[發明專利]一種基于粉末火焰噴涂的高溫熔融熱電偶傳感器制造方法

在審

• 申請號: 201711467732.1
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN108193163A
• 公開（公告）日: 2018-06-22
• 發明（設計）人: 徐毅;熊慶榮;石小江;陳洪敏;楊柯
• 申請（專利權）人: 中國航發四川燃氣渦輪研究院
• 主分類號: C23C4/129
• 分類號: C23C4/129;C23C4/11;C23C4/02;G01K7/02
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

本發明屬于航空測試技術領域，具體涉及一種基于粉末火焰噴涂的高溫熔融熱電偶傳感器制造方法，是一種新型的熱電偶結構形式。本發明通過對航空發動機渦輪葉片進行表面預處理；接著利用火焰噴涂將耐高溫絕緣材料Al₂O₃粉末材料熔融后噴射到渦輪葉片基體上，完成絕緣層制備；然后利用火焰噴涂工藝分別噴涂熱電偶功能層的正負極，使涂層與絕緣基體之間形成牢固的冶金結合，完成功能層制備；最后再次利用耐高溫絕緣材料Al₂O₃粉末材料制備保護層。本發明基于粉末火焰噴涂技術直接制備熱電偶傳感器于渦輪葉片表面，可精確測量與實時監測渦輪轉子葉片的表面溫度。

技術領域

本發明屬于航空測試技術領域，具體涉及一種基于粉末火焰噴涂的高溫熔融熱電偶傳感器制造方法。

背景技術

渦輪是航空發動機三大關鍵部件之一。為了提高推重比，一個重要技術途徑是提高渦輪前溫度。通常燃燒室出口燃氣溫度分布不均勻,表現為具有高溫核心的燃氣流，這將導致渦輪進口處溫度的非均勻性進一步增強。承受著巨大熱負荷的渦輪轉子葉片還在熾熱的高溫高壓燃氣流中高速旋轉，非常大的熱梯度將使渦輪葉片經受嚴重的熱應力和應變，渦輪葉片的蠕變壽命將會大幅度下降。因此，為了提高葉片的安全工作可靠性，延長其壽命，就必須準確的測量及實時監測、研究分析渦輪葉片的溫度分布，以便在葉片設計、材料、冷卻、結構、工藝、安裝上采取有效的措施，主動控制合理的溫度分布。

英﹑美﹑俄等航空技術發達國家投入了大量的人力物力研發用于渦輪部件溫度測試的傳感器和設備儀器，最常用的主要有鎧裝熱電偶、紅外傳感器、晶體傳感器及示溫漆等，大都用于渦輪靜止葉片。

我國開展航空發動機渦輪葉片測試技術研究較晚，投入有限，測試技術水平較低，自主研發的用于渦輪部件溫度測試的傳感器和設備儀器較少。從國外引進的紅外測溫設備，由于紅外傳感器本身難以承受高的環境溫度，需要冷卻，冷卻氣流會破壞試驗件流場和溫度場分布；紅外測溫受發射率影響較大，存在測量誤差大，溫度分辨率及空間分辨率低等問題。而鎧裝熱電偶測溫技術，是一種浸入式測量方法，然而該方法破壞了葉片結構，葉片傳熱性能發生改變，降低了測量精度，且在葉片尾緣等厚度較薄的薄壁結構中無法埋設鎧裝熱電偶進行測量；晶體測溫與示溫漆測溫技術無需測試引線，但只能獲得試驗狀態的最高溫度，不能在試驗過程中進行監測和測量。針對高壓渦輪工作葉片溫度測試的急迫需求及現有技術水平的局限性，急需尋求一種測量精度高，對試驗件無破壞，對試驗過程無影響的測試技術，該技術同時需具備實時監測及保證在惡劣工況下可靠工作等特點，滿足發動機的研制需求。

發明內容

本發明的目的：為了解決渦輪葉片測溫困難，對渦輪葉片結構破壞大，不能精確測量和實時監測問題。本發明利用粉末火焰噴涂技術直接制備高溫熔融熱電偶在渦輪葉片表面，對渦輪葉片無破壞，對試驗過程無影響，高溫熔融熱電偶涂層薄，附著牢靠，可有效完成高溫、高壓和高轉速環境下渦輪葉片表面溫度的精確測量和實時監測。

本發明的技術方案：

為了解決上述技術問題，本發明提供的一種基于粉末火焰噴涂的高溫熔融熱電偶傳感器制造方法，先對渦輪葉片表面進行預處理，除去葉片表面各種異物，提供適合于涂裝要求的良好基底；采用粉末火焰噴涂Al₂O₃粉末材料完成絕緣涂層的制備，其后，采用粉末火焰噴涂分別噴涂熱電偶功能層的正負極，最后再次采用粉末火焰噴涂Al₂O₃粉末材料完成對功能層的保護。

所述的一種基于粉末火焰噴涂的高溫熔融熱電偶傳感器制造方法，包括如下步驟：

步驟1：表面預處理；

步驟2：絕緣層制備

對不需噴涂絕緣層的部位用高溫絕緣膠帶保護后，使用粉末火焰噴槍噴涂Al₂O₃粉末材料，噴嘴垂直于渦輪葉片表面，形成絕緣層；