[發明專利]一種超高溫水氧環境下原位微納米壓痕測試系統及其方法

在審

• 申請號: 202011156254.4
• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN112229752A
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 曲兆亮;白浩然;呂伯文;王一光;方岱寧
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01N3/56
• 分類號: G01N3/56
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理有限公司 11360
• 代理人: 王巖

本發明公開了一種超高溫水氧環境下原位微納米壓痕測試系統及其方法。本發明將傳統的管式爐中水平放置的防護管道改為豎直放置，壓桿和試樣平臺分別從豎直放置的防護管道的兩頭進入，既避免了在管壁上打孔，又避免了選用大直徑的防護管道使得選用更長的壓桿；本發明選用了長程滑軌，在試樣進行水氧考核期間將箱體通過滑軌移動到遠離壓桿驅動器，完成水氧考核后，將箱體通過滑軌移動到壓桿下方，完成壓痕測試；本發明采用一體化設計，能夠在1600℃高溫環境下對涂層試樣進行任意水氧比例考核后開展原位微納米壓痕測試，實現涂層試樣在超高溫水氧環境下的力學性能的原位表征，可行性高，操作簡單。

技術領域

本發明涉及超高溫力學測試技術，具體涉及一種超高溫水氧環境下原位微納米壓痕測試系統及其測試方法。

背景技術

提高發動機渦輪進口溫度和降低結構重量是發展下一代先進航空發動機和大涵道比民用發動機的關鍵。作為高溫合金的替代品，SiC/SiC復合材料制作成耐更高溫度的熱結構件已經在商用發動機中應用，其中環境障涂層是其成功應用的關鍵。環境障涂層(EBC)是解決SiC/SiC熱端部件在發動機環境下長時間服役的必然選擇，它可有效阻擋燃氣環境對SiC/SiC造成的腐蝕損傷，避免SiC/SiC陶瓷基復合材料熱端部件性能急劇惡化。為了解決在燃燒室復雜環境下保障SiC/SiC復合材料長壽命使役穩定性這一核心問題，目前國內外環境障涂層的研究主要集中在涂層材料抗腐蝕性能的表征和優化。其中，表征帶環境障涂層SiC/SiC在超高溫水氧環境考核后的力學性能尤為重要。涂層的力學性能包括硬度、強度、彈性模量、斷裂韌性等。表征涂層的力學性能，對帶環境障涂層SiC/SiC復合材料的結構設計、考核指標確定、健康評價和壽命預測等具有重要意義。特別地，相較于離位力學測試，原位力學測試能夠準確地表征涂層在超高溫水氧環境下的力學性能參數。

常規上，帶環境障涂層SiC/SiC復合材料試樣經超高溫水氧考核后進行力學性能表征分為兩步進行：第一步，將試樣在管式爐進行超高溫水氧考核；第二步，將考核后的試樣從管式爐取出，轉移到超高溫微納米壓痕裝置中并固定在試樣平臺上，再通過超高溫微納米壓痕測試技術表征試樣的力學性能。將試樣從管式爐轉移到高溫壓痕裝置的過程中，試樣溫度和位置的變化會導致應力釋放等問題。因此，現有裝置和實驗方法無法表征試樣在真實服役環境下的力學性能。

因此，如何表征帶環境障涂層SiC/SiC復合材料在超高溫水氧環境下的原位力學性能，為環境障涂層材料抗腐蝕性能表征和優化研究提供涂層的原位力學性能參數，已成為了當前國內超高溫試驗儀器研發的重要課題。

發明內容

為了解決原位測量的技術問題，本發明提出了一種超高溫水氧環境下原位微納米壓痕測試系統及其測試方法，完成帶環境障涂層SiC/SiC復合材料在超高溫水氧環境下力學性能和行為的原位表征。

本發明的一個目的在于提出一種超高溫水氧環境下原位微納米壓痕測試系統。