[发明专利]热障涂层抗高温熔盐腐蚀的测试方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于热障涂层测试技术，特别涉及一种对热障涂层抗高温熔盐腐蚀的测试方法及装置。

背景技术

热障涂层(TBCs)是目前最为先进的高温防护涂层之一，具有抗高温腐蚀、抗高温氧化、良好的隔热效果等优越性能，它不仅可以降低发动机金属部件的工作温度，延长发动机的工作寿命，而且能提高燃油燃烧效率，提升发动机性能，因而，它在航空、船舶、能源等领域发挥着重要的作用。热障涂层的抗高温腐蚀性能测试是研究与开发过程中的关键课题之一。

由于燃气涡轮发动机使用燃油中不可避免地含有Na、S、V等杂质，并以Na₂SO₄、V₂O₅等熔盐和氧化物的形式存在，而热障涂层在高温工况下服役时，这些熔盐和氧化物会腐蚀涂层表面，并借助气孔、微裂纹等向涂层内部渗入，一方面降低涂层的韧性，另一方面熔盐杂质会与氧化锆ZrO₂热障涂层材料的稳定剂发生化学反应，使ZrO₂失稳而发生相变，产生内应力，使得涂层失效。

目前，对热障涂层抗高温熔盐腐蚀性能的测试手段，通常是将测试样品先预热到100-300℃，表面刷涂一定量的硫酸盐等，将测试样品置于加热炉中加热到800℃以上，每隔一定时间取出缓冷到室温，在沸水中洗去残留盐，烘干称重，直到测试样品出现裂纹，然后采用单位面积或体积增重来评价热障涂层的抗熔盐腐蚀能力。

测试样品出现裂纹，是热障涂层被腐蚀破坏的标志点。热障涂层在高温下服役，腐蚀介质渗入并腐蚀涂层，随着时间的推移，热腐蚀导致涂层产生裂纹，腐蚀介质不断地渗入腐蚀，裂纹扩大，最终涂层剥落失效，达到了涂层的使用寿命。

然而，热障涂层在燃气涡轮发动机等实际应用时的工作温度远超过腐蚀盐的熔点，此时燃油中少量的Na₂SO₄、V₂O₅等腐蚀盐杂质并不是以固态或液态形式与热障涂层接触并渗入涂层内部。因此现有的测试手段存在如下的缺陷：第一，将固态或液态的腐蚀盐直接涂刷或喷涂在试样表面，再加热的方法不能真实模拟热障涂层实际应用时熔盐是以高温蒸气形式腐蚀的情况。第二，测试需要多个循环阶段，而人工涂刷或喷涂一定量的腐蚀盐，在每次洗去之后很难保证下一次再涂刷时还是同样的量，即每次循环不能保证在相同条件下进行。第三，采用沸水或蒸馏水刷洗腐蚀后的残留盐，此过程中可能将试样表面磨掉微小部分，对试样可能造成一定的其他影响，对试样因熔盐腐蚀而导致的质量变化的真实性造成极大的误差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题即是克服上述现有技术的缺陷，旨在提供一种既能够模拟腐蚀熔盐高温蒸气的腐蚀环境，又不需洗涤测试样块上残留腐蚀盐的热障涂层抗高温熔盐腐蚀的测试方法，同时提供一种结构简单，操作方便且运用所述测试方法的测试装置。

本发明采用了下列的技术方案：一种热障涂层抗高温熔盐腐蚀的测试方法，其特征在于：

在封闭容器中设有放置腐蚀盐粉的器皿，器皿的下部有加热源，器皿的上部搁置测试样块；

加热源加热器皿的温度高于腐蚀盐粉熔点，并保持恒温；

设定每次加热的单位时间长度，以单位时间长度为周期，取出测试样块称重记录；

反复加热、称重、记录程序至测试样块出现裂纹。

本发明所述测试方法是在一种热障涂层抗高温熔盐腐蚀的测试装置中进行的。

所述热障涂层抗高温熔盐腐蚀的测试装置，其特征在于：在平台上设置封闭的腔体式加热炉和位于加热炉外部的温度控制器；

在加热炉内设置放有腐蚀盐粉的坩埚，坩埚的下部设置由温度控制器控制的电加热器；

在坩埚的上方搁置开设通孔的平板，在平板上，针对通孔覆盖测试样块。

本发明采用熔盐蒸气腐蚀测试样块的测试方法，克服了现有技术的缺陷，更能够反映热障涂层在高温工作环境下抗熔盐蒸气腐蚀性能的情况。而运用所述测试方法，针对性设计的热障涂层抗高温熔盐腐蚀的测试装置，结构简单，测试温度设为腐蚀盐熔点以上可调，测试时间任意可控。随着测试温度的加热升温，腐蚀盐开始以熔盐蒸气的形式侵蚀热障涂层样块。在高温恒温条件下，当测试样块达到所设定的单位腐蚀时间，取出样块直接称重记录。循环执行高温腐蚀、称重、记录这一周期过程，直到测试样块出现的裂纹，测试采集数据阶段结束。然后对记录的样快称量数据进行科学的分析评估，这样所获得的测试结果更能反映出热障涂层在实际高温服役时抗熔盐蒸气腐蚀的能力。

附图说明

图1为本法明实施例的结构示意图。