[发明专利]一种模拟和实时测试热障涂层气体腐蚀失效的试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种模拟和实时测试热障涂层气体腐蚀失效的试验装置，尤其涉及的是一种用于模拟航空发动机带热障涂层高温部件的气体腐蚀服役环境，并实现多个腐蚀失效参数实时测试的试验装置，属于高温涂层材料测试装置领域。

背景技术

航空发动机是飞机的动力装置，被誉为飞机的“心脏”。近年来，随着航空工业的发展，对发动机性能要求不断提高，同时也使发动机内部高温部件的工作温度越来越高，发展到第四代战斗机，航空发动机的燃气进口温度已经达到1700 °C左右。这对发动机热端部件高温合金材料提出了更高的要求。目前先进单晶镍基高温合金的使用极限温度为1150 °C，显然依靠冷却技术和单独使用高温合金材料已不能满足先进航空发动机的需求。1953年美国NASA中心提出了热障涂层(thermal barrier coatings，简称TBCs)的概念，即将耐高温、高隔热的陶瓷材料涂覆在合金基体表面，以降低合金表面温度从而提高发动机的热效率。这一概念提出以后，立即引起了世界各国国防部门、高校和研究机构的高度关注，经历了几十年的高速发展，先进的热障涂层材料可以有效提高涡轮叶片使用温度200~300 °C左右。热障涂层的应用在提高发动机工作温度的同时，不仅能提高部件的抗腐蚀能力，而且可以减少燃油消耗，延长热端部件的使用寿命。因此，热障涂层技术已成为航空发动机热端部件热防护领域的关键技术之一。

然而，在实际服役过程中，由于燃料和大气中含有S、V等杂质，在发动机内燃烧时会产生各种腐蚀性气体，随着燃气冲刷到热障涂层表面，产生高温腐蚀。同时飞机在不工作时，自然工业大气环境中的二氧化硫、三氧化硫等酸性气体对飞机的零部件也会产生常温腐蚀，沿着热障涂层粗糙不平的表面、涂层内部微小的孔洞和裂纹生成腐蚀物，破坏涂层的微观结构与力学性能，加速涂层发生开裂、脱落失效，缩短涂层的使用寿命。因此，要正确的理解热障涂层的腐蚀机理，找出影响热障涂层腐蚀性能的关键参数，同时设计、开发腐蚀性能更优异的热障涂层材料与制备工艺，必须对发动机热障涂层气体腐蚀服役环境进行实验模拟。

目前国内外航天工作者对热障涂层腐蚀性能的研究主要是通过将腐蚀介质涂在热障涂层表面，在高温炉内加热腐蚀，腐蚀完成后再对样品进行检测。国内的热障涂层腐蚀模拟装置有：李志明等人公开了一种热障涂层抗高温熔盐腐蚀的测试方法及装置(专利申请公布号：CN 10865814 A)，采用加热装置使熔盐蒸发，在高温恒温条件下，当测试样品达到所设定的单位腐蚀时间，取出样品直接称重，这样只能以有限的试验信息进行腐蚀分析和性能评价。宫声凯等人公开了一种热障涂层服役环境模拟装置及模拟环境控制方法(专利公开号：CN1699994)，采用浴槽加热Na₂SO₄、NaCl等盐类物质获取腐蚀性气氛，同时用红外加热方法对样品加热来实现高温气体腐蚀。装置缺少了对航空燃油在实际燃烧过程中所产生各种腐蚀气体的模拟。更重要的是，在这些装置中，缺少对热障涂层腐蚀性能、损伤形成的实时检测与评价。因此，设计并研制热障涂层高温燃气腐蚀、大气环境腐蚀、各种酸性气体腐蚀的试验模拟装置，并结合无损实时检测技术及相关设备，经济有效地对高温部件气体腐蚀性能进行表征，是航天工作者需要解决的关键问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种用于模拟和实时测试热障涂层气体腐蚀的试验装置。装置可以实现高温或常温下航空发动机中热障涂层的气体腐蚀模拟。并通过用复阻抗谱测量系统与声发射检测系统定期检测试样腐蚀时涂层阻抗的变化与损伤声发射信号，分析其腐蚀过程中的界面形貌和损伤演化情况，为有效评估热障涂层在高温气体腐蚀环境下的失效过程及失效机理提供重要的实验平台。

本发明采用的技术方案为：所述试验装置结构包括：试验测试平台、腐蚀气体加载系统、腐蚀控制系统、温度控制系统、实验控制台、腐蚀失效的复阻抗谱测量系统与声发射检测系统。