一种内孔热喷涂涂层性能表征试样制备装置及试样制作方法与流程

1.本发明实施例涉及涂层性能检测技术领域，具体涉及一种内孔热喷涂涂层性能表征试样制备装置及试样制作方法。


背景技术：

2.高性能涂层可以大幅度提高金属材料的防锈、防腐蚀、耐磨损等性能，在实际生产中得到了广泛应用。其中热喷涂是当前常用的一种金属表面涂层制备工艺，其基本原理是利用某种热源(如电弧、等离子喷涂或燃烧火焰等)将粉末状或丝状的金属或非金属材料加热到熔融或半熔融状态，然后借助压缩空气等技术手段使其以一定速度喷射到预处理过的基体表面，沉积而形成具有各种功能的表面涂层的一种技术。近年来随着小型发动机活塞，飞机作动筒以及起落架等筒形件内孔表面性能要求的不断提高，内孔涂层特别是小尺寸内孔涂层的制备技术得到了快速发展。涂层制备后一个重要的流程是对制备的涂层进行性能测试、评估，典型的涂层性能测试指标包括涂层与基体的结合力，弯曲性能，涂层摩擦磨损性能，电化学性能等，依据当前的材料性能测试标准很多性能的测试需要基于平面试样，由于制备的小尺寸内孔涂层的内表面曲率较大不能直接用于结合力，干磨损性能等性能指标的测试试验。
3.因此为了准确获取内孔涂层真实的性能指标，迫切需要设计一种小尺寸内孔热喷涂涂层性能表征试样制备装置的制备方法。


技术实现要素：

4.为此，本发明实施例提供一种内孔热喷涂涂层性能表征试样制备装置及试样制作方法，以解决现有技术中无法准确获取内孔涂层的真实性能指标的问题。
5.为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
6.一种内孔热喷涂涂层性能表征试样制备装置，包括设有待内孔表面喷涂的金属结构，所述金属结构的外侧设有与内孔相对应的试样架，所述试样架上设有同轴于内孔且其半径大于内孔半径的试样安装孔，所述试样安装孔的内壁上设有至少1个固定卡板，所述固定卡板上设有可拆卸的试样，所述试样的检测面外切于金属结构的内孔。
7.进一步的，所述固定卡板的顶面上设有用于内嵌试样的凹槽，所述固定卡板与试样之间通过销钉连接或过盈连接。
8.进一步的，所述固定卡板的底部设有滑动托架，所述滑动托架的底部设有滑块，所述试样架内设有与滑块相配合的滑槽。
9.进一步的，所述固定卡板的底部设有垫板。
10.进一步的，所述试样为圆柱体或长方体。
11.进一步的，所述固定卡板的底部开有卸模孔。
12.一种使用内孔热喷涂涂层性能表征试样制备装置的试样制作方法，包括以下步骤：
13.步骤s01、测量金属结构的内孔半径，将金属结构的内孔安装到三抓卡盘上；
14.步骤s02、测量试样架的试样安装孔半径，根据式样安装孔半径与内孔半径的半径差匹配对应大小的固定卡板，根据固定卡板匹配对应大小的试样，并进行试样与固定卡板、固定卡板与试样架的安装；
15.步骤s03、将试样架安装到金属结构的外侧，满足试样安装孔与内孔共轴，安装过程中使用杠杆百分表同轴检测试样安装孔与内孔的半径跳动值，直到二孔的半径跳动值趋于一致；
16.步骤s04、在相同工况下对内孔及试样安装孔均进行热喷涂处理，待喷涂完成后卸下固定卡板及试样。
17.进一步的，所述步骤s02中，根据半径差先确定试样的尺寸，若试样厚度小于半径差，则添加垫板补齐。
18.进一步的，所述步骤s03中，向内孔内插入与内孔相契合的管状结构，然后将组装完成的试样架套设在管状结构上，在将试样架固定在金属结构上。
19.本发明实施例具有如下优点：
20.本发明实施例所述的内孔热喷涂涂层性能表征试样制备装置通过在内孔外部设有同轴的试样架，在试样架内固定与内孔外切的试样，试样与内孔涂层在同一批次、同一工艺条件下完成，保证试样性能与内孔涂层性能的一致性，通过内形面平面分块离散方法最大程度还原实际喷涂工况的同时能够制备出满足实际测试需求的平面涂层试验，该方法制备的试样可以满足多数性能指标测试要求且能够准确反应小尺寸内孔涂层真实性能，如涂层结合强度测试、弯曲性能测试、干摩擦磨损性能测试、电化学性能测试等。而且，固定卡板与试样之间为可拆卸连接，喷涂前在卡板内表面预置隔离膜等技术手段，实现试样制备装置具有重复使用的特性。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
22.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
23.图1为本发明实施例提供的一种内孔热喷涂涂层性能表征试样制备装置的产品结构图；
24.图2为本发明实施例提供的一种内孔热喷涂涂层性能表征试样制备装置的正视结构图；
25.图3为图1中固定卡板的爆炸图；
26.图4为本发明另一个实施例提供的固定卡板的正视结构图；
27.图5为本发明实施例提供的一种试样制作方法的方法流程图。
28.图中：
29.1、金属结构；2、内孔；3、试样架；4、试样安装孔；5、试样；6、固定卡板；7、凹槽；8、销钉；9、销钉孔；10、热喷涂喷枪；11、滑动托架；12、滑块；13、垫板。
具体实施方式
30.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.如图1所示，一种内孔热喷涂涂层性能表征试样制备装置，包括设有待内孔2表面喷涂的金属结构1，所述金属结构1如小型发动机活塞、飞机作动筒、起落架筒等。所述金属结构1的外侧设有试样架3，本实施例中试样架3通过螺丝固定连接金属结构1，所述试样架3上设有半径大于内孔2的试样安装孔4，所述式样安装孔与内孔2同轴，所述试样安装孔4的内壁上设有至少1个固定卡板6，本实施例中固定卡板6的数量优选于6个。所述固定卡板6上设有可拆卸的试样5，所述试样5的检测面为外切于内孔2的平面。固定卡板6固定到试样架3后，将试样架3固定到内孔2外且与内孔2同轴，热喷涂喷枪10深入到内孔2进行喷涂，同时对试样5也进行喷涂，如图2所示，试样5的中心处到达轴心的距离与内孔2的半径相同，实现试样5与内孔2涂层在同一批次、同一工艺条件下完成，保证试样5性能与内孔2涂层性能的一致性。
32.如图3所示，所述固定卡板6的上设有用于内嵌试样5的凹槽7，所述固定卡板6与试样5之间可拆卸连接，如销钉8连接、过盈连接、螺栓连接等。具体的，固定卡板6与试样5之间螺栓连接，所述固定卡板6上位于凹槽7的内壁上设有内螺纹，所述试样5上设有与内螺纹相啮合的外螺纹。或者，所述固定卡板6与试样5之间通过销钉8连接，固定卡板6的两侧设有连接凹槽7的销钉孔9，销钉8通过销钉孔9插入到试样5内。固定卡板6的底部开有卸模孔，喷涂完成后可以使用螺栓将试样5从固定卡板6中顶出，用于后续测试。在喷涂试验开始前在凹槽7的内表面上设置隔离膜，喷涂完成后可以移除隔离膜，实现固定卡板6的重复使用。
33.如图4所示，所述固定卡板6通过螺栓连接试样架3，或者所述固定卡板6的底部设有滑动托架11，所述滑动托架11的底部设有滑块12，所述试样架3内设有与滑块12相配合的滑槽，这样便于固定卡板6的调试，待试样架3安装到金属结构1上后，可直接滑动卸下固定卡板6，无须再卸下试样架3。
34.将试样架3、固定卡板6与试样5均做成标准尺寸后，在所述固定卡板6的底部添加垫板13，用于调节固定卡板6的整体厚度，用于满足不同尺寸内孔2的试样5制作要求。
35.所述试样5为圆柱体或长方体。对于圆柱试样5按照标准astm ca633制备结合强度测试试样5并进行试验。对于长方体试样5可分别依据弯曲、干摩擦磨损和电化学性能测试试样5要求加工成相应试样5并进行测试，为了保证实验数据可靠性，需要重复试验3次，即圆柱体试样5与长方体试样5至少均制备3个。
36.如图5所示，一种使用内孔热喷涂涂层性能表征试样制备装置的试样制作方法，包括以下步骤：
37.步骤s01、测量金属结构1的内孔半径，将金属结构1的内孔2安装到三抓卡盘上；
38.步骤s02、测量试样架3的试样安装孔4半径，根据式样安装孔半径与内孔半径的半径差匹配对应大小的固定卡板6，根据固定卡板6匹配对应大小的试样5，并进行试样5与固定卡板6、固定卡板6与试样架3的安装。若固定卡板6及试样5均为标准件，则根据半径差先确定试样5的尺寸，若试样5厚度小于半径差，则添加垫板13补齐。
39.步骤s03、将试样架3安装到金属结构1的外侧，满足试样安装孔4与内孔2共轴，安装过程中使用杠杆百分表同轴检测试样安装孔4与内孔2的半径跳动值，直到二孔的半径跳动值趋于一致。
40.在试样架3安装到金属结构1的外侧之前，可向内孔2内插入与内孔2相契合的管状结构，然后将组装完成的试样架3套设在管状结构上，在将试样架3固定在金属结构1上，可通过管状结构使试样安装孔4与内孔2对齐共轴，先将试样架3与金属结构1预对齐，然后再通过杠杆百分表进行精细调节，可提高二者对齐的效率及精准性。
41.步骤s04、在相同工况下对内孔2及试样安装孔4均进行热喷涂处理，热喷涂喷枪10先深入到内孔2进行喷涂，待内孔2喷涂后，热喷涂喷枪10仅做轴向收缩，来到试样架3内，再对试样5按照孔内进行喷涂，由于试样5的顶面到达轴心的距离与内孔2的孔壁到达轴心的距离相同，从而实现试样5与内孔2涂层在同一批次、同一工艺条件下完成，保证试样5性能与内孔2涂层性能的一致性，待喷涂完成后先卸下试样架3，再从试样架3上卸下固定卡板6，最后从固定卡板6上卸下试样5。
42.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。