热障涂层高温冲蚀循环试验及综合性能分析测试系统

1：超音速火焰热喷涂（TBCS）简介

热喷涂热源的超音速火焰是利用丙烷、丙烯等碳氢系燃气或氢气等燃气与高压氧气，或利用如煤油与酒精等液体燃料与高压氧气在特制的燃烧室内，或在特殊的喷嘴中燃烧产生的高温高速燃烧焰流，其燃烧焰流速度可达 1500m ∕ s~2000m ∕ s （五马赫）以上。超音速火焰由于受燃烧焰流温度的限制，与等离子热源相比，速度高而温度低（约为 3000 ℃）、对于 WC-CO 系硬质合金，可以有效地抑制 WC 在喷涂过程中的分解，涂层不仅结合强度高、致密，而且可以最大限度地保留粉末中的硬质耐磨 WC 相，因此，涂层耐磨损性能优越，与爆炸喷涂层相当，大幅度超过等离子喷涂层，也优于电镀硬铬层与喷焊层，目前已获得了广泛的发展。超音速火焰喷涂系统为包括钢铁、船舶、航空航天、纸箱机械、造纸...超音速火焰喷涂,超音速热喷涂，具有控制先进、生产能力特高、涂层质量独一无二的特点。由于引入了一系列先进的新特征，使得超音速火焰喷涂,超音速热喷涂比其其他热喷涂技术具有更加友好的用户界面。其改进包括基于复杂PLC的、闭环控制的超音速火喷涂热障涂层和电绝缘涂层：如ZrO2、Al2O3涂层等。 超音速火喷涂金属氧化物耐磨涂层：如Cr2O3、Al2O3/Ti涂层等，用于泵类柱塞、密封环、轴套、导丝辊等。超音速火焰喷涂耐磨耐蚀涂层：如WC-Co、WC-Co-Cr、NiCr-Cr3C2等，用于汽轮机叶片、风机叶轮、阀体、阀座等。

2：超音速火焰热喷涂（TBCS）组成结构

1）：燃料气体采用：丙烷气体，天然液化气，氢气等，助燃气体为压缩空气，氧气等，送粉气为N2或Ar.

2）：焰流速率：20---300M/S

3）：加料粉粒粒径在：5—200um,

4）：加料速率可调节：8-250g/min

5）：火焰自动点火装置

6）：工件夹台的试件工装可以180度自由旋转，

7）：工件可实现45度夹角调节。

8）：喷枪火焰直径在40MM左右，可以更换不同直径焰流的枪筒：6-40 MM

9）： 工作台按防震设计。

10）: 噪音和粉尘的防护措施。

11):恒温水冷却。                                               

图1 高速燃气喷涂参考设备

高速燃气喷涂设备

高速燃气喷涂设备并不复杂，它由喷涂枪，送粉器，控制系统及供气系统等组成。图1是系统的参考示意图。 1、控制柜，2、容积式高压双筒送粉器 ，3、热交换器 ，4、超音速喷枪 ，5、喷涂隔音房 6、抽风除尘系统，7、机械手，8、辅助设备，9、喷涂柜

喷涂功能分析可行性及实现方法

1）实现式样（工件）的表面喷涂颗粒，参照超音速燃气喷涂设备方案制造，技术完全可行，参照附件中产品说明书，在产品制造之前有具体设计图纸。

2）试件旋转机构，由旋转底座带动试样夹具做180度旋转，由步进电机做不同角度旋转，步进电机功率120W..试样在轴向方向可以做不同角度的斜角调整。

3) 送粉速率：15~150g/min，由止阀控制，保持送粉器的压力恒定。

4)提供轴向送粉和火焰枪径向送粉两种喷枪。

5)送粉气体用N2或氩气可以防止颗粒氧化。

6)轴流式旋风除尘装置，保持了粉尘和烟气的污染。

7)喷嘴的冷却采用水冷，用20L的恒温水箱做循环控制，压缩机为1.5P、220V.

8)采用丙烷气体做燃烧气体，生成的产物主要是CO2和水，无环境污染。由于控制了压力，可以考虑用压缩空气做助燃气，这样可以大大降低O2的制备和储存，降低使用成本，在设计制造燃烧喷嘴时可以做为设计原则。

9)有关实验测试空能的配备要预留足够的空间和接口

10)试验台的防震采用橡胶软平面吸收震动频率，若工程需要还可以对水平地底面采用防震材料。

11)式样夹具预留三电极，用于在线测试介电性能。电阻率，绝缘等级测试

12)配置红外摄像系统可以对式件表面温度场分布进行在线热分析

13）采用激光干涉对试件进行线性热膨胀系数测试。

14）采用激光熔重降温法可以对试件进行热传导，比热容，热阻的在线测试。

  15）采用声发射及声振原理分析试件内部微创伤和弹性模量，阻尼系数，泊松比，表面硬度等物理性能。

16）自动点火系统，通过火花塞电子点火。

涂层（工件）的性能测试分析功能设计

1：热障涂层残余应力测试                --------声发射法

2：热障涂层抗热震性能分析测试            ----------压缩空气冷却法

3：热障涂层电性能测试（电阻率，导电性能）----    电流探针法

4：热障涂层空隙率测试             ---------------变压放电法

5：热障涂层冲蚀氧化性能测试   ------------------  高温冲蚀功能

6：热障涂层成分分析            ------------电子探针法

7：热障涂层热传导性能测试    ----------------激光脉冲法

8：热障涂层热膨胀系数测试       ------------激光干涉法

9：热障涂层表面传热系数测试       -----------红外热像法

10：热障涂层耐磨损性能测试          ----- --摩擦试验法

11：热障涂层弹性模量泊松比阻尼内耗分析-----声波法（动态）

12：热障涂层介电常数介质损耗角正切值--------谐振法