热障涂层抗高温氧化行为的测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种热障涂层抗高温氧化行为的测量装置，采用了一种改进型的炉门，炉门朝向炉膛的一面设置有凸台，凸台上设有喇叭口，炉门内设有保温层，炉门上设有通孔与喇叭口的窄端相连接。本实用新型专利技术简化了热障涂层样品抗氧化性能的测试工艺，实现对多个试样同时进行抗氧化性能测试，以得到TGO层在不同氧化时间下的生长厚度；在不影响炉内温度的前提下，样品在测试过程中取样方便；能够模拟在真实服役时TBCs隔热作用下的TGO层抗高温氧化行为，得到TGO层在不同氧化时间下的生长厚度，并得到真实有效的氧化动力学曲线。

【技术实现步骤摘要】
热障涂层抗高温氧化行为的测量装置
本技术属于热障涂层抗高温氧化行为的测量
，涉及一种热障涂层抗高温氧化行为的测量装置。
技术介绍
热障涂层(Thermalbarriercoatings,TBCs)是一种应用在金属基体表面，起到降低基体温度以保证其在高温条件下正常使用的功能化涂层，这种涂层目前已在航空发动机热端部件上得到广泛应用。随着现代工业的发展，对于重型燃气轮机的使用温度要求越来越高，其中的热端部件(主要是燃气室内壁及涡轮叶片)的服役条件越来越苛刻。目前，发动机涡轮叶片材料主要为镍基高温合金，对该材料已经做了十分深入的研究，也已经达到了其使用极限(最高为1100℃)。而研究表明，使用厚度在100至500μm范围内的TBCs连同叶片内部的冷却系统，可以使高温合金的表面温度下降100至300℃，因此保证了高温合金在高于其熔点温度(约为1300℃)条件下的使用，并且极大地提高了发动机的热效率。与此同时，TBCs还可以有效地减轻合金基体因高温氧化、腐蚀或者磨损带来的失效程度，保证了涡轮叶片的工作稳定性，提高了发动机的综合性能。TBCs普遍采用多层结构，表层由低热导率、耐腐蚀的陶瓷材料构成，目前主要以氧化钇部分稳定的氧化锆(YSZ)为主，在涂层体系中主要起隔热作用；陶瓷层与金属基体之间为MCrAlY粘接层(M为过渡族金属Ni、Co或Ni与Co的混合)，起着改善基体与陶瓷层物理相容性(热膨胀系数相匹配)的作用。TBCs在高温服役过程中，粘接层会发生氧化，并在粘接层与陶瓷层界面处会生成一层热生长氧化物(Thermallygrownoxides,TGO)，这种热生长氧化物在生长初期主要以氧化铝(Al2O3)为主，致密的Al2O3膜能有效抑制其他氧化物的产生并降低TGO层的生长速率，对提高TBCs的抗高温氧化性能和热循环使用寿命起着重要的作用。但Al2O3薄膜在形成的同时，一些其他的氧化物如氧化铬(Cr2O3)、氧化镍(NiO)及尖晶石(NiAl2O4、NiCr2O4、CoAl2O4、CoCr2O4)等也同时得以生长。与Al2O3层的缓慢生长不同，这些氧化物具有较大的体积膨胀率和较快的生长速率。当TGO内的Al2O3层保护效果降低或者消失后，其他氧化物则会迅速产生和长大，增加TGO的厚度，导致陶瓷层与合金粘接层界面处生长应力急剧增大。当TGO的生长应力达到一个临界值时，在粘接层与陶瓷层界面起伏区域就会引起裂纹的萌生与扩展，进而导致涂层的剥落和失效。因此，为了更精准的判定TGO层对TBCs抗高温氧化性能的影响规律，必须精确地分析TGO层在陶瓷层隔热后不同氧化时间下的生长行为，进而实现对TBCs高温服役寿命的预测。目前，热障涂层抗高温氧化性能的测试基本上是将试样整体放置于加热炉内，使试样在设定的温度下受热和高温氧化。测试过程中，每隔一定时间取出样品称量重量，记录其氧化增重；或者采用计算机与测试天平相结合的方法，记录样品在高温状态下的实时重量变化。然而，现有阶段的测量装置，如果需要测试不同氧化时间下的TBCs涂层的TGO层生长厚度，需要在不同的氧化时间下对炉门进行开启和闭合，会造成测试过程中在对样品进行全包覆喷涂制备热障涂层时，样品的棱边与尖角区域涂层厚度较薄，粘接效果较差，极易产生剥落；此外，在试样表面涂层的搭接区域会残留有搭接内应力，氧化过程中随着内应力的增加，涂层会在此区域先产生剥落，导致涂层的氧化增重数据不准确。涂层剥落后金属基体发生裸露，在高温作用下，金属基体的温度会升高至加热炉的设定温度，令TBCs的隔热效果消失，粘接层氧化速率加快，使得TBCs的高温服役寿命大幅度降低，从而导致测试结果产生严重偏差，难以获得真实、有效的TBCs抗高温氧化测试结果。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种热障涂层抗高温氧化行为的测量装置，解决了现有技术中测试结果产生严重偏差，难以获得真实、有效的TBCs抗高温氧化测试结果的问题。本技术所采用的技术方案是，热障涂层抗高温氧化行为的测量装置，包括炉门，炉门朝向炉膛的一面设置有凸台，凸台上设有喇叭口，炉门内设有保温层，炉门上设有通孔与喇叭口的窄端相连通，保温罩上设有保温罩孔分别与炉门上的通孔相对应，陶瓷管镶嵌于通孔内并与喇叭口的窄端相连接，样品设于陶瓷管内，陶瓷顶管与样品接触，陶瓷顶管通过顶管锁丝和弹簧固定于陶瓷管内部，顶管锁丝固定于顶管锁丝固定台，顶管锁丝固定台通过螺钉固定在保温罩上，顶管锁丝通过保温罩孔与陶瓷顶管的一端相接触，顶管锁丝与保温罩孔的接触处设有玻璃丝布，炉膛中心内靠近凸台的一侧设有热电偶。进一步的，所述热电偶探头距凸台的距离为5cm。进一步的，所述凸台靠炉门一端的底面的长与炉膛的高相同。进一步的，所述保温层为硅酸铝棉、石棉、岩棉板或玻璃纤维。进一步的，所述喇叭口为多个。进一步的，所述喇叭口的开口角度为130°。进一步的，所述喇叭口窄端的直径小于样品的直径，喇叭口窄端的直径与样品的直径差值为1-2mm。本技术的有益效果是：(1)简化了热障涂层样品抗氧化性能的测试工艺，可以对多个试样同时进行抗氧化性能测试；(2)在不影响炉内温度的前提下，样品在测试过程中取样方便，保温罩的设置避免了测量装置热量的散失；(3)能够模拟在真实服役时TBCs隔热作用下的TGO层抗高温氧化行为，通过对个喇叭口的设置，对多个试样同时进行测试，使得样品在不同的喇叭口进行特定的氧化时间的抗高温氧化行为的测定，使得各个喇叭口内的样品不同氧化时间的抗高温氧化测试互不耽误，从而避免了在不同氧化时间时炉门的开启和闭合，并得到TGO层在不同氧化时间下的生长厚度；通过图像法对TGO层在不同氧化时间下的生长厚度进行分析，建立TBCs的氧化动力学曲线，有效避免称重法所产生的误差，进而分析出TGO层的生长规律，更加准确地预测TBCs的高温服役寿命；(4)能够为TBCs的上机试验提供可靠的理论依据。附图说明为了更清楚地说明本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。图1是热障涂层抗高温氧化行为的测量装置的剖视图图2是热障涂层抗高温氧化行为的测量装置的主视图；图3是图1中保温罩的剖视图。图中，1.炉门，2.凸台，3.喇叭口，4.样品，5.陶瓷管，6.顶管锁丝固定台，7.螺钉；8.顶管锁丝，9.陶瓷顶管，10.弹簧，11.保温层，12.炉膛，13.热电偶，14.保温罩，15.玻璃丝布，16.保温罩孔。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。热障涂层抗高温氧化行为的测量装置，如图1所示，热障涂层抗高温氧化行为的测量装置采用了一种改进型的炉门，包括炉门1，炉门1朝向炉膛12的一面设置有凸台2，凸台2上设有喇叭口3，炉门1内设有保温层11，炉门1上设有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.热障涂层抗高温氧化行为的测量装置，其特征在于，包括炉门(1)，炉门(1)朝向炉膛(12)的一面设置有凸台(2)，凸台(2)上设有喇叭口(3)，炉门(1)内设有保温层(11)，炉门(1)上设有通孔与喇叭口(3)的窄端相连接，保温罩(14)上设有保温罩孔(16)分别与炉门(1)上的通孔相对应，陶瓷管(5)镶嵌于通孔内并与喇叭口(3)的窄端相连通，样品(4)设于陶瓷管(5)内，陶瓷顶管(9)与样品(4)接触，陶瓷顶管(9)通过顶管锁丝(8)和弹簧(10)固定于陶瓷管(5)内部，顶管锁丝(8)固定于顶管锁丝固定台(6)，顶管锁丝固定台(6)通过螺钉(7)固定在保温罩(14)上，顶管锁丝(8)通过保温罩孔(16)与陶瓷顶管(9)的一端相接触，顶管锁丝(8)与保温罩孔(16)的接触处设有玻璃丝布(15)，炉膛(12)中心内靠近凸台(2)的一侧设有热电偶(13)。

【技术特征摘要】
1.热障涂层抗高温氧化行为的测量装置，其特征在于，包括炉门(1)，炉门(1)朝向炉膛(12)的一面设置有凸台(2)，凸台(2)上设有喇叭口(3)，炉门(1)内设有保温层(11)，炉门(1)上设有通孔与喇叭口(3)的窄端相连接，保温罩(14)上设有保温罩孔(16)分别与炉门(1)上的通孔相对应，陶瓷管(5)镶嵌于通孔内并与喇叭口(3)的窄端相连通，样品(4)设于陶瓷管(5)内，陶瓷顶管(9)与样品(4)接触，陶瓷顶管(9)通过顶管锁丝(8)和弹簧(10)固定于陶瓷管(5)内部，顶管锁丝(8)固定于顶管锁丝固定台(6)，顶管锁丝固定台(6)通过螺钉(7)固定在保温罩(14)上，顶管锁丝(8)通过保温罩孔(16)与陶瓷顶管(9)的一端相接触，顶管锁丝(8)与保温罩孔(16)的接触处设有玻璃丝布(15)，炉膛(12)中心内靠近凸台(2)的一侧设有热电偶(13)。...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐健江，于方丽，张海鸿，李天麒，
申请(专利权)人：西安航空学院，
类型：新型
国别省市：陕西,61