[发明专利]一种涂层长时高温弯曲实验装置及方法

说明书

本发明公开了一种涂层长时高温弯曲实验装置及方法，属于高温力学实验技术领域。该装置包括应力加载器件，应力加载器件包括限位支架、可替换测试台、可替换压头及配重模块；其中，限位支架包括支撑杆及顶座和底座，支撑杆的两端分别与顶座和底座连接；可替换测试台设置于底座的朝向顶座的一侧表面；可替换压头用于对放置于可替换测试台的待测涂层试样施加压力；配重模块加设于可替换压头上以对可替换压头进行配重。该装置及相应的方法可在拓展涂层高温力学加载形式的同时以较低的成本解决长时高温力学加载难题，有利于研究涂层梯度应力条件下长时高温演变行为，进而为复杂构型热端部件表面防护涂层失效分析与长寿命设计提供基础与指导。

技术领域

本发明涉及高温力学实验技术领域，具体而言，涉及一种涂层长时高温弯曲实验装置及方法。

背景技术

以热障与环境障涂层为代表的陶瓷及金属涂层作为关键热防护技术，广泛应用于航空航天、能源动力、远洋发电等高技术领域热端部件表面防护。其服役工况不仅存在极端高温环境，还涉及基底约束、惯性力、气动载荷等复杂力学条件。长期处于高温工况的陶瓷及金属涂层会发生烧结、相变、氧化等结构或材料演变过程，这些过程对载荷条件及应力状态敏感。开展应力对涂层长时高温演变过程影响规律实验研究，对于复杂构型热端部件表面防护涂层失效分析与长寿命设计具有重要意义。

目前高温实验技术领域热载荷施加方法较成熟，可以通过马弗炉、卤素灯、激光源等多种装置模拟涂层实际服役工况的均匀或梯度温度场，平均温度及温度梯度可分别达到1000℃与200℃/mm。然而，由于涂层厚度通常较小(数百微米至数毫米)，适用于涂层的高温环境力学加载方法仍较有限。

高温压痕(High-temperature Indentation)实验设备可在试样表面微区施加短时压应力，但受限于压头尺寸与材料，难以对试样整体进行长时高温加载；热机械分析仪(Thermal Mechanical Analyzer)可对涂层试样施加三点弯曲载荷，但受限于加载方式及夹具尺寸，施加于试样的最大应力通常较小且实验成本较高。

因此，有必要发展适用于涂层的高温力学实验装置与方法，从而在较大载荷范围内实现其高温演变过程的长时低成本实验表征。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种涂层长时高温弯曲实验装置及方法，以解决上述技术问题。

本申请可这样实现：

第一方面，本申请提供一种涂层长时高温弯曲实验装置，包括应力加载器件，应力加载器件包括限位支架、可替换测试台、可替换压头以及配重模块；

其中，限位支架包括支撑杆以及相对设置的顶座和底座，支撑杆的两端分别与顶座和底座连接；

可替换测试台设置于底座的朝向顶座的一侧表面；

可替换压头用于对放置于可替换测试台的待测涂层试样施加压力；配重模块加设于可替换压头上以用于对可替换压头进行配重。

在可选的实施方式中，支撑杆的数量为多根，多根支撑杆沿顶座和底座的边沿设置，可替换测试台的边缘抵接支撑杆。

在可选的实施方式中，多根支撑杆等距间隔设置。

在可选的实施方式中，可替换测试台包括测试台本体以及接触件；

测试台本体位于底座的朝向顶座的一侧表面，且测试台本体的边缘抵接支撑杆；接触件设置于测试台本体的上表面以为待测涂层试样提供接触位点。

在可选的实施方式中，接触件包括第一接触条和第二接触条，第一接触条和第二接触条以测试台本体的中心为对称轴对称设置；