[发明专利]一种基于应变片安装的高温应变喷涂方法

说明书

技术领域

本发明涉及制备绝缘涂层，具体涉及一种基于应变片安装的高温应变喷涂方法。

背景技术

航空航天领域经常需要研究不同服役条件下的零件、结构的力学完整性，通过确定应力、应变、位移、力、载荷等力学参数，为最终实际工程结构的强度刚度理论计算和机械设计提供理论依据。当前，针对高温工况条件下的零部件的热应力研究方法，主要有理论分析、数值模拟和实验研究三个研究方向。目前的趋势是工程测试和有限元理论计算相结合，理论计算和实测相结合，相互验证，互为补充。而高温应力的实验测量和装置的设计往往因为其环境的特殊性而成为测试的难点。

高温应力的实验研究，主要是通过不同的实验手段，比如通过传感器或者变换器把高温服役条件下零部件所承受的载荷、应变和位移转换为可测量的电信号或者光学信号等，对应的具体方法有载荷、位移、力的传感器测量和光学测量方法，采用传感器测量主要有电阻应变片及传感器、压电陶瓷(PZT)载荷传感器、电容式载荷传感器，光学方法主要有云纹干涉，全息法和散斑法等。近年来还出现了数字图像相关法(DIC)以计算测量高温应变的研究报道，但是其理论及相关算法仍处于发展过程。

应变电测法高温条件下应变片安装固定方法研究

采用应变电测方法测量高温下的应变还存在很多问题，主要有：

(1)材料随着温度变化产生的零点漂移以及仪器灵敏度的变化；

(2)加热循环过程引起应变片测量特性的变化，需要进行修正；

(3)应变片安装方法的选择。常用的应变片安装有粘合剂、喷涂和焊接三种。

①对于粘合剂安装来说，300度以下多采用硅系粘结剂，而高温测量条件下需要采用高温陶瓷粘合剂，这类粘合剂常需要高温处理等繁琐过程，需要专门的设备，而且结合强度也不能保证，容易剥落和开裂，而且由于高温状态下其多项物理性能会发生变化，包括比较重要的粘结性能、绝缘性能等。

②焊接对基体材料和焊接材料要求较高，应用于高温工况下的很多材料的熔化焊接性不佳，甚至很多采用复合材料，往往需要扩散焊等特种压力焊接方法，而采用扩散焊等成本过高，效率偏低，钎焊由于钎焊材料熔点普遍较低不适用于高温条件下。

③采用喷涂方法(传统多喷涂Al₂O₃)安装应变片(片)，不需要高温处理，并且近年来随着喷涂技术的飞速发展，长期困扰其在应变片安装上推广使用的瓶颈材料体系、喷涂工艺都得到了长足进步，可以应用于各种相关场合。左渝钰分别利用火焰喷涂方法和高温陶瓷粘合剂安装了高温应变片，测试了航空发动机的高温应力/应变场，并比较了两种条件下高温应变片的表面应变随温度变化的曲线，在排除应变片自身特性的差异之外，火焰喷涂安装的高温应变片对温度的敏感性远大于采用高温陶瓷粘合剂的应变片。从其他的研究报道也可以得出类似的结论，但专门针对这种差异的实验和理论研究仍然鲜见报道。在比较三种应变片安装方法的优劣后，可以确定在高温领域，采用喷涂的方法安装高温应变片可行，但是喷涂方法也有缺点，相对于其他两种方法，喷涂设备相对庞大，一次性固定投资成本较高，采用喷涂方法安装应变片，多数都与喷涂企业和研究机构协同制备。

采用不同的喷涂方法，其安装质量也不尽相同。常用的喷涂方法有火焰喷涂和等离子喷涂。火焰喷涂的焰流温度低，而耐高温的绝缘材料通常为陶瓷，熔点较高，难以被火焰焰流加热熔化，且粒子飞行速度低，涂层结合强度低，可靠性差，另外由于采用乙炔为燃料，对安全使用构成一定的威胁。普通等离子喷涂的焰流温度高，但速度低，涂层结合也较差，且只能以H₂为次级气，对安全使用也构成威胁。

发明内容

本发明设计开发了一种基于应变片安装的高温应变喷涂方法，本发明的目的之一是基于上述问题解决现有技术中对于应变片安装固定方式，使应变片固定的具有更好的结合强度的同时不影响其使用。

本发明的目的之二是解决现有技术中基于采用喷涂安装应变片时，喷涂设备庞大、一次性固定成本高，而且采用常规手段喷涂时焰流温度低而绝缘材料熔点较高，难以被火焰焰流加热融化，进而导致喷涂过程中绝缘涂层不均匀、孔隙率高等问题

本发明的目的之三是解决现有技术中基于采用喷涂安装应变片时，涂层结合强度低、涂层绝缘性、抗热冲击性差以及在安装过程中对应变片有损坏等问题。