[发明专利]一种基于薄膜测温的热障涂层隔热性能测量方法

说明书

本发明涉及一种基于薄膜测温的热障涂层隔热性能测量方法，属于隔热性能测量和评价领域。本发明所述的测量方法主要由内层薄膜温度传感器、外层薄膜温度传感器以及传感器引线组成，内、外层温度传感器为薄膜温度传感器，采用镀制工艺逐层镀制在热障涂层两侧，内、外层薄膜温度传感器成对布置，成对的内外层薄膜温度传感器的测量值之差，表征了热障涂层在测量点的隔热温差，可以根据测量的需要设计成多点测量系统。本发明不破坏基片，测量误差小，而且还可以多点测量，能够解决航空发动机涡轮叶片热障涂层隔热性能测量及评价所面对的难题。

技术领域

本发明涉及一种热障涂层隔热性能的测量方法，具体涉及一种基于薄膜测温的热障涂层隔热性能测量方法，适用于航空发动机涡轮叶片热障涂层的隔热性能测量和评价，属于隔热性能测量和评价领域。

背景技术

随着航空发动机性能的不断提升，燃烧室出口温度也一再提高，发动机热端各部件的工况越来越恶劣。热障涂层(TBCs)作为提高航空发动机热端各部件使用温度上限的有效手段，在新一代发动机中将得到越来越广泛的应用。热障涂层隔热性能是热障涂层的重要性能指标，其准确测量具有非常重要的意义，对于热障涂层的工程应用、失效分析和寿命估计起决定性的作用。对于热障涂层隔热性能的评价，目前常用的方法包括地面试车对比评定法、热物理性能评价法和隔热温差评定法。其中隔热温差评定法通过隔热温差直接表征隔热材料的隔热性能，是最直观的一种方法。但是热障涂层隔热温差的测量非常困难，目前通常使用常规热电偶进行测量，有两种测量方法：一种是将热电偶结点固定在在试件两侧，这样测得的是试件两侧的温差，而不是涂层两侧温度，测量误差较大；另一种是在基片上开槽，然后将表面处理平整之后，再在上面镀制热障涂层，这种方法由于破坏了基片内部结构，测量准确度提高有限。本发明是基于薄膜传感技术的一种隔热性能测量方法，通过布置于涂层两侧的薄膜温度传感器进行隔热温差测量，由于薄膜温度传感器的厚度只有十几微米的量级，附着力强，牢牢附着于基片上和基片成为一个整体，表面温度测量误差非常小，同时不需要破坏基片自身结构，因此能够得到较高的测量准确度。

发明内容

本发明提供一种基于薄膜测温的热障涂层隔热性能测量方法，能够有效测量涂层两侧的温度，进而得到涂层的隔热温差。其结构示意图见附图1和附图2。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种基于薄膜测温的热障涂层隔热性能测量方法，将内层薄膜温度传感器镀制于金属基片上；再镀制热障涂层，通过热障涂层将内层薄膜温度传感器镀覆盖住；然后在热障涂层外侧对应位置镀制外层薄膜温度传感器；最后通过传感器引线将内层薄膜温度传感器与外层薄膜温度传感器连接，实现该点的隔热温差测量；

所述内层薄膜温度传感器数量为一个或者多个；当内层薄膜温度传感器数量为一个时，实现单点测量；当内层薄膜温度传感器数量为多个时，实现多点测量；

内层薄膜温度传感器采用热电偶测温原理，为了在金属基片上实现热电偶测温，将薄膜温度传感器设计成多次薄膜结构，如附图3所示。最贴近金属基片的膜层为过渡层，膜层材料为NiCrAlY合金。过渡层外层为绝缘层，绝缘层采用Al₂O₃，需保证绝缘层覆盖区域均要绝缘，不允许有漏点。敏感层可以根据测温范围选择不同的热电偶类型，如S型、B型等，敏感层位于绝缘层外侧，厚度控制在1μm～3μm范围内。敏感层外侧是保护层，保护层镀制过程中需要将敏感层的引线端子部分裸露在外，保护层采用Al₂O₃制作。

外层薄膜温度传感器镀制在热障涂层的外侧，其膜层结构示意图如附图4所示。由于发动机涡轮叶片热障涂层本身是绝缘的，因此不需要另外镀制绝缘层，直接镀制敏感层和保护层即可。敏感层与内层薄膜温度传感器保持一致。