本发明专利技术公开了低真空条件下等离子喷涂用接触探针诊断装置和方法，涉及低真空条件下等离子喷涂技术领域，利用该装置可以实时获得低压超音速扩张型等离子射流在不同位置的电子温度和悬浮电位分布，以及对低真空等离子喷涂过程中的等离子射流进行同步监控，提高生产效率，及时发现故障，同时对低真空下电弧等离子射流流体动力学特征没有干扰和其他影响。其中，该装置包括设置在低压舱内的信号采集探针单元和高温接触保护单元，设置在低压舱外的探针电源单元，以及用于连接信号采集探针单元与探针电源单元的辅助线路单元。探针电源单元的辅助线路单元。探针电源单元的辅助线路单元。
【技术实现步骤摘要】
低真空条件下等离子喷涂用接触探针诊断装置和方法
[0001]本专利技术涉及低真空条件下等离子喷涂
，具体涉及一种低真空条件下等离子喷涂用接触探针诊断装置和方法。
技术介绍
[0002]等离子喷涂技术是以直流非转移电弧等离子作为热源，将陶瓷、合金、金属等材料加热到熔融或半熔融状态，并高速喷向经过预处理的基体表面，从而形成附着牢固涂层的方法。低压等离子喷涂作为一种热喷涂技术，相比于传统的大气等离子喷涂技术以及气相物理沉积，可制备更为致密、夹杂少、结合强度更高的涂层。
[0003]在低真空低压等离子喷涂方法中，最高温度超过12000K，速度超过6000m/s，且存在体积巨大的低压舱室(如圆柱体压力容器，长度2.7米，直径1.1米)，这些条件为同步实验检测带来了巨大的挑战。在长度米级别的超音速流场中，包含有多个相(微米或纳米级)的流动和传输，涉及到超声速流动、旋涡流动、激波和材料相变的复杂相互作用。目前对封闭腔内等离子体射流的流动和热质传递的认识还不够充分，现有的实验检测方法都无法在低压仓内部实现，并无法给出全局的场分布，特别是粉末材料飞行过程中等离子射流的电子温度和空间电位。
技术实现思路
[0004]本专利技术实施例提供一种低真空条件下等离子喷涂用接触探针诊断装置和方法，可以实时获得低压超音速扩张型等离子射流在不同位置的电子温度和悬浮电位分布，以克服上述技术问题，以及对低真空等离子喷涂过程中的等离子射流和金属基体状态进行同步监控，提高生产效率，及时发现故障，同时对低真空下电弧等离子射流流体动力学特征没有干扰和其他影响。
[0005]为了解决上述问题，本专利技术实施例公开了一种低真空条件下等离子喷涂用接触探针诊断装置，所述装置包括：
[0006]设置于低真空条件下等离子喷涂系统中的低压舱内的信号采集探针单元和高温接触保护单元，所述高温接触保护单元设置于等离子射流与所述信号采集探针单元之间，所述信号采集探针单元的探测端穿过所述高温接触保护单元后与所述低压舱内的等离子射流接触，并随等离子射流的参数变化生成变化的电压信号；
[0007]设置于所述低压舱外的探针电源单元，以及用于将所述探针电源单元与所述信号采集探针单元的输出端连接的辅助线路单元；
[0008]其中，所述探针电源单元用于经所述辅助线路单元向所述信号采集探针单元供电，以及用于根据所述变化的电压信号，对等离子射流在喷涂过程中的空间悬浮电位和/或电子温度进行监控。
[0009]在本专利技术一实施例中，所述高温接触保护单元包括耐高温合金基体和沉积于所述耐高温合金基体上的陶瓷涂层，所述陶瓷涂层面向等离子射流，所述耐高温合金基体面向
所述信号采集探针单元，其中，所述陶瓷涂层用于支持所述高温接触保护单元在14000K和6000m/s的条件下工作。
[0010]在本专利技术一实施例中，所述低压舱内壁上布设有移动轨道，所述高温接触保护单元底部设置有滑块，所述滑块与所述移动轨道相互匹配；其中，所述移动轨道和所述滑块均采用耐高温材料制成，所述耐高温材料用于支持所述移动轨道和所述滑块在14000K和6000m/s的条件下工作。
[0011]在本专利技术一实施例中，所述高温接触保护单元在所述低压舱内活动的径向长度为10～500mm，轴向长度为100～1800mm。
[0012]在本专利技术一实施例中，所述信号采集探针单元的探测端长度大于10～50mm。
[0013]在本专利技术一实施例中，所述信号采集探针单元的探测端采用钨、钽或钼材料制备。
[0014]在本专利技术一实施例中，所述辅助线路单元包括电线和多个陶瓷环，多个所述陶瓷环按预设间距套设于所述电线上。
[0015]在本专利技术一实施例中，所述探针电源单元包括显示屏，所述显示屏用于显示并记录等离子射流在喷涂过程中的空间悬浮电位和/或电子温度。
[0016]为了解决上述问题，本专利技术实施例还公开了一种低真空条件下等离子喷涂用接触探针诊断方法，所述方法包括：
[0017]确定低真空条件下等离子喷涂系统中的低压舱内的待诊断位置，将本专利技术实施例所述的低真空条件下等离子喷涂用接触探针诊断装置连接好，并将所述装置中的所述信号采集探针单元的探测端放置在所述待诊断位置；
[0018]将所述低压舱调整至目标真空度，并利用所述低真空条件下等离子喷涂系统中的等离子发生器向金属基体喷射等离子射流；其中，所述信号采集探针单元的探测端穿过所述高温接触保护单元后与等离子射流接触，并生成第一电压信号；
[0019]开启所述装置中的探针电源单元，利用所述探针电源单元记录与所述待诊断位置对应所述第一电压信号；
[0020]调整喷射等离子射流的参数，再次开启所述探针电源单元，利用所述探针电源单元记录与所述待诊断位置对应所述第二电压信号；
[0021]根据所述第一电压信号和所述第二电压信号，计算并获得所述待诊断位置的等离子射流在喷涂过程中的空间悬浮电位和/或电子温度。
[0022]在本专利技术一实施例中，所述低压舱的真空度调整范围为50Pa至1000Pa。
[0023]本专利技术实施例包括以下优点：
[0024]本申请实施例公开了一种低真空条件下等离子喷涂用接触探针诊断装置，该装置包括设置在低压舱内的信号采集探针单元和高温接触保护单元，设置在低压舱外的探针电源单元，以及用于连接信号采集探针单元与探针电源单元的辅助线路单元。其中，信号采集探针单元包括探测端，探测端在与等离子射流接触后，可以与等离子射流耦合而获得耦合电势，从而可以随等离子体的参数变化，生成变化的电压信号，信号采集探针单元可以将该变化的电压信号通过辅助线路单元实时向探针电源单元传输，探针电源单元在接收到该变化的电压信号后，能计算出等离子射流在喷涂过程中的空间悬浮电位和/或电子温度。在这一过程中，由于本专利技术的高温接触保护单元可以正面等离子射流的冲击和加热，如此可以基于物理的方法隔离等离子射流与信号采集探针单元，使得信号采集探针单元能在最高温
度超过12000K，速度超过6000m/s的低真空低压等离子喷涂环境中进行工作，进而实现对等离子射流的空间悬浮电位和/或电子温度的实时探测(即监控)，提高了生产效率，能及时发现故障，同时对低真空下电弧等离子射流流体动力学特征没有干扰和其他影响。而由于采用了辅助线路单元连接低压舱内部信号采集探针单元和外部探针电源单元，能保证整个低压舱内系统的真空度和线路信号的稳定传输。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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本专利技术的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1是本专利技术实施例一种低真空条件下等离子喷涂用接触探针诊断装置的结构示意图；
[0027]图2是本专利技术实施例带有移动轨道的低压舱的结构示意图；
[0028]图3a是本发本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种低真空条件下等离子喷涂用接触探针诊断装置，其特征在于，所述装置包括：设置于低真空条件下等离子喷涂系统中的低压舱(1)内的信号采集探针单元(2)和高温接触保护单元(3)，所述高温接触保护单元(3)设置于等离子射流与所述信号采集探针单元(2)之间，所述信号采集探针单元(2)的探测端(2
‑
1)穿过所述高温接触保护单元(3)后与所述低压舱(1)内的等离子射流接触，并随等离子射流的参数变化生成变化的电压信号；设置于所述低压舱(1)外的探针电源单元(4)，以及用于将所述探针电源单元(4)与所述信号采集探针单元(2)的输出端连接的辅助线路单元(5)；其中，所述探针电源单元(4)用于经所述辅助线路单元(5)向所述信号采集探针单元(2)供电，以及用于根据所述变化的电压信号，对等离子射流在喷涂过程中的空间悬浮电位和/或电子温度进行监控。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述高温接触保护单元(3)包括耐高温合金基体和沉积于所述耐高温合金基体上的陶瓷涂层，所述陶瓷涂层面向等离子射流，所述耐高温合金基体面向所述信号采集探针单元(2)，其中，所述陶瓷涂层用于支持所述高温接触保护单元(3)在14000K和6000m/s的条件下工作。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述低压舱(1)内壁上布设有移动轨道(6)，所述高温接触保护单元(3)底部设置有滑块，所述滑块与所述移动轨道(6)相互匹配；其中，所述移动轨道(6)和所述滑块均采用耐高温材料制成，所述耐高温材料用于支持所述移动轨道(6)和所述滑块在14000K和6000m/s的条件下工作。4.根据权利要求1或3所述的装置，其特征在于，所述高温接触保护单元(3)在所述低压舱(1)内活动的径向长度为10～500mm，轴向长度为100～1800mm。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号采集探针单元(2)的探测端(2
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1)长度大于10～50mm。6.根据权利要求1或...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭洪波，刘森辉，何文婷，石佳，魏亮亮，彭徽，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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