[發(fā)明專利]一種環(huán)境屏障涂層EBC壽命預(yù)測的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310533852.2
• 申請日: 2013-10-31
• 公開（公告）號: CN103558144A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王一光;陸永洪;成來飛;張立同
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01N17/00
• 分類號: G01N17/00
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于涂層的監(jiān)測領(lǐng)域，具體涉及一種環(huán)境屏障涂層（Environmental?barrier?coatings，EBC）壽命預(yù)測的方法。

背景技術(shù)

連續(xù)纖維增韌碳化硅陶瓷基復(fù)合材料(CMC-SiC，包括SiC_f/SiC和C_f/SiC)擁有高比強度、高比模量、抗氧化和低密度等特點，現(xiàn)已成為航空發(fā)動機熱端部件上理想的候選材料。在空氣或干氧環(huán)境中，CMC-SiC表面會形成一層致密的SiO₂保護膜，由于SiO₂在高溫下具有較低的氧分壓和氧擴散系數(shù)，因此，CMC-SiC在空氣或干氧環(huán)境中具有非常好的抗氧化性能。但是在發(fā)動機燃燒室環(huán)境下，在CMC-SiC表面所形成的SiO₂保護膜，會被燃氣環(huán)境中的水蒸氣和熔鹽雜質(zhì)所侵蝕，喪失對內(nèi)部復(fù)合材料的保護作用，從而使CMC-SiC部件的使用性能急劇下降。通過在CMC-SiC表面制備EBC涂層，可以克服CMC-SiC在發(fā)動機燃燒室環(huán)境下因氧化、腐蝕造成的失效，保障CMC-SiC部件在發(fā)動機燃燒室環(huán)境下的環(huán)境耐久性，滿足航空發(fā)動機部件安全性和長壽命的要求。

EBC涂層的壽命是EBC涂層可靠性的重要保障。采用全環(huán)境因素模擬測試（即在真實燃氣環(huán)境中對EBC涂層進行考核）可獲得EBC涂層的壽命，但是采用全環(huán)境因素模擬測試需要耗費較長的時間，而且測試設(shè)備和環(huán)境考核試驗的成本也很高，通常只在工業(yè)部門進行類似的試驗。因此，如何在耗時較短且成本較低的條件下預(yù)測EBC涂層壽命是EBC涂層研究與應(yīng)用過程的關(guān)鍵問題之一。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術(shù)問題

為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種環(huán)境屏障涂層EBC壽命預(yù)測的方法，耗時短、成本低的EBC涂層壽命預(yù)測方法，該方法在EBC涂層服役早期，采集適當?shù)膶嶒灁?shù)據(jù)，實現(xiàn)對EBC涂層壽命的預(yù)測。

技術(shù)方案

一種環(huán)境屏障涂層EBC壽命預(yù)測的方法，其特征在于步驟如下：

步驟1、制備構(gòu)件和試樣件：在制備構(gòu)件時同時制備隨爐試樣件，在構(gòu)件和試樣件的表面上制備碳化硅粘結(jié)層，在碳化硅粘結(jié)層表面制備EBC涂層，試樣件上粘結(jié)層厚度以及EBC涂層的材料種類與厚度應(yīng)與構(gòu)件相一致；

步驟2：將試樣件置入燃燒室的模擬環(huán)境中，通過掃描電子顯微鏡SEM測量試樣件上由于模擬燃氣環(huán)境中的氧以及水蒸氣與碳化硅反應(yīng)并在其表面形成的SiO₂層厚度通過建立不同氧化腐蝕時間與SiO₂厚度的對應(yīng)關(guān)系，通過數(shù)據(jù)擬合，獲得k_p氧化腐蝕動力學(xué)常數(shù)，單位為μm²/小時，其中t為氧化腐蝕時間；

步驟3：根據(jù)預(yù)測EBC涂層的壽命，其中：t_壽命為EBC涂層壽命，單位為小時，為SiO₂層的臨界厚度，k_p為氧化腐蝕動力學(xué)常數(shù)μm²/小時。

所述碳化硅粘結(jié)層的厚度為10～30μm。

所述EBC涂層的厚度為50～200μm。

所述EBC涂層材料為：BSAS（(1-x)BaO-xSrO-Al₂O₃-SiO₂）、稀土硅酸鹽或稀土鋯酸鹽。

所述SiO₂層的臨界厚度為5.5～6μm。

所述SiO₂層的臨界厚度為5.5μm。

有益效果