專利名稱：熱障涂層抗高溫熔鹽腐蝕的測試方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于熱障涂層測試技術(shù)，特別涉及一種對熱障涂層抗高溫熔鹽腐蝕的測試 方法及裝置。
背景技術(shù)：
熱障涂層(TBCs)是目前最為先進(jìn)的高溫防護(hù)涂層之一，具有抗高溫腐蝕、抗高溫 氧化、良好的隔熱效果等優(yōu)越性能，它不僅可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)金屬部件的工作溫度，延長發(fā)動(dòng) 機(jī)的工作壽命，而且能提高燃油燃燒效率，提升發(fā)動(dòng)機(jī)性能，因而，它在航空、船舶、能源等 領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。熱障涂層的抗高溫腐蝕性能測試是研究與開發(fā)過程中的關(guān)鍵課題之一。由于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)使用燃油中不可避免地含有Na、S、V等雜質(zhì)，并以Na2S04、V205 等熔鹽和氧化物的形式存在，而熱障涂層在高溫工況下服役時(shí)，這些熔鹽和氧化物會(huì)腐蝕 涂層表面，并借助氣孔、微裂紋等向涂層內(nèi)部滲入，一方面降低涂層的韌性，另一方面熔鹽 雜質(zhì)會(huì)與氧化鋯&02熱障涂層材料的穩(wěn)定劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使&02失穩(wěn)而發(fā)生相變，產(chǎn)生 內(nèi)應(yīng)力，使得涂層失效。目前，對熱障涂層抗高溫熔鹽腐蝕性能的測試手段，通常是將測試樣品先預(yù)熱到 100-300°C，表面刷涂一定量的硫酸鹽等，將測試樣品置于加熱爐中加熱到800°C以上，每隔 一定時(shí)間取出緩冷到室溫，在沸水中洗去殘留鹽，烘干稱重，直到測試樣品出現(xiàn)裂紋，然后 采用單位面積或體積增重來評價(jià)熱障涂層的抗熔鹽腐蝕能力。測試樣品出現(xiàn)裂紋，是熱障涂層被腐蝕破壞的標(biāo)志點(diǎn)。熱障涂層在高溫下服役，腐 蝕介質(zhì)滲入并腐蝕涂層，隨著時(shí)間的推移，熱腐蝕導(dǎo)致涂層產(chǎn)生裂紋，腐蝕介質(zhì)不斷地滲入 腐蝕，裂紋擴(kuò)大，最終涂層剝落失效，達(dá)到了涂層的使用壽命。然而，熱障涂層在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)等實(shí)際應(yīng)用時(shí)的工作溫度遠(yuǎn)超過腐蝕鹽的熔 點(diǎn)，此時(shí)燃油中少量的Na2S04、V205等腐蝕鹽雜質(zhì)并不是以固態(tài)或液態(tài)形式與熱障涂層接觸 并滲入涂層內(nèi)部。因此現(xiàn)有的測試手段存在如下的缺陷第一，將固態(tài)或液態(tài)的腐蝕鹽直接 涂刷或噴涂在試樣表面，再加熱的方法不能真實(shí)模擬熱障涂層實(shí)際應(yīng)用時(shí)熔鹽是以高溫蒸 氣形式腐蝕的情況。第二，測試需要多個(gè)循環(huán)階段，而人工涂刷或噴涂一定量的腐蝕鹽，在 每次洗去之后很難保證下一次再涂刷時(shí)還是同樣的量，即每次循環(huán)不能保證在相同條件下 進(jìn)行。第三，采用沸水或蒸餾水刷洗腐蝕后的殘留鹽，此過程中可能將試樣表面磨掉微小部 分，對試樣可能造成一定的其他影響，對試樣因熔鹽腐蝕而導(dǎo)致的質(zhì)量變化的真實(shí)性造成 極大的誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題即是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，旨在提供一種既能夠 模擬腐蝕熔鹽高溫蒸氣的腐蝕環(huán)境，又不需洗滌測試樣塊上殘留腐蝕鹽的熱障涂層抗高溫 熔鹽腐蝕的測試方法，同時(shí)提 供一種結(jié)構(gòu)簡單，操作方便且運(yùn)用所述測試方法的測試裝置。
本發(fā)明采用了下列的技術(shù)方案一種熱障涂層抗高溫熔鹽腐蝕的測試方法，其特 征在于在封閉容器中設(shè)有放置腐蝕鹽粉的器皿，器皿的下部有加熱源，器皿的上部擱置 測試樣塊；加熱源加熱器皿的溫度高于腐蝕鹽粉熔點(diǎn)，并保持恒溫；設(shè)定每次加熱的單位時(shí)間長度，以單位時(shí)間長度為周期，取出測試樣塊稱重記 錄；反復(fù)加熱、稱重、記錄程序至測試樣塊出現(xiàn)裂紋。本發(fā)明所述測試方法是在一種熱障涂層抗高溫熔鹽腐蝕的測試裝置中進(jìn)行的。所述熱障涂層抗高溫熔鹽腐蝕的測試裝置，其特征在于在平臺(tái)上設(shè)置封閉的腔 體式加熱爐和位于加熱爐外部的溫度控制器；在加熱爐內(nèi)設(shè)置放有腐蝕鹽粉的坩堝，坩堝的下部設(shè)置由溫度控制器控制的電加 熱器；在坩堝的上方擱置開設(shè)通孔的平板，在平板上，針對通孔覆蓋測試樣塊。本發(fā)明采用熔鹽蒸氣腐蝕測試樣塊的測試方法，克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，更能夠 反映熱障涂層在高溫工作環(huán)境下抗熔鹽蒸氣腐蝕性能的情況。而運(yùn)用所述測試方法，針對 性設(shè)計(jì)的熱障涂層抗高溫熔鹽腐蝕的測試裝置，結(jié)構(gòu)簡單，測試溫度設(shè)為腐蝕鹽熔點(diǎn)以上 可調(diào)，測試時(shí)間任意可控。隨著測試溫度的加熱升溫，腐蝕鹽開始以熔鹽蒸氣的形式侵蝕熱 障涂層樣塊。在高溫恒溫條件下，當(dāng)測試樣塊達(dá)到所設(shè)定的單位腐蝕時(shí)間，取出樣塊直接稱 重記錄。循環(huán)執(zhí)行高溫腐蝕、稱重、記錄這一周期過程，直到測試樣塊出現(xiàn)的裂紋，測試采集 數(shù)據(jù)階段結(jié)束。然后對記錄的樣快稱量數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的分析評估，這樣所獲得的測試結(jié)果 更能反映出熱障涂層在實(shí)際高溫服役時(shí)抗熔鹽蒸氣腐蝕的能力。


圖1為本法明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明測試的經(jīng)稀土摻雜后的YSZ(氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯)熱障涂層試樣 的熱腐蝕動(dòng)力學(xué)曲線圖。圖3是用本發(fā)明測試的未經(jīng)稀土摻雜的普通YSZ熱障涂層試樣的熱腐蝕動(dòng)力學(xué)曲 線圖。圖中各序號(hào)分別表示為1-工作平臺(tái) 2-加熱爐 3-溫度控制器 4-腐蝕鹽粉5-坩堝6-通孔 7-平板8-測試樣塊9-第一通氣孔10-第二通氣孔
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例附圖對本發(fā)明工作原理和使用方法作進(jìn)一步描述請參考附圖1，這是本發(fā)明所述的熱障涂層抗高溫熔鹽腐蝕的測試方法及裝置布 局狀況，在工作平臺(tái)1上，設(shè)置本發(fā)明所述的封閉的腔體式加熱爐2。在加熱爐2內(nèi)設(shè)置放 有腐蝕鹽粉4的坩堝5，坩堝5的下部設(shè)置由溫度控制器3控制的電加熱器。
加熱爐腔體內(nèi)的升降溫及恒溫控制是通過與加熱爐2內(nèi)電加熱器連接的溫度控 制器3來實(shí)現(xiàn)的。本實(shí)施例的溫度控制器3采用XMT人工智能精密控制儀，調(diào)節(jié)加熱、降溫 和恒溫控制測試溫度。本發(fā)明所述的測試方法，腐蝕鹽粉滲入測試樣塊是非直接接觸，而是以熔鹽蒸氣 來腐蝕測試樣塊。測試開始前，先根據(jù)測試所需時(shí)間，稱取足夠消耗量的腐蝕鹽粉4置于坩 堝5中，本實(shí)施例的腐蝕鹽粉是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%的五氧化二釩V2O5與硫酸鈉NaSO4的混合 物。在坩堝5的上面口擱置 開設(shè)通孔6的平板7，通孔6是熔鹽高溫形成蒸氣升騰腐蝕 測試樣塊的通道。而測試樣塊8放置于平板7上面并覆蓋通孔6。平板7是一組開有不同 孔徑通孔6的平板，根據(jù)試樣8的尺寸大小，選取孔徑面積略小于測試樣塊面積的平板。本實(shí)施例只對測試樣塊8的一個(gè)熱障涂層面進(jìn)行高溫熔鹽蒸氣腐蝕，該面即是朝 下覆蓋通孔6的測試面，為了保證熔鹽蒸氣只針對測試面腐蝕，在加熱爐2的兩側(cè)分別開有 第一通氣孔9和第二通氣孔10，致使測試樣塊其余各面周圍壞境的空氣流通，溢出坩堝外 的熔鹽蒸氣，通過這兩個(gè)通氣孔由加熱爐內(nèi)排出。根據(jù)測試所需的溫度_腐蝕鹽熔點(diǎn)以上，本實(shí)施例的測試溫度為1100°C，設(shè)置好 溫度控制器3的控溫程序；啟動(dòng)程序，加熱爐2開始加熱，至腐蝕鹽4熔點(diǎn)時(shí)，熔鹽上方產(chǎn)生 蒸氣，在設(shè)定的測試溫度下恒溫控制，對熱障涂層試樣進(jìn)行熔鹽蒸氣腐蝕。本發(fā)明所述的測 試方法和測試裝置能較為真實(shí)地反映熱障涂層在高溫工作環(huán)境下的受腐蝕情況，當(dāng)達(dá)到所 需腐蝕時(shí)間后，加熱自動(dòng)停止，然后直接將測試樣塊8取出稱重、記錄數(shù)據(jù)。圖2是本實(shí)施例測試的經(jīng)稀土摻雜后的YSZ(氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯)熱障涂層試 樣的熱腐蝕動(dòng)力學(xué)曲線圖，圖3是本實(shí)施例測試的未經(jīng)稀土摻雜的普通YSZ熱障涂層試樣 的熱腐蝕動(dòng)力學(xué)曲線圖，兩種具有相同基體但有不同成分熱障涂層試樣的對比測試結(jié)果。本實(shí)施例設(shè)定60分鐘為一個(gè)單位的測試時(shí)間周期，測試樣塊在1100°C的恒溫壞 境中被熔鹽蒸氣腐蝕60分鐘，即取出稱重、記錄。整個(gè)測試過程是100次的循環(huán)周期，直至 測試樣塊出現(xiàn)裂紋和剝落，涂層失效。然后對獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行換算得出單位面積腐蝕增重 量，繪制出熱障涂層熱腐蝕動(dòng)力曲線，分析評估測試的熱障涂層的使用壽命。由于涂層制備 的工藝和成分不同，使得兩試樣性能不同，兩圖動(dòng)力曲線的不同即表明了兩者抗高溫熔鹽 蒸氣腐蝕性能的差異。
權(quán)利要求
一種熱障涂層抗高溫熔鹽腐蝕的測試方法，其特征在于在封閉容器中設(shè)有放置腐蝕鹽粉的器皿，器皿的下部有加熱源，器皿的上部擱置測試樣塊；加熱源加熱器皿的溫度高于腐蝕鹽粉熔點(diǎn)，并保持恒溫；設(shè)定每次加熱的單位時(shí)間長度，以單位時(shí)間長度為周期，取出測試樣塊稱重記錄；反復(fù)加熱、稱重、記錄程序至測試樣塊上的涂層出現(xiàn)裂紋。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述熱障涂層抗高溫熔鹽腐蝕的測試方法，其特征在于所述腐蝕 鹽粉是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%的五氧化二釩V2O5與硫酸鈉NaSO4的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述熱障涂層抗高溫熔鹽腐蝕的測試方法，其特征在于所述加熱 源加熱器皿的溫度高于800°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述熱障涂層抗高溫熔鹽腐蝕的測試方法，其特征在于所述單位 時(shí)間長度為30至90分鐘。
5.一種熱障涂層抗高溫熔鹽腐蝕的測試裝置，其特征在于在平臺(tái)(1)上設(shè)置封閉的 腔體式加熱爐(2)和位于加熱爐(2)外部的溫度控制器(3)；在加熱爐(2)內(nèi)設(shè)置放有腐蝕鹽粉(4)的坩堝(5)，坩堝(5)的下部設(shè)置由溫度控制器 (3)控制的電加熱器；在坩堝(5)的上方擱置開設(shè)通孔(6)的平板(7)，在平板(7)上，針對通孔(6)覆蓋測 試樣塊⑶。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述熱障涂層抗高溫熔鹽腐蝕的測試裝置，其特征在于在所述加 熱爐(2)的右面有第一通氣孔(9)，左面有第二通氣孔(10)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述熱障涂層抗高溫熔鹽腐蝕的測試裝置，其特征在于所述溫度 控制器⑶采用XMT控制儀。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述熱障涂層抗高溫熔鹽腐蝕的測試裝置，其特征在于所述平板 (7)是一組平板，每塊上開有不同孔徑的通孔(6)。
全文摘要
本發(fā)明屬于涂層材料測試技術(shù)，特別涉及一種對熱障涂層抗高溫熔鹽腐蝕的測試方法及裝置。在高溫恒溫條件下，當(dāng)測試樣塊達(dá)到所設(shè)定的單位腐蝕時(shí)間，取出測試樣塊直接稱重、記錄。循環(huán)執(zhí)行測試樣塊的高溫熔鹽蒸氣腐蝕、稱重、記錄這一周期過程，直到測試樣塊出現(xiàn)裂紋，測試采集數(shù)據(jù)階段結(jié)束。針對所述測試方法而設(shè)計(jì)的熱障涂層抗高溫熔鹽腐蝕的測試裝置，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，測試溫度為腐蝕鹽熔點(diǎn)以上可調(diào)，測試時(shí)間任意可控。本發(fā)明采用了熔鹽蒸氣腐蝕測試樣塊，然后直接取出稱量、記錄的方法，克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，獲得的測試結(jié)果，更能反映出熱障涂層在實(shí)際高溫服役時(shí)抗熔鹽蒸氣腐蝕的能力。
文檔編號(hào)G01N17/00GK101865814SQ20101014119
公開日2010年10月20日 申請日期2010年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月2日
發(fā)明者李志明, 王偉, 錢士強(qiáng), 黃晨 申請人:上海工程技術(shù)大學(xué)