) * 2020-12-24 2021-01-29 矿冶科技集团有限公司 火焰喷枪、热障涂层热循环测试方法及测试***
CN112758349A (zh) * 2020-12-29 2021-05-07 成都成发泰达航空科技有限公司 用于超高温环境模拟及考核试验的测试装置与测试方法
CN113176297A (zh) * 2021-04-26 2021-07-27 北京航空航天大学 一种模拟航空发动机起落、巡航服役过程的热循环装置
CN113533110A (zh) * 2021-07-16 2021-10-22 中国兵器工业第五九研究所 钛铝基合金抗高温燃气冲刷性能评价方法
CN113533110B (zh) * 2021-07-16 2022-11-25 中国兵器工业第五九研究所 钛铝基合金抗高温燃气冲刷性能评价方法
CN114152430A (zh) * 2021-12-24 2022-03-08 东方电气集团东方汽轮机有限公司 一种阀座密封面堆焊层的综合性能评价方法
CN114152430B (zh) * 2021-12-24 2024-05-03 东方电气集团东方汽轮机有限公司 一种阀座密封面堆焊层的综合性能评价方法

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