CN109855939A - 一种热障涂层结构模拟脱粘缺陷界面热阻等效试件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热障涂层结构模拟脱粘缺陷界面热阻等效试件及其制备方法，所述试件包括高温合金基体、热障涂层和热阻填充材料，其中：热障涂层喷涂在高温合金基体的上表面；高温合金基体的上表面加工有盲孔；热阻填充材料填充在盲孔中。本发明的模拟脱粘缺陷试件从形态上来看更加接近真实脱粘缺陷，且在涂层与高温合基体之间添加高铝耐火纤维绝热材料模拟等效热阻，使试验效果更加接近真实值。试验结果表明本发明的温差比盲孔温差大。本发明能根据填充高铝耐火纤维的大小和体积控制缺陷的位置和尺寸，且热波在被测试件中的热传导与真实情况相似。本发明的界面热阻等效方法应用在热障涂层结构脱粘缺陷及其他类型缺陷的检测效果中具有良好的效果。

Description

一种热障涂层结构模拟脱粘缺陷界面热阻等效试件及其制备 方法

技术领域

本发明涉及一种热障涂层结构模拟脱粘缺陷试件及其制备方法。

背景技术

热障涂层材料具有低热导性、耐高温氧化等特点，被广泛于航空航天、动力机械、核化工等高温、高热流环境中。热障涂层通常在高温高热流环境下工作，工作过程中所产生的热应力以及制备过程中金属缓冲层处产生的残余应力，易使金属缓冲层处含缺陷部分出现应力集中现象，促使缺陷不断扩大，造成陶瓷层从金属基体上剥落，产生脱粘缺陷，从而导致热障涂层提早失效。因而利用新型无损检测技术对热障涂层结构脱粘缺陷进行检测非常必要。红外热波检测技术具有单次检测面积大、速度快、非接触、可单面检测、可在现场使用、安全以及操作简便等优点。

同时，热障涂层本身即是对热传导起阻碍作用的涂层，本质上就是为达到某一热传导目的所制备的物质结构，通过热传导的异常反映热障涂层的损伤缺陷非常直观可靠。由于在热障涂层结构试件中制备模拟脱粘缺陷尚未有较佳的方法，当前应用最多的是利用盲孔模拟材料表面下脱粘缺陷的方法来代替真实脱粘缺陷，采用这种方法制备的脱粘缺陷在热流传递流向上（几何形态上）与真实脱粘缺陷有着明显差异，这种差异会使温差相差较大（改变热波在试件中的传递流向，在一定程度上影响了热障涂层结构模拟脱粘缺陷红外热波无损检测试验结果）。

发明内容

为了克服上述不足，本发明提供了一种能够控制缺陷的位置和尺寸且热波在试件中的传递流向与真实情况更加逼近的热障涂层结构模拟脱粘缺陷界面热阻等效试件及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种热障涂层结构模拟脱粘缺陷界面热阻等效试件，包括高温合金基体、热障涂层和热阻填充材料，其中：

所述热障涂层喷涂在高温合金基体的上表面；

所述高温合金基体的上表面加工有盲孔；

所述热阻填充材料填充在盲孔中。

一种上述热障涂层结构模拟脱粘缺陷界面热阻等效试件的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：高温合金基体的上表面用五轴机床加工不同直径和深度的盲孔；

步骤二：将高温合金基体放置到喷砂装置内底座上，高温合金基体在丙酮中清洗除油后，对加工完成后的高温合金基体上表面进行光滑处理；

步骤三：在盲孔中按直径和深度填充足量的热阻填充材料，保证顶部与高温合金基体上表面齐平；

步骤四：在高温合金基体上表面进行激光熔覆技术喷涂热障涂层。

相比于现有技术，本发明具有如下优点：

1、本发明的模拟脱粘缺陷试件从形态上来看更加接近真实脱粘缺陷，且在涂层与高温合金基体之间添加高铝耐火纤维绝热材料模拟等效热阻，使试验效果更加接近真实值。试验结果表明本发明的温差比盲孔温差大。

2、本发明能根据填充高铝耐火纤维的大小和体积控制缺陷的位置和尺寸，且热波在被测试件中的热传导与真实情况相似。

3、本发明的界面热阻等效方法应用在热障涂层结构脱粘缺陷及其他类型缺陷的检测效果中具有良好的效果。

附图说明

图1为本发明的热障涂层结构模拟脱粘缺陷界面热阻等效试件的原理示意图。

图2为本发明的热障涂层结构模拟脱粘缺陷界面热阻等效试件的局部放大图；

图3为本发明热障涂层结构模拟脱粘缺陷界面热阻等效试件与现有技术盲孔方法的试件表面温差变化曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

具体实施方式一：如图1和图2所示，本实施方式提供了一种的热障涂层结构模拟脱粘缺陷界面热阻等效试件包括高温合金基体1、热障涂层2和热阻填充材料3，其中：热障涂层2喷涂在高温合金基体1的上表面，高温合金基体1的上表面加工有盲孔，热阻填充材料3填充在盲孔中；通过在高温合金基体1上加工不同直径及深度的盲孔和设置热阻填充材料3的体积来模拟不同深度的脱粘缺陷。这种方式从形态上来看更加接近真实脱粘缺陷。

本实施方式中，通过设置热阻填充材料3的体积、形状和位置等效脱粘缺陷界面热阻，使热波在试件中的传递流向与真实情况相似。

本实施方式中，高温合金基体1和热障涂层2脱粘等效二者的界面接触热阻。

本实施方式中，所述热障涂层2为陶瓷面层，具有导热性低、熔点高、化学惰性好。

本实施方式中，所述热阻填充材料3与盲孔的配合为过盈配合。

本实施方式中，所述热阻填充材料3根据盲孔的直径和深度模拟缺陷的大小填充其中，热阻填充材料3与盲孔填充时，接触面周围不留空隙。

本实施方式中，所述热阻填充材料3为高铝耐火纤维。高铝耐火纤维为氧化铝含量在58%以上，Al₂O₃和SiO₂纯度大于98.5%的高纯非晶态纤维热耐火材料，最高使用温度为1400℃，长期使用温度为1200℃。把高铝纤维与多晶纤维按一定比例混合，可以加工成各种混合纤维制品。使用温度与加入的多晶纤维比例有关，使用温度范围为1200~1450℃。

本实施方式中，高温合金基体1和热障涂层2接触压力要控制在0.4~0.7MPa，并严格控制高温合金基体1和热障涂层2之间的接触压力，压力的变化也会导致界面接触热阻的变化。

具体实施方式二：本实施方式提供了一种具体实施方式一所述热障涂层结构模拟脱粘缺陷试件的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：

步骤一：按照加工盲孔设计要求，在计算机上绘制加工盲孔曲线；

步骤二：根据设计要求，选择并定义加工刀具；

步骤三：在盲孔曲线上指定控制点，并给定控制点的刀轴方向和深度；

步骤四：根据控制点的刀轴方向和深度插值计算出曲线上其他各点的刀轴方向和深度，生成五轴路径；

步骤五：将高温合金基体固定在夹座上，五轴机床在高温合金基体的上表面加工不同直径和深度的盲孔；

步骤六：将高温合金基体放置到喷砂装置内底座上，高温合金基体在丙酮中清洗除油后，对加工完成的高温合金基体上表面进行光滑处理；

步骤七：在盲孔中按直径和深度填充足量的高铝耐火纤维，保证顶部与上表面齐平；

步骤八：在高温合金基体上表面进行激光熔覆技术喷涂热障涂层，在1000℃高温下按照高温合金基体的上表面控制灼烧时间，使热障涂层和高温合金基体在受热时，二者接触表面会有热流收缩现象，阻碍热流的热传导。

本实施方式的热障涂层结构模拟脱粘缺陷界面热阻等效试件与现有技术盲孔方法的试件表面温差变化曲线如图3所示。由图3可知，本发明的温差比盲孔温差大。

Claims (8)

1.一种热障涂层结构模拟脱粘缺陷界面热阻等效试件，其特征在于所述试件包括高温合金基体、热障涂层和热阻填充材料，其中：

所述热障涂层喷涂在高温合金基体的上表面；

所述高温合金基体的上表面加工有盲孔；

所述热阻填充材料填充在盲孔中。

2.根据权利要求1所述的热障涂层结构模拟脱粘缺陷界面热阻等效试件，其特征在于所述热障涂层为陶瓷面层。

3.根据权利要求1所述的热障涂层结构模拟脱粘缺陷界面热阻等效试件，其特征在于所述热阻填充材料与盲孔的配合为过盈配合。

4.根据权利要求1所述的热障涂层结构模拟脱粘缺陷界面热阻等效试件，其特征在于所述热阻填充材料根据盲孔的直径和深度模拟缺陷的大小填充其中，热阻填充材料与盲孔填充时，接触面周围不留空隙。

5.根据权利要求1、3或4所述的热障涂层结构模拟脱粘缺陷界面热阻等效试件，其特征在于所述热阻填充材料为高铝耐火纤维。

6.根据权利要求5所述的热障涂层结构模拟脱粘缺陷界面热阻等效试件，其特征在于所述高铝耐火纤维为氧化铝含量在58%以上，Al₂O₃和SiO₂纯度大于98.5%的高纯非晶态纤维热耐火材料。

7.根据权利要求1所述的热障涂层结构模拟脱粘缺陷界面热阻等效试件，其特征在于所述高温合金基体和热障涂层接触压力控制在0.4~0.7MPa。

8.一种权利要求1-7任一权利要求所述热障涂层结构模拟脱粘缺陷界面热阻等效试件的制备方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

步骤一：高温合金基体的上表面用五轴机床加工不同直径和深度的盲孔；

步骤二：将高温合金基体放置到喷砂装置内底座上，高温合金基体在丙酮中清洗除油后，对加工完成后的高温合金基体上表面进行光滑处理；

步骤三：在盲孔中按直径和深度填充热阻填充材料，保证顶部与高温合金基体上表面齐平；

步骤四：在高温合金基体上表面进行激光熔覆技术喷涂热障涂层。