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树脂砂涂料性能测试仪的使用和检测



  树脂砂涂料性能测试仪的实验步骤:   树脂砂涂料性能测试仪,实物如下图 4-1,可以看到,整个仪器可以分为三个部分:控制箱体、加热炉以及计算机(图中未显示)。 
图 4-1   测试仪实物图
图 4-1   测试仪实物图 
 本台仪器的使用分为两个部分:第一个部分是涂层高温透气率和高温强度的测试;第二个是涂层的高温观察实验。 
测试步骤:
(1)准备工作 a.检查测试仪部件的状况,无误后连接电源。 b.打开电脑,运行树脂砂高温性能测试软件。 c.将测试涂层高温透气率和高温强度的试样准备好。
(2)填入参数   a.打开软件后,第一步便是需要设置参数,这里需要设置的参数有:涂料名称、来样单位、实验序号。设置参数并点击完成设置,此时开始测试按钮可以使用。 
图4-2 设置参数示例图

图4-2 设置参数示例图 

(3)测试涂层高温透气率和高温强度
  a.当设置参数完成后,软件就可以允许设置温度,此时点击界面上的“设置温度”按钮,在“设定温度”中输入需要设定的温度,此时,“设置温度”按钮会变为“开始加热”,点击它,开始加热。
  b.当温度到达指定值的时候,将试样放入加热炉中。软件允许点击“开始测试”按钮,点击后,实验自动开始进行,空气压缩机开始向储气罐内打入气体,
当打入约15KPa压力气体时,停止打气,待气体稳定一段时间,点击“开始放气”按钮,气体透过试样可以在窗口上看到压力曲线随时间的变化,也可以看到实时压力值和透气率大小。测试自动停止,点击“保存数据”按钮,将压力图片保存下来。
  c.保存透气率实验数据后,软件自动跳为高温强度测试窗口。此时点击“开始试验”按钮,测试开始,观察曲线变化,当压力不再上升或骤降,说明试样已经破损,点击“结束试验”,测试结束。点击“保存数据”按钮,将曲线图与文字数据保存下来。由于气路通道内还存在气体压力,测试完成后还需要点击“排气”来排出气路内的气体。 
图4-3 测试高温强度测试仪
图4-3 测试高温强度测试仪 
(5)观察涂层高温反应的实验
  a.将温度加热到1200℃,将试样置入加热炉中进行加热。
图4-4  高温观测软件界面图

b.  点击高温观察窗口,软件会启动视频监控软件界面,点击区域1中的按钮,打开摄像头,调整摄像头的光圈与焦距,使试样清晰可见。在区域3中调整观察界面的大。?丈?叶鹊。最后在区域2中可以设置截取数据型式,这里默认2秒拍摄一张照片。 

树脂砂涂料性能测试仪的效果评估:   为了检验树脂砂涂料性能测试仪的功能,选用了华中科技大学研制的醇基涂料进行了实验。 
涂层高温透气率与涂层高温强度的效果评估:   在测试时,由于时间关系,以及试样制作难度较大,以及加工技术短缺,只进行了几组实验来验证树脂砂涂料性能测试仪的可重复性以及误差分析。在试验过程中,保存了压力时间曲线图,可以作为实验结果的参考: 
图 4-5   高温透气率压力-时间图

图 4-5   高温透气率压力-时间图 

可以看到,气体排出过程曲线是逐渐变平滑的过程,这与初始气体压力大有关。 
图 4-6   高温强度压力-时间图
图 4-6   高温强度压力-时间图 

   在测试高温强度的测试曲线中,可以看见,当气体压力增大,涂层破裂时,压力骤降,可以判断出破裂瞬间是压力最大值的时刻。 
  下面的表中列举了涂层高温透气率实验结果:  
表 4-1  涂层高温透气率实验结果表
表 4-1  涂层高温透气率实验结果表 
  根据表中的数据,计算得到,在这六组数据中,相对误差最大为 19.30%,平均误差为 15.96%,误差较大。 
  而涂层高温强度的实验结果如下:
表 4-2  涂层高温强度实验结果表
表 4-2  涂层高温强度实验结果表 
 根据表中的数据,计算得到,相对误差最大为-10.43%,平均误差为 5.89%,误差比涂层高温透气率。?峁??煽。   在测试过程中,由于仪器设计本身所还存在的问题以及测试试样制作的偏差,还有软件、硬件运行时所出现的错误,致使测试仪产生了不小的误差。总而言之,测试仪误差主要出现在这几个方面: 
(1)试样是利用手工制作,在试样薄片的厚度、密度上控制不够精确,导致每次试样的强度和透气率都不一样;
(2)由于空气压缩机打入气体过快,软件控制硬件需要响应时间,往往在像储气罐中打气时容易产生误差;
(3)气路中由于选用快换接头,在气管弯曲时,快换接头的密封性会下降,导致气体压力不够准确;
(4)选用的传感器、温控仪、热电偶本身有误差,而且单片机供电也可能电压发生不稳定,导致由于测量元件的误差。 
  涂层高温下的观察: (1) 观察温度对试样开裂的影响   在做涂层高温下观察的实验中,分每两秒拍摄一张照片,在视频观察的窗口中,可以清晰地看见涂层变化、开裂的过程。   实验设置从 1200℃开始加热,加热至 1500℃停止加热,摄像头记录了试样在高温炉中的反应。 
图 4-7   试样图                        图 4-8   35 秒后试样图
图 4-7   试样图                        图 4-8   35 秒后试样图   
  图4-7是试样刚刚放入加热炉中,可以看到,颜色比较昏暗。图4-8是试样放入加热炉中35秒后,温度在1290℃,可以看见,试样的颜色由外向内颜色变淡。 
图4-9   56秒后试样图                      图4-10   66秒后试样图

图4-9   56秒后试样图                      图4-10   66秒后试样图 
  图4-9中,时间为第56秒,温度为1300℃,可以看到,试样整体颜色大幅度变白,上边处也开始有了一点裂纹。图4-10中,时间为第66秒,温度为1320℃,看到试样全部变白,裂纹也开始了延展。 
图4-11   96秒后试样图                   图4-12   138秒后试样图
图4-11   96秒后试样图                   图4-12   138秒后试样图 
  图4-11中,时间为第96秒,温度为1350℃,可以看到,裂纹延展继续。在图4-12中,时间为第138秒,温度为1400℃,可以看到,裂纹进一步延展,可以在观察窗口内清晰地看到裂纹。 
图4-13   270秒后试样图

图4-13   270秒后试样图 
  这是在第270秒,温度为1500℃的时候,可以看到,裂纹清晰可见,试样表面情况也可以看见。
(2) 观察试样的抗激热开裂性 在实际的浇注过程中,高温金属液体冲击铸型涂层表面,使得涂层受到高温冲击。为了模拟此过程,本次测试步骤为:先将加热炉加热到1500℃,再将试样放入,观察其变化,记录变化的时间,每两秒钟拍摄一次照片。 
  图4-14  试样刚放入              图4-15  10秒后试样图
  图4-14  试样刚放入              图4-15  10秒后试样图 
   由图4-14,试样刚放入后到10秒后就变为10秒后的样子,可以看到,颜色变化很快,由外向内变白。 
图4-16 28秒后试样图                 图4-17  40秒后试样图
  当试样放入28秒后,完全变白,并开始产生了裂纹,到了40秒后,裂纹变多并扩展开来。 
图4-18  60秒后试样图
图4-18  60秒后试样图 
  在试样放入加热炉中60秒后,可以看见,涂层表面大面积开裂,裂纹扩展,清晰可见。 在观察试样烧结的试验中,可以清晰完整地看到试样在高温炉中烧结、开裂的情况,测试仪也记录了各个过程所发生的时间和温度,同时,测试仪拍摄的清晰高分辨率照片也可以给以研究人员资料,方便研究人员对于涂料性能进行比较、评估。 

论本:文根据树脂砂铸造的工艺特点和实际情况,提出了树脂砂涂料性能检测的三个重要参数,涂层的高温透气率、高温强度和激热开裂性,设计制作了一台多功能树脂砂涂料高温性能测试仪。   本仪器采用的是单片机、温控仪作为下位机而计算机做为上位机的主从式结构,具有智能化自动化水平高、界面友好、特点。主要结论如下:
(1)仪器的结构采用计算机与单片机、温控仪相连接的主从机结构。这种结构,在数据采集控制部分既控制了成本,又有计算机能够快速处理数据、提供给测试人员友好的人机交互界面,是一台自动化程度高、智能化程度高的仪器。
(2)仪器测试使用多种功能,采用两种试样分别测试高温透气率、高温强度和激热开裂性。每种测试时间短,测试过程简便,仪器使用方便,能够方便测试人员来进行试验,高温透气率实际测试误差为15.96%,高温强度实际测试误差为5.98%,达到了初步效果。
(3)通过专门设计半圆球、涂有树脂砂涂料的试样,并在1500℃高温下进行实际激热开裂的观察。实际测试表明效果良好,可以清晰看到涂层开裂的状况。
(4)通过实际试验,仪器得出的压力数据重复性、可靠性高,拍摄的照片清晰、可研究型高,符合检验仪器的要求,测试仪能够准确、直观地给出涂层的性能数据。