[發明專利]一種模擬和實時測試熱障涂層氣體腐蝕失效的試驗裝置

無效

• 申請號: 201310009180.5
• 申請日: 2013-01-10
• 公開（公告）號: CN103091239A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 楊麗;周長春;周益春;蔡燦英
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: G01N17/00
• 分類號: G01N17/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 薄觀玖

技術領域

本發明涉及一種模擬和實時測試熱障涂層氣體腐蝕失效的試驗裝置，尤其涉及的是一種用于模擬航空發動機帶熱障涂層高溫部件的氣體腐蝕服役環境，并實現多個腐蝕失效參數實時測試的試驗裝置，屬于高溫涂層材料測試裝置領域。

背景技術

航空發動機是飛機的動力裝置，被譽為飛機的“心臟”。近年來，隨著航空工業的發展，對發動機性能要求不斷提高，同時也使發動機內部高溫部件的工作溫度越來越高，發展到第四代戰斗機，航空發動機的燃氣進口溫度已經達到1700?°C左右。這對發動機熱端部件高溫合金材料提出了更高的要求。目前先進單晶鎳基高溫合金的使用極限溫度為1150?°C，顯然依靠冷卻技術和單獨使用高溫合金材料已不能滿足先進航空發動機的需求。1953年美國NASA中心提出了熱障涂層(thermal?barrier?coatings，簡稱TBCs)的概念，即將耐高溫、高隔熱的陶瓷材料涂覆在合金基體表面，以降低合金表面溫度從而提高發動機的熱效率。這一概念提出以后，立即引起了世界各國國防部門、高校和研究機構的高度關注，經歷了幾十年的高速發展，先進的熱障涂層材料可以有效提高渦輪葉片使用溫度200~300?°C左右。熱障涂層的應用在提高發動機工作溫度的同時，不僅能提高部件的抗腐蝕能力，而且可以減少燃油消耗，延長熱端部件的使用壽命。因此，熱障涂層技術已成為航空發動機熱端部件熱防護領域的關鍵技術之一。

然而，在實際服役過程中，由于燃料和大氣中含有S、V等雜質，在發動機內燃燒時會產生各種腐蝕性氣體，隨著燃氣沖刷到熱障涂層表面，產生高溫腐蝕。同時飛機在不工作時，自然工業大氣環境中的二氧化硫、三氧化硫等酸性氣體對飛機的零部件也會產生常溫腐蝕，沿著熱障涂層粗糙不平的表面、涂層內部微小的孔洞和裂紋生成腐蝕物，破壞涂層的微觀結構與力學性能，加速涂層發生開裂、脫落失效，縮短涂層的使用壽命。因此，要正確的理解熱障涂層的腐蝕機理，找出影響熱障涂層腐蝕性能的關鍵參數，同時設計、開發腐蝕性能更優異的熱障涂層材料與制備工藝，必須對發動機熱障涂層氣體腐蝕服役環境進行實驗模擬。

目前國內外航天工作者對熱障涂層腐蝕性能的研究主要是通過將腐蝕介質涂在熱障涂層表面，在高溫爐內加熱腐蝕，腐蝕完成后再對樣品進行檢測。國內的熱障涂層腐蝕模擬裝置有：李志明等人公開了一種熱障涂層抗高溫熔鹽腐蝕的測試方法及裝置(專利申請公布號：CN?10865814?A)，采用加熱裝置使熔鹽蒸發，在高溫恒溫條件下，當測試樣品達到所設定的單位腐蝕時間，取出樣品直接稱重，這樣只能以有限的試驗信息進行腐蝕分析和性能評價。宮聲凱等人公開了一種熱障涂層服役環境模擬裝置及模擬環境控制方法(專利公開號：CN1699994)，采用浴槽加熱Na₂SO₄、NaCl等鹽類物質獲取腐蝕性氣氛，同時用紅外加熱方法對樣品加熱來實現高溫氣體腐蝕。裝置缺少了對航空燃油在實際燃燒過程中所產生各種腐蝕氣體的模擬。更重要的是，在這些裝置中，缺少對熱障涂層腐蝕性能、損傷形成的實時檢測與評價。因此，設計并研制熱障涂層高溫燃氣腐蝕、大氣環境腐蝕、各種酸性氣體腐蝕的試驗模擬裝置，并結合無損實時檢測技術及相關設備，經濟有效地對高溫部件氣體腐蝕性能進行表征，是航天工作者需要解決的關鍵問題。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供了一種用于模擬和實時測試熱障涂層氣體腐蝕的試驗裝置。裝置可以實現高溫或常溫下航空發動機中熱障涂層的氣體腐蝕模擬。并通過用復阻抗譜測量系統與聲發射檢測系統定期檢測試樣腐蝕時涂層阻抗的變化與損傷聲發射信號，分析其腐蝕過程中的界面形貌和損傷演化情況，為有效評估熱障涂層在高溫氣體腐蝕環境下的失效過程及失效機理提供重要的實驗平臺。

本發明采用的技術方案為：所述試驗裝置結構包括：試驗測試平臺、腐蝕氣體加載系統、腐蝕控制系統、溫度控制系統、實驗控制臺、腐蝕失效的復阻抗譜測量系統與聲發射檢測系統。