用于电化学阻抗谱的探针制造技术

本文描述了通过电化学阻抗谱以评估在基体上的涂层的探针。这些探针的实施例包含一在其中可容纳流体电解质的电解质容器；一设置使得能与流体电解质有效地连接的对电极；至少一个能在电解质容器内保留流体电解质的密封装置；以及一有效地连接到电解质容器的传输装置，该传输装置能传输预定量的流体电解质到基体上的涂层上，从而有效地连接涂层到对电极上。这些探针也可包含一参考电极。这些较小的，手持探针能在生产，修复和维护环境中用来评估燃气轮机组件上的隔热涂层，从而能容易的和非破坏性地确定组件的剩余寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及用于评估基体上的涂层的非破坏性的检测技术，更具体地，本专利技术涉及利用电化学阻抗谱来评估在燃气轮机组件上的热生长氧化物，以及在此一起使用的探针。
技术介绍
燃气轮机已经长期用来将转换燃料形式的化学潜能转化为热能，然后再转化为机械能，用于推动航空器，产生电能，泵送流体等。燃气轮机的效率随着运行温度的增长而增长。因此，存在较大的积极性来提高这种发动机的燃烧和排气温度。但是，在这种发动机的热区组件中所使用的金属材料都以非常接近它的热稳定性上限温度工作。事实上，在现代燃气轮机的最热区域中，用在热气通道中的金属材料的温度在它们的熔点之上。在这样的温度下这些金属材料能够幸存完全是因为它们以一定方式进行冷却，和/或它们包含隔热涂层(TBCs)在其上，该隔热层能降低组件的热传导性，因此可允许组件运行在更高的温度下。燃气轮机组件(即涡轮叶片，涡轮翼，密封，燃烧室板等)上的典型的隔热涂层通常包含一金属粘合层和一陶瓷外涂层。该金属粘合层可包含MCrAIY合金，其中M是Ni，Co，或NiCo，其可以任何合适的方式直接覆盖于金属基体上。热绝缘陶瓷外涂层包含被氧化锆稳定的氧化钇，该涂层以任何合适的方式覆盖于金属粘合层。在该外涂层被沉积的同时，一热生长氧化(TGO)层，例如氧化铝，形成在金属粘合层上，在金属粘合层和陶瓷外涂层之间。随着温度和循环数目的时间增长，该TGO层的厚度也增加，最终达到一个使涂层失效的关键值。涂层的失效将使燃气轮机组件覆盖的合金材料暴露在极值温度下，这样加快了合金材料的氧化和/或腐蚀，进而导致组件的失效。由于该TGO层在控制TBCs的老化方面是一个很重要的因素，所以确定TBCs的老化程度对于预测在燃气轮机组件上TBCs的剩余寿命和失效是必要的。此外，在组件被涂覆时，可能产生缺陷。因此，在生产线，或者在修复或者维护环境中，以迅速和容易的方式非破坏性的评估涂层质量是有益的。当前存在用来检测或者评估组件上的TGO层的厚度和质量的各种非破坏性方法。这些方法通常凭借在不需破坏涂层或者涂层组件的情况下确定一些物理特性的改变来测量或者评估涂层厚度。非破坏性的方法包括许多方法，例如涡流电流方法，激光荧光，光致发光，灵活涂覆(smart coating)，声学波导感应法和电磁方法等等。涡流电流方法利用一激励线圈在被检测的涂层组件内感应涡流电流，从而由感应涡流电流产生的第二电磁场能被检测线圈检测到。激光荧光包括发出一氩激光束到陶瓷外涂层上并且将它传输到TGO，然后荧光剂发射荧光通过外涂层并且到一检测器上。光致发光包括采用一光致发光材料涂在涂层上，直接施加一激励辐射到涂层上，并且检测在光致发光材料的发射光谱中特征单相峰值密度的变化。灵活涂覆是涂上附加的化学标签(chemicaltaggants)的涂层，该材料能够在运行过程中显示涂层组件的磨损和损坏程度，或者当涂层恶化时，其能够在下游排气中被检测到。声学波导感应法包括当涂层恶化时，检测通过涂层的声波的幅度和速度的变化。电磁方法包括采用非线性谐波技术来检测涂层的老化。最近已发现电化学阻抗谱(EIS)能用作为一种非破坏性的检测技术，以检测或评估在燃气轮机上的TGO的厚度，从而能估计TBC的质量。由于被氧化锆稳定的氧化钇为一离子导体，并且TGO为一典型的绝缘体，EIS可用来测量在燃气轮机组件上的TBCs阻抗光谱，并且能由此确定TGO中的组分或者微结构的改变。共同拥有的U.S申请10/417,032公开了以如此方式怎样运用EIS的详细内容，并且该申请全部结合在本文中并作为参考。现有的EIS探针用于评估在燃气轮机组件上的TBCs不是理想的。许多现有的EIS探针是为实验使用而设计的，因此这些探针较大并且不容易将它们运用于生产，修复或者维护环境中。此外，现有EIS探针通常需要被测部件被固定，并且现有探针不能在复杂表面上进行测量。由于许多现有EIS探针或者对于我们的目标很不合适，或者包含昂贵实验设备，该设备不能容易或者便携地用在生产，修复或者维护环境中，因此理想的是需要具有一种新的EIS探针，该探针能对TBCs的厚度，质量，结构完整性，老化程度，和/或剩余寿命进行评估，和/或能确定TGO层内的混合氧化物的存在。理想地，这些探针可对燃气轮机组件上的涂层进行迅速和容易的非破坏性的评估，从而在被覆盖组件发生损坏之前低质量的TBCs能被修复或替换。
技术实现思路
相应的，现有EIS探针的上述可识别的缺点通过本专利技术的实施例可以克服，本专利技术涉及新的探针设计，该设计能用来评估隔热涂层系统的厚度，质量，结构完整性，老化程度，和/或剩余寿命，和/或能确定热生产氧化层中的混合氧化物的存在。本专利技术探针比现有EIS探针小很多，并且这些探针可以在生产，修复和/或维护环境中在复杂表面上进行测量。这些探针可在涂层组件上迅速和容易地实施非破坏性质量控制检测，从而在被覆盖的组件发生损坏之前，能识别，修复或替换低质量的TBCs。这些探针可用于评估燃气轮机组件上的涂层。本专利技术的实施例包含用于对基体上涂层进行评估的电极探针。这些探针包含一在其中容纳流体电解质的电解质容器；一设置以使得其与流体电解质有效的相连对电极；至少一个能使流体电解质保留在电解质容器中的密封装置；以及一有效地与电解质容器相连的传输装置，该传输装置可传输预定量的流体电解质到基体上的涂层上，从而有效地连接涂层到对电极上。对电极可包含电解质容器本身，或者可包含设置在电解质容器内的电极。对电极可包含任何合适的金属材料，例如，与基体相同的金属材料，比基体的金属材料更贵重的金属材料，和/或比基体的金属材料更活泼的金属材料。这些探针的实施例也包含参考电极，该电极设置在电解质容器中与流体电解质有效地接触。该参考电极可包含任何合适的电极，例如，一饱和氯化亚汞电极或者一Ag/AgCl电极。这些探针也包含一固定盘或者其它合适装置，用于在电解质容器内合适的位置上固定参考电极和对电极。在这些探针内的密封装置可包含用于流体电解质保留在电解质容器中的任何合适的密封机构，例如，O形环。当预定情况发生时，传输装置可包含传输预定量的流体电解质到涂层上的任何合适的传输装置，同时确保基本上所有剩余的电解质保留在电解质容器中。一些合适的非限制的传输装置包含，单向阀，可渗透的隔膜，以及一可渗透的陶瓷连接件。在各实施例中，预定情况包含挤压传输装置使之抵靠着涂层，从而允许小量的流体电解质从电解质容器流出并流入到涂层上。当流体电解质有效地连接到基体上的涂层上时，在流体电解质和涂层之间存在流体连通，并从涂层通过流体电解质到对电极上提供了一电通道，从而在对电极和工作电极之间完成一电路，并且该工作电极与基体的未涂层部分有效地相连。电解质可包含任何合适的电解质，例如，氯化钠(Nacl)，氯化钾(KCl)，硫酸钠(NaSO4)，和/或氢氧化钾(KOH)。这些探针也包含一电导线以用于有效地连接电极探针到电化学阻抗谱装置。在基体上的涂层可包含一在燃气轮机组件上，例如，涡轮翼，涡轮叶片，燃烧室板，叶片外部空气密封，涡轮排气装置，推进装置衬套和任何其它的在其上具有TBCs的燃气轮机组件上的隔热层系统。这些笔形的可手持的电极探针被运用在生产环境，修复环境和/或维持环境中对燃气轮机组件上的隔热涂层系统的剩余寿命进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一用于评估在基体上的涂层的电极探针，该电极探针包含：一电解质容器，该容器能在其中容纳流体电解质；一对电极，该电极设置以使得能与流体电解质有效地相连；至少一密封装置，该装置能保留流体电解质在电解质容器中；并且一有效地与电解质容器相连的传输装置，该传输装置能传输预定量的流体电解质到基体上的涂层上，从而有效地连接涂层到对电极上。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：KW施利希廷，
申请(专利权)人：联合工艺公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]