一种热障涂层隔热能力检测装置及检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及高温结构件热障涂层的检测技术领域，具体公开了一种热障涂层隔热能力检测方法，包括S1、将带热障涂层的结构件在服役条件下进行测试；S2、在相同的服役条件下，测量无热障涂层的结构件的热源侧温度，冷却侧温度，利用逼近方法将无热障涂层的结构件热源侧温度和冷却侧温度的温度差逐渐逼近带热障涂层的结构件中基底两侧的温度差；S3、通过带热障涂层的结构件热源侧温度T

【技术实现步骤摘要】
一种热障涂层隔热能力检测装置及检测方法


[0001]本专利技术涉及涂层检测
，具体涉及一种热障涂层隔热能力检测装置及检测方法。

技术介绍

[0002]随着航空航天的发展，发动机热端部件的温度逐年升高，但合金材料的熔点和服役温度较低，不能直接在高温环境下服役。为了有效的保护合金基底，人们通常在合金基底表面制备热障涂层(TBC)。TBC可以有效提高合金基底的服役温度，增加合金基底的服役寿命。
[0003]常用的TBC材料有YSZ、锆酸盐、磷酸盐等，为了增加热障涂层与合金基底的结合强度，在热障涂层与合金基底之间制备Ni
‑
Co
‑
Cr
‑
Al
‑
Y合金的粘结层(BC)，服役一段时间之后，粘接层中的部分Al被氧化并生成TGO，因此带热障涂层的结构件由陶瓷层(TBC)、氧化层(TGO)、粘接层(BC)、基底层(substrate)构成，如附图1所示。
[0004]如图1所示，T
a1
代表带热障涂层的结构件热源侧温度，T
a4
代表带热障涂层的结构件粘接层与基底层界面位置的温度，T
a5
代表带热障涂层的结构件基底冷却侧温度。热障涂层的隔热能力表示为T
a1
‑
T
a4
，直接影响合金基底的工作温度，热障涂层内的温度梯度影响带热障涂层的结构件的热应力。隔热能力是考核和评价热障涂层的关键指标，因此对热障涂层的隔热能力测试是必要的。
[0005]现有技术中，针对热障涂层隔热能力测试的方法存在问题如下：
[0006]带热障涂层的结构件各层尺寸：TBC(0.1
‑
0.4mm)、TGO(0
‑
0.03mm)、BC(0
‑
0.1mm)、substrate(1
‑
3mm)，各层都很薄，尺寸较小。各层界面的位置温度不能准确测量，所以为测试的难点。
[0007]专利申请号为CN201510789455.0，专利名称为：一种预埋热电偶的隔热涂层试件界面温度测试方法所公开的技术，以及专利申请号为CN201710996855.8，专利名称为：隔热涂层试件界面温度测试方法所公开的技术存在的不足是：现在市场上最细的热电偶为0.3至0.5mm，且热电偶在使用时还需要保护套，直径较大，无法测量较薄的热障涂层与基底层界面处的温度，因而无法测量较薄热障涂层的隔热性能。另外，1600摄氏度以上的铂铑型热电偶，价格昂贵，采用预埋热电偶的方式时，热电偶难以取出重复使用。预埋法不适用于较薄的高温热障涂层的测试。
[0008]专利申请号为CN201010586727.4，专利名称为：一种测定带热障涂层涡轮叶片冷却效果及隔热效果的方法所公开的技术，主要通过包埋热电偶的方法，热电偶的尺寸相对于热障涂层体系较大，所以不能准确测量出基底与粘结层界面处的温度。另外该专利中通过理论推算出真实发动机工况下的冷却效果，该专利中计算前未对物理变量进行处理，部分物理变量参数是随温度变化的，例如热容、密度等在不同温度下的数值不同，因此该理论计算的结果与实际实验结果的误差较大。
[0009]专利申请号为CN202010066299.6，专利名称为：一种热障涂层隔热温度的非接触
式无损测试方法及装置所公开的技术存在的不足是：该方法中利用红外测温仪测量陶瓷层与金属粘接层界面，红外不能直接穿透涂层测到界面处的温度。
[0010]专利申请号为CN202110846440.9，专利名称为：一种涡轮叶片热障涂层隔热效果评价及预测方法，在步骤二中，基于一维涂层
‑
气膜理论换热模型推导有热障涂层时的热流q和无热障涂层时的热流q，理论计算与实际实验存在较大误差。且该专利的权利要求6中所公开的公式：在该公式中对流传热系数h的测量，现没有专门针对热障涂层冷却、传热的对流传热系数测定的装置，另外h的影响因素很多，操作较为复杂。λ1、λ2会基于温度的变化而变化，该专利中未考虑λ随温度的变化，且该方法理论计算与现实情况误差较大。
[0011]专利申请号为CN202111154914.X，专利名称为：一种测试热防护陶瓷涂层隔热性能的方法，采用该方法，附图1中热障涂层表面温度T
a1
与基底冷却侧温度T
a5
的温度很容易测得，即为总温度差。该方法中制备了两个样品，带热障涂层的结构件和无热障涂层的结构件，用无热障涂层的结构件的隔热能力代替有热障涂层的结构件基底的隔热能力，所求涂层隔热能力即为总温度差减去基底的隔热能力。然而，对于带热障涂层的结构件而言，在热障涂层的作用下，基底界面位置的温度T
a4
显然比无热障涂层的结构件热源侧温度更低。如图2所示，在厚度为3mm的GH6099型号合金表面依次控制温度，涂层表面1473K、1573K、1673K、1773K，使用相同的冷却条件，图2中显示了合金内部的温度变化。图3为该合金表面两端(x＝0和x＝3)的温度差，即为基底的隔热能力。可以看出在不同的基底热源温度下，基底两端的温度不同，即是基底的隔热能力不同。因此，在该方法中，虽然在相同冷却条件下，但无热障涂层的结构件的隔热能力不能直接等价有热障涂层的基底的隔热能力。

技术实现思路

[0012]本专利技术意在提供一种测量准确度高的热障涂层隔热能力检测方法。
[0013]一种热障涂层隔热能力检测方法，包括以下内容：
[0014]S1、将带热障涂层的结构件在服役条件下进行测试，测量带热障涂层的结构件的热源侧温度T
a1
，冷却侧温度T
a5
；
[0015]S2、在相同的服役条件下，测量无热障涂层的结构件的热源侧温度，冷却侧温度，其中无热障涂层的结构件与带热障涂层的结构件中的基底相同，利用逼近方法将无热障涂层的结构件热源侧温度和冷却侧温度的温度差逐渐逼近带热障涂层的结构件中基底两侧的温度差；
[0016]S3、通过带热障涂层的结构件热源侧温度T
a1
和冷却侧温度T
a5
的温度差，减去采用逼近方法得到的带热障涂层的结构件基底两侧的温度差得到热障涂层的隔热性能。
[0017]本专利技术优选的实施方式在于：在S2中，无热障涂层的结构件与带热障涂层的结构件中的基底相同，包括材料、组织、尺寸、表面粗糙度均相同。
[0018]本专利技术优选的实施方式在于：在S2中，相同的服役条件包括高温燃气的温度、压力、流量相同，冷却气体的冷却路径、温度、压力、流量相同。
[0019]本专利技术优选的实施方式在于：S2中，所述的逼近方法中当T
i
‑
T
i
‑1小于允许误差时，热障涂层的隔热性能Δt
i
为：Δt
i
＝T
a1
‑
T
a5
‑
Δt
bi
，其中Δ本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热障涂层隔热能力检测方法，其特征在于，包括以下内容：S1、将带热障涂层的结构件在服役条件下进行测试，测量带热障涂层的结构件的热源侧温度T
a1
，冷却侧温度T
a5
；S2、在相同的服役条件下，测量无热障涂层的结构件的热源侧温度，冷却侧温度，其中无热障涂层的结构件与带热障涂层的结构件中的基底相同，利用逼近方法将无热障涂层的结构件热源侧温度和冷却侧温度的温度差逐渐逼近带热障涂层的结构件中基底两侧的温度差；S3、通过带热障涂层的结构件热源侧温度T
a1
和冷却侧温度T
a5
的温度差，减去采用逼近方法得到的带热障涂层的结构件基底两侧的温度差得到热障涂层的隔热性能。2.根据权利要求1所述的热障涂层隔热能力检测方法，其特征在于：在S2中，无热障涂层的结构件与带热障涂层的结构件中的基底相同，包括材料、组织、尺寸、表面粗糙度均相同。3.根据权利要求1所述的热障涂层隔热能力检测方法，其特征在于：在S2中，相同的服役条件包括高温燃气的温度、压力、流量相同，冷却气体的冷却路径、温度、压力、流量相同。4.根据权利要求1所述的热障涂层隔热能力检测方法，其特征在于：S2中，所述的逼近方法中当T
i
‑
T
i
‑1小于允许误差时，热障涂层的隔热性能Δt
i
为：Δt
i
＝T
a1
‑
T
a5
‑
Δt
bi
，其中Δt
bi
为第i次测量的无热障涂层的结构件热源侧温度和冷却侧温度的温度差，T
a1
为带热障涂层的结构件的热源侧温度，T
a5
为带热障涂层的结构件的冷却侧温度，T
i
为第i次施加于无热障涂层的结构件的热源温度。5.根据权利要求4所述的热障涂层隔热能力检测方法，其特征在于：S2中，所述的逼近方法具体如下：S201、在相同的服役条件下，进行一次实验，测量无热障涂层的结构件的热源侧温度T
b11
，冷却侧温度T
b12
，无热障涂层的结构件热源侧温度T
b11
和冷却侧温度T
b12
的温度差为Δt
b1
，带热障涂层的结构件基底高温侧温度T1估计为带热障涂层的结构件冷却侧温度T
a5
和Δt
b1
之和；热障涂层的隔热性能Δt1为：Δt1＝T
a1
‑
T
a5
‑
Δt
b1
；S202、改变无热障涂层的结构件的热源温度，使热源温度等于T1，进行二次实验，测量无热障涂层的结构件的热源侧温度T
b21
，冷却侧温度T
22
，无热障涂层的结构件热源侧温度T
b21
和冷却侧温度T
b22
的温度差为Δt
b2
，带热障涂层的结构件基底高温侧温度T2估计为带热障涂层的结构件冷却侧温度T
a5
和Δt
b2
之和；热障涂层的隔热性能Δt2为：Δt2＝T
a1
‑
T
a5
‑
Δt
b2
；S203、改变无热障涂层的结构件的热源温度，使热源温度等于T...

【专利技术属性】
技术研发人员：种晓宇，陆天龙，干梦迪，冯晶，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：