[發明專利]熱障涂層抗高溫熔鹽腐蝕的測試方法及裝置

無效

• 申請號: 201010141193.4
• 申請日: 2010-04-02
• 公開（公告）號: CN101865814A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發明（設計）人: 李志明;錢士強;王偉;黃晨
• 申請（專利權）人: 上海工程技術大學
• 主分類號: G01N17/00
• 分類號: G01N17/00
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 31227
• 代理人: 楊杰民

技術領域

本發明屬于熱障涂層測試技術，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

熱障涂層(TBCs)是目前最為先進的高溫防護涂層之一，具有抗高溫腐蝕、抗高溫氧化、良好的隔熱效果等優越性能，它不僅可以降低發動機金屬部件的工作溫度，延長發動機的工作壽命，而且能提高燃油燃燒效率，提升發動機性能，因而，它在航空、船舶、能源等領域發揮著重要的作用。熱障涂層的抗高溫腐蝕性能測試是研究與開發過程中的關鍵課題之一。

由于燃氣渦輪發動機使用燃油中不可避免地含有Na、S、V等雜質，并以Na₂SO₄、V₂O₅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，這些熔鹽和氧化物會腐蝕涂層表面，并借助氣孔、微裂紋等向涂層內部滲入，一方面降低涂層的韌性，另一方面熔鹽雜質會與氧化鋯ZrO₂熱障涂層材料的穩定劑發生化學反應，使ZrO₂失穩而發生相變，產生內應力，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熱到100-300℃，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℃以上，每隔一定時間取出緩冷到室溫，在沸水中洗去殘留鹽，烘干稱重，直到測試樣品出現裂紋，然后采用單位面積或體積增重來評價熱障涂層的抗熔鹽腐蝕能力。

測試樣品出現裂紋，是熱障涂層被腐蝕破壞的標志點。熱障涂層在高溫下服役，腐蝕介質滲入并腐蝕涂層，隨著時間的推移，熱腐蝕導致涂層產生裂紋，腐蝕介質不斷地滲入腐蝕，裂紋擴大，最終涂層剝落失效，達到了涂層的使用壽命。

然而，熱障涂層在燃氣渦輪發動機等實際應用時的工作溫度遠超過腐蝕鹽的熔點，此時燃油中少量的Na₂SO₄、V₂O₅等腐蝕鹽雜質并不是以固態或液態形式與熱障涂層接觸并滲入涂層內部。因此現有的測試手段存在如下的缺陷：第一，將固態或液態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模擬熱障涂層實際應用時熔鹽是以高溫蒸氣形式腐蝕的情況。第二，測試需要多個循環階段，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還是同樣的量，即每次循環不能保證在相同條件下進行。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致的質量變化的真實性造成極大的誤差。

發明內容

本發明所要解決的技術問題即是克服上述現有技術的缺陷，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，同時提供一種結構簡單，操作方便且運用所述測試方法的測試裝置。

本發明采用了下列的技術方案：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，并保持恒溫；

設定每次加熱的單位時間長度，以單位時間長度為周期，取出測試樣塊稱重記錄；

反復加熱、稱重、記錄程序至測試樣塊出現裂紋。

本發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：在平臺上設置封閉的腔體式加熱爐和位于加熱爐外部的溫度控制器；

在加熱爐內設置放有腐蝕鹽粉的坩堝，坩堝的下部設置由溫度控制器控制的電加熱器；

在坩堝的上方擱置開設通孔的平板，在平板上，針對通孔覆蓋測試樣塊。

本發明采用熔鹽蒸氣腐蝕測試樣塊的測試方法，克服了現有技術的缺陷，更能夠反映熱障涂層在高溫工作環境下抗熔鹽蒸氣腐蝕性能的情況。而運用所述測試方法，針對性設計的熱障涂層抗高溫熔鹽腐蝕的測試裝置，結構簡單，測試溫度設為腐蝕鹽熔點以上可調，測試時間任意可控。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，當測試樣塊達到所設定的單位腐蝕時間，取出樣塊直接稱重記錄。循環執行高溫腐蝕、稱重、記錄這一周期過程，直到測試樣塊出現的裂紋，測試采集數據階段結束。然后對記錄的樣快稱量數據進行科學的分析評估，這樣所獲得的測試結果更能反映出熱障涂層在實際高溫服役時抗熔鹽蒸氣腐蝕的能力。

附圖說明

圖1為本法明實施例的結構示意圖。