[发明专利]一种热障涂层隔热能力检测装置及检测方法

说明书

本发明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_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。本发明方法可以真实的研究超高温环境下高温结构件的热障涂层隔热性能，隔热性能测量准确，误差小，检测无局限性，实验成本低。

技术领域

本发明涉及涂层检测技术领域，具体涉及一种热障涂层隔热能力检测装置及检测方法。

背景技术

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。

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。

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。

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：

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。

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。

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。

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。