(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210397690.3 (22)申请日 2022.04.15 (71)申请人 广东省科 学院新材 料研究所 地址 510650 广东省广州市天河区长兴 路 363号 申请人 北京理工大 学 (72)发明人 吕伯文　王超　曲兆亮　邓子谦　 张小锋　毛杰　邓春明　邓畅光　 刘敏　 (74)专利代理 机构 北京超凡宏宇专利代理事务 所(特殊普通 合伙) 11463 专利代理师 王焕 (51)Int.Cl. G01N 3/02(2006.01) G01N 3/20(2006.01)G01N 3/18(2006.01) (54)发明名称 一种涂层长时高温弯曲实验 装置及方法 (57)摘要 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。 权利要求书2页 说明书8页 附图7页 CN 114878301 A 2022.08.09 CN 114878301 A 1.一种涂层长时高温弯曲实验装置， 其特征在于， 包括应力加载器件， 所述应力加载器 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， 所述 限位支架包括支撑杆以及相对设置的顶座和底座， 所述支撑杆的两端分别 与所述顶座和所述底座连接； 所述可替换测试台设置 于所述底座的朝向所述顶座的一侧表面； 所述可替换压头用于对放置于所述可替换测试台的待测涂层试样施加压力； 所述配重 模块加设于所述可替换压 头上以用于对所述可替换压 头进行配重 。 2.根据权利要求1所述的涂层长时高温弯曲实验装置， 其特征在于， 所述支撑杆的数量 为多根， 多根所述支撑杆沿所述顶座和所述底座的边沿设置， 所述可替换测试台的边缘抵 接所述支撑杆； 优选地， 多根所述支撑杆等距间隔设置 。 3.根据权利要求1所述的涂层长时高温弯曲实验装置， 其特征在于， 所述可替换测试台 包括测试台本体以及接触件； 所述测试台本体位于所述底座的朝向所述顶座的一侧 表面， 且所述测试台本体的边缘 抵接所述支撑杆； 所述接触件设置于所述测试台本体的上表面以为待测涂层试样提供接触 位点。 4.根据权利要求3所述的涂层长时高温弯曲实验装置， 其特征在于， 所述接触件包括第 一接触条和第二接触条， 所述第一接触条和所述第二接触条以所述测试台本体的中心为对 称轴对称设置； 或， 所述接触件包括第一接触球、 第二接触球和第三接触球， 所述第一接触球、 所述第 二接触球和所述第三接触球等距间隔设置且所述第一接触球的球心、 所述第二接触球的球 心和所述第三接触 球的球心 距离所述测试台本体的中心的距离相等。 5.根据权利要求4所述的涂层长时高温弯曲实验装置， 其特征在于， 所述可替换压头包 括加压部、 连接杆以及承载部； 所述顶座开设有限位孔， 所述加压部用于在实验过程中与所述待测涂层试样的表面接 触， 所述连接杆的一端与所述加压部连接， 另一端穿过所述限位孔并向远离所述底座的方 向支出并与所述承载部连接； 所述配重模块承载于所述承载部； 优选地， 所述连接杆的轴线、 所述限位孔的孔心、 所述测试台本体的中心、 所述承载部 中心以及所述配重模块中心均共线。 6.根据权利要求5所述的涂层长时高温弯曲实验装置， 其特征在于， 所述加压部呈圆台 型； 当所述接触件包括第一接触条和第二接触条时， 所述加压部呈上小下大的正向圆台 型， 且所述加压部的底部还具有第三接触条和 第四接触条以与所述第一接触条和所述第二 接触条配合对所述待测涂层试样形成四个接触位 点； 当所述接触件包括第一接触球、 第二接触球和第三接触球时， 所述加压部呈上大下小 的反向圆台型； 优选地， 所述第 三接触条和所述第四接触条以所述测试台本体的中心为对称轴 对称设 置； 优选地， 呈反向圆台型的所述加压部的下端部与 所述待测涂层试样的接触位置为所述权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114878301 A 2测试台本体的中心位置 。 7.根据权利要求5所述的涂层长时高温弯曲实验装置， 其特征在于， 所述配重模块呈圆 环状， 所述配重模块 穿过所述连接杆并加载于所述承载部 。 8.根据权利要求1所述的涂层长时高温弯曲实验装置， 其特征在于， 所述应力加载器件 由高温结构陶瓷经烧结或增材制造而得； 优选地， 所述高温结构陶瓷包括氧化铝或碳 化硅。 9.根据权利要求1 ‑8任一项所述的涂层长时高温弯曲实验装置， 其特征在于， 所述涂层 长时高温弯曲实验装置还包括加热器件， 所述加热器件用于对所述待测涂层试样进行加 热； 优选地， 所述加热器件 包括马弗炉、 卤素灯或激光源。 10.一种涂层长时高温弯曲实验方法， 其特征在于， 包括以下步骤： 采用权利要求1 ‑9任 一项所述的涂层长时高温弯曲实验装置， 通过应力加载器件对待测涂层试样施加恒定弯曲 载荷并同时通过加热器件对所述待测涂层试样进 行加热， 使 所述待测涂层试样在高温环境 中形成沿厚度方向的梯度应力场； 优选地， 应力加载器件对待测涂层试样施加恒定弯曲载荷包括单轴弯曲模式和双轴弯 曲模式； 其中， 单轴弯曲模式对应四点弯曲加载方式， 双轴弯曲模式对应活塞 ‑三球加载方 式； 优选地， 当采用四点弯曲加载方式时， 待测涂层试样呈长条状， 接触件包括第 一接触条 和第二接触条， 加压部呈上小下大 的正向圆台型， 且加压部的底部还具有第三接触条和第 四接触条以与第一接触条和第二接触条配合对待测涂层试样形成四个接触位 点； 相应的拉应力或压应力的极值按以下方式计算： 3PL/4wb2； 其中， P为可替换压头以及配 重模块的总重力， L为第一接触条与待测涂层试样的接触位点同第二接触条与待测涂层试 样的接触位 点之间的距离， w 为待测涂层试样的宽度， b为待测涂层试样的厚度； 优选地， 所述第 三接触条与待测涂层试样的接触位点同第 二接触条与待测涂层试样的 接触位点之间的距离为 L的一半； 优选地， 当采用活塞 ‑三球加载方式时， 待测涂层试样呈圆形， 接触件包括第一接触球、 第二接触球和第三接触球， 第一接触球、 第二接触球和第三接触球等距间隔设置且第一接 触球的球心、 第二接触球的球心和第三接触球的球心距离测试台本体的中心的距离相等； 加压部呈上大下小的反向圆台型且加压部的下端部与待测涂层试样的接触位置为测试台 本体的中心 位置； 第一接触球、 第二接触球、 第三接触球以及加压部的下端部配合对待测涂 层试样形成四个接触位 点； 相应的拉应力或压应力的极值按以下方式计算： 0.2387P(X ‑Y)b2； 其中， X与Y分别为(1+ v)[1+ln(r1/r3)2]+(1‑v)(r1/r3)2与(1+v)ln(r2/r3)2+[(1‑v)/2](r2/r3)2； P为可替换压头以 及配重模块的总重力， b为待测涂层试样的厚度， v为待测涂层试样的泊松比， r1为第一接触 球、 第二接触球和第三接触球共同所在 圆的半径， r2为加压部 的下端部与待测涂层试样的 接触面的半径， r3为待测涂层试样的半径。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114878301 A 3