(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202210832072.7 (22)申请日 2022.07.15 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114894834 A (43)申请公布日 2022.08.12 (73)专利权人 西安交通大 学 地址 710049 陕西省西安市碑林区咸宁西 路28号 (72)发明人 王铁军　江鹏　王彬文　杨镠育　 (74)专利代理 机构 西安创知专利事务所 61213 专利代理师 魏法祥 (51)Int.Cl. G01N 25/00(2006.01) G01D 21/02(2006.01) (56)对比文件 CN 1084138 82 A,2018.08.17CN 110508463 A,2019.1 1.29 CN 105716655 A,2016.0 6.29 CN 111220647 A,2020.0 6.02 CN 103926025 A,2014.07.16 CN 112629725 A,2021.04.09 CN 106289613 A,2017.01.04 US 2010159149 A1,2010.0 6.24 池金春 等.电弧喷涂快速模具内应力检测 和喷涂工艺优化. 《西安交通大 学学报》 .2014,第 48卷(第12期),第126 -130页. Gopal Dw ivedi et.al.Determi nation of Thermal Spray Coati ng Property w ith Curvature Measurements. 《Journal of Thermal Spray Tec hnology》 .2013,第2 2卷(第8 期),1337-1347. 审查员 苏会珍 (54)发明名称 一种高温防热结构力热参数测量装置与方 法 (57)摘要 本发明公开了一种高温防热结构力热参数 测量装置与方法， 该装置包括底部高温红外测温 仪、 形变测量机构、 涂层厚度测量机构和顶部高 温红外测温仪； 该方法包括步骤： 一、 采集基体试 件的初始测量数据； 二、 采集基体试件喷涂过程 中的实时测量数据； 三、 获取基体试件上涂层的 实时应力； 四、 获取基体试件上涂层的实时弹性 模量； 五、 绘制基体试件的温度变化曲线； 六、 绘 制基体试件 上涂层应力随涂层厚度的变化曲线。 本发明能够实现对高温防热结构喷涂过程中力 热参数的实时测量， 能监控基体试件涂层中的应 力水平和弹性模量随涂层厚度的变化趋势， 为优 选低应力长寿 命涂层的制备工艺 提供依据。 权利要求书2页 说明书7页 附图4页 CN 114894834 B 2022.10.04 CN 114894834 B 1.一种利用高温防热结构力热参数测量装置进行高温防热结构力热参数测量的方法， 其特征在于： 所述高温防热结构力热参数测量装置包括桁架 （5） 和设置在桁架 （5） 内部供基 体试件 （6） 安装的上轴板 （9） ， 所述上轴板 （9） 的下方设置有底部高温红外测温仪 （13） 和用 于测量基体试件 （6） 形变的形变测量机构， 所述基体试件 （6） 的上方设置有涂层厚度测量机 构和顶部高温红外测温仪 （1） ， 所述底部高温红外测温仪 （13） 用于测量基体试件 （6） 的下表 面温度， 所述顶部高温红外测温仪 （1） 用于测量基 体试件 （6） 上涂层的上表面温度； 所述涂层厚度测量机构包括第一激光测距仪 （2） ， 所述形变测量机构包括多个沿基体 试件 （6） 的长度方向均匀布设在基体试件 （6） 下方的第二激光测距仪 （12） ， 所述上轴板 （9） 的中部设置有透光区 （8） ， 所述基 体试件 （6） 位于 透光区 （8） 的正上 方； 所述第一激光测距仪 （2） 和顶部高温红外测温仪 （1） 通过喷头夹具安装在喷涂设备的 喷嘴 （17） 上， 所述喷头夹具包括喷头主夹具 （3） 和与所述喷头主夹具 （3） 相 扣合的喷头副夹 具 （4） ； 所述第一激光测距仪 （2） 和顶部高温红外测温仪 （1） 分别安装在喷头主夹具 （3） 的两 端； 所述桁架 （5） 的顶部设置有顶板 （14） ， 所述顶板 （14） 位于上轴板 （9） 的上方， 所述顶板 （14） 上设置有供所述喷嘴 （17） 上喷涂的涂料穿过的涂料喷涂槽 （14 ‑1） ， 所述涂料喷涂槽 （14‑1） 位于基 体试件 （6） 的正上 方； 通过在所述喷涂设备的喷嘴 （17） 上安装第一激光测距仪 （2） 来测量基体试件 （6） 上涂 层的实时厚度， 通过在基体试件 （6） 的下方设置多个第二激光测距仪 （12） 来测量基体试件 （6） 实时曲率， 进而 能够得到基体试件 （6） 的涂层的实时应力， 能够实现对高温防热结构喷 涂过程中力热参数 的实时测 量， 能全程监控涂层中的应力水平， 对于了解高温防热结构喷 涂过程中的涂层应力演化趋势至关重要， 还可以了解高温防热结构表面涂层的最 终微结构 与服役性能， 为优选低应力长寿命涂层的制备工艺提供依据， 对于防止高温防热结构与被 保护部件之间的脱粘失效有着重要作用； 通过在所述喷涂设备的喷嘴 （17） 上安装顶部高温红外测温仪 （1） 来测量基体试件 （6） 上涂层的上表面温度， 同时在基体试件 （6） 的下方设置底部高温红外测温仪 （13） 来测量基 体试件 （6） 的下表面 温度， 能够测量基体试件 （6） 的高温防热结构喷涂过程中涂层的上表 面 温度和基 体试件 （6） 的下表面温度变化趋势， 对于 了解涂层试件的温度演变具有重要作用； 该方法包括以下步骤： 步骤一、 采集基体试件的初始测量数据： 分别通过底部高温红外测温仪 （13） 、 顶部高温 红外测温仪 （1） 、 第一激光测距仪 （2） 和多个第二激光测距仪 （12） 测量 耐高温陶瓷薄膜制备 之前基体试件 （6） 的下表面 温度初始数据、 涂层上表 面温度初始数据、 顶部距离初始数据和 底部距离初始数据， 并将测量到的数据通过数据采集装置 （16） 传输给计算机 （15） ， 计算机 （15） 将多个底部距离初始数据通过圆拟合得到基 体试件 （6） 的初始曲率； 步骤二、 采集基体试件喷涂过程中的实时测量数据： 采用喷涂设备对基体试件 （6） 进行 涂层的喷涂后形成高温防热 结构的涂层试件； 其中， 每隔单位时间采集一 次基体试件 （6） 的下表面温度实时数据、 涂层上表面温度实 时数据、 顶部距离实时数据和底部距离实时数据， 通过计算机 （15） 将顶部距离实时数据转 化为基体试件 （6） 上涂层的实时厚度； 并将同一时刻采集到的多个底部距离实时数据通过权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114894834 B 2圆拟合得到基 体试件 （6） 的实时曲率； 步骤三、 获取基体试件上涂层的实时应力： 通过应力计算公式 ， 将步 骤二中得到的基 体试件 （6） 的实时曲率 转变为基 体试件 （6） 上涂层的实时应力 ; 其中， 为基体试件 （6） 的厚度， 为基体试件 （6） 的曲率半径 变化量， 为基体试 件 （6） 上涂层的厚度变化量， ;其中， 为基体试件 （6） 在平面应力下的等效弹 性模量， 为基体试件 （6） 的泊松比； 步骤四、 获取基体 试件上涂层的实时弹性模量： 根据公式 ， 得 到基体试件 （6） 上涂层的实时弹性模量 ， 其中， 为修正系数； 步骤五、 绘制基体试件的温度变化曲线： 以时间为横坐标， 以步骤一中采集到的下表面 温度初始数据和步骤二中采集到的下表面温度实时数据为纵坐标， 绘制基体试件 （6） 的下 表面温度 ‑时间曲线， 以步骤一中采集到的涂层上表面温度初始数据和 步骤二中采集到的 涂层上表面温度实时数据为纵坐标绘制基 体试件 （6） 上涂层的上表面温度 ‑时间曲线； 步骤六、 绘制基体试件上涂层应力随涂层厚度的变化曲线： 以步骤二中得到的基体试 件 （6） 上涂层的实时厚度为横坐标， 以步骤三中得到的基体试件 （6） 上涂层的实时应力为 纵 坐标， 绘制基 体试件 （6） 的涂层厚度 ‑涂层应力曲线。 2.按照权利要求1所述的一种利用高温防热结构力热参数测量装置进行高温防热结构 力热参数测量的方法， 其特征在于： 所述顶部高温红外测温仪 （1） 和底部高温红外测温仪 （13） 的温度测量范围均为 ‑40℃～10 30℃。 3.按照权利要求1所述的一种利用高温防热结构力热参数测量装置进行高温防热结构 力热参数测量的方法， 其特征在于： 所述上轴板 （9） 的一侧设置有供基体试件 （6） 安装的试 件夹具 （7） 。 4.按照权利要求1所述的一种利用高温防热结构力热参数测量装置进行高温防热结构 力热参数测量的方法， 其特征在于： 多个所述第二激光测距仪 （12） 的激光束与上轴板 （9） 相 互垂直。 5.按照权利要求1所述的一种利用高温防热结构力热参数测量装置进行高温防热结构 力热参数测量的方法， 其特征在于： 所述桁架 （5） 内还设置有中轴板 （10） 和下轴板 （11） ， 所 述中轴板 （10） 和下轴板 （11） 均与上轴板 （9） 相互平行， 所述底部高温红外测温仪 （13） 和 多 个第二激光测距仪 （12） 均安装在中轴板 （10） 上， 所述下轴板 （1 1） 上开设有 线槽。 6.按照权利要求