CN115683396A - 一种金属基底热流传感器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属基底热流传感器及其制备方法，该金属基底热流传感器包括金属基底，其上设有电气隔离层、热电偶功能层、高温防护层、热障层，其中电气隔离层是由NiCrAlY薄膜、钇稳定氧化锆薄膜和Al₂O₃薄膜堆叠而成的复合陶瓷绝缘层。其制备方法包括依次在金属基底上制备电气隔离层、热电偶功能层、高温防护层、热障层。本发明金属基底热流传感器具有测量热流大、耐高温性能优异、测量精度高、稳定性好等优点，可广泛用于监控航空航天发动机各个高温部件在高温条件下的热传输及热流分布，使用价值高，应用前景好。同时，本发明制备方法具有制备工艺简单、操作方便、成本低廉等优点，适合于大规模制备，利于工业化应用。

Description

一种金属基底热流传感器及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种金属基底热流传感器及其制备方法。

背景技术

航空航天发动机工作过程所产生的高温燃气流主要以热辐射、热传导方式向发动机仪器舱传递大量的热量，在发动机的工作过程中要实时监控发动机的热传输及热流分布，避免由于热量传输异常导致舱内仪器在过热环境下工作，影响发动机系统工作的可靠性。为了保障大推力发动机的正常工作，需要在发动机各个关键热节点部位利用热流传感器进行实时热量传输精确监测，为相应的改进设计提供可靠的依据。

目前，实现热流测量的主要技术途径有线绕式热流传感器、半导体式热流传感器、薄膜热流传感器，其中线绕式热流传感器、半导体式热流传感器存在响应时间长且误差较大的问题，薄膜热流传感器主要集中于在陶瓷基底上的薄膜热流传感器制备，但它仍然存在制备工艺复杂等缺陷。另外，大多数线绕式热流传感器、半导体式热流传感器、薄膜热流传感器应用于航空航天发动机高温部件热流测量时，需要将热流传感器安装在高温部件表面或者需要对高温部件结构进行凿孔而嵌入式安装，上述两种方式，容易破坏发动机的原有结构或者容易干扰发动机的原有热流场，从而容易对发动机的性能产生不利影响，极大的限制了它们在航空航天发动机领域的广泛应用。此外，现阶段，大多数研究还专注于陶瓷基底薄膜传感器研究和平面金属薄片的薄膜传感器研究，但是关于直接在航空航天发动机高温部件上制备薄膜热流传感器的研究还较少，而且，在本申请发明人的实际研究中发现，在航空航天发动机高温部件上直接制备薄膜热流传感器时，常规的电气隔离材料难以阻隔热电偶功能层和高温部件之间的导通，容易导致热电偶功能层产生漏电流，从而影响传感器的输出热电势，并导致传感器的测量精度大大降低，而且现有电气隔离材料与高温部件之间的热膨胀系数不一致，在高温条件下容易因为应力过大而出现开裂或分离，使得电气隔离材料的隔离效果变差，甚至失效，特别的，现有常规方法制备的电气隔离材料致密性差，也不利于实现传感器与金属基底的电气绝缘，因而难以提高热流传感器的测量精度。因此，获得一种在金属基地上原位制备的测量热流大、测量精度高、耐高温性能优异的热流传感器，对于有效监控航空航天发动机各个高温部件在高温条件下的热传输及热流分布具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种测量热流大、测量精度高、耐高温性能优异、稳定性好的金属基底热流传感器，还提供了一种制备工艺简单、操作方便、成本低廉的金属基底热流传感器的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种金属基底热流传感器，所述金属基底热流传感器包括金属基底，所述金属基底上设有电气隔离层，所述电气隔离层上设有热电偶功能层，所述热电偶功能层上设有高温防护层，所述在位于热电偶功能层上方的高温防护层上设有热障层；所述电气隔离层是由NiCrAlY薄膜、钇稳定氧化锆薄膜和Al₂O₃薄膜堆叠而成的复合陶瓷绝缘层。

上述的金属基底热流传感器，进一步改进的，所述电气隔离层中由下而上依次为NiCrAlY薄膜、钇稳定氧化锆薄膜和Al₂O₃薄膜。

上述的金属基底热流传感器，进一步改进的，所述NiCrAlY薄膜的厚度为1μm～10μm；所述NiCrAlY薄膜由NiCrAlY粉末颗粒通过等离子喷涂制备而成。

上述的金属基底热流传感器，进一步改进的，所述钇稳定氧化锆薄膜的厚度为50μm～200μm；所述钇稳定氧化锆薄膜由钇稳定氧化锆粉末颗粒通过等离子喷涂制备而成。

上述的金属基底热流传感器，进一步改进的，所述Al₂O₃薄膜的厚度为0.5μm～10μm；所述Al₂O₃薄膜由离子束溅射镀膜工艺制备而成。

上述的金属基底热流传感器，进一步改进的，所述热电偶功能层由交替串联排列的热电偶A极和热电偶B极搭接而成，所述热电偶A极和热电偶B极的搭接处形成热电偶结点；在所述热障层覆盖范围内的热电偶结点为冷端，在所述热障层覆盖范围外的热电偶结点为热端。

上述的金属基底热流传感器，进一步改进的，所述热电偶功能层中热电偶A极和热电偶B的组合方式为NiCr/NiSi、Pt/PtRh、ITO/In₂O₃中的其中一种；所述热电偶功能层的厚度为0.1μm～10μm。

上述的金属基底热流传感器，进一步改进的，所述金属基底为航空航天发动机的高温部件；所述高温部件包括发动机叶片。

上述的金属基底热流传感器，进一步改进的，所述高温防护层的厚度为1μm～5μm；所述高温防护层的材料为SiO₂、Al₂O₃、Ta₂O₅中的其中一种。

上述的金属基底热流传感器，进一步改进的，所述热障层的厚度为4μm～20μm；所述热障层的材料为SiO₂、Al₂O₃、Ta₂O₅中的其中一种。

作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种上述的金属基底热流传感器的制备方法，包括以下步骤：

S1、对金属基底进行预处理；

S2、在金属基底表面依次制备NiCrAlY薄膜、钇稳定氧化锆薄膜和Al₂O₃薄膜，形成电气隔离层；

S3、在电气隔离层表面制备热电偶功能层；

S4、在热电偶功能层表面制备高温防护层；

S5、在位于热电偶功能层上方的高温防护层表面制备热障层，使热电偶功能层的两端产生温度电势，完成对金属基底热流传感器的制备。

上述的制备方法，进一步改进的，所述S1中，所述预处理为采用丙酮和酒精依次对金属基底进行超声清洗，各清洗10min～15min。

上述的制备方法，进一步改进的，所述S2中，采用等离子喷涂法将NiCrAlY粉末颗粒喷涂到金属基底表面，形成NiCrAlY薄膜，所述NiCrAlY薄膜的制备工艺参数为：基底预热温度为200℃～500℃，粉末粒径为1μm～100μm，气体流量为10L/min～100L/min，工作电压为50V～80V，喷涂距离为20mm～100mm；采用等离子喷涂法将钇稳定氧化锆粉末颗粒喷涂到NiCrAlY薄膜表面，形成钇稳定氧化锆薄膜，所述钇稳定氧化锆薄膜的制备工艺参数为：基底预热温度为200℃～500℃，粉末粒径为10μm～100μm，气体流量为10L/min～100L/min，工作电压为50V～80V，喷涂距离为20mm～100mm；采用离子束溅射镀膜工艺在钇稳定氧化锆薄膜表面制备Al₂O₃薄膜，所述Al₂O₃薄膜的制备工艺参数为：本底真空为1×10^-4Pa～5×10^{- 4}Pa，电压为300V～500V，电流为35mA～60mA，Ar气流量为1sccm～10sccm；

上述的制备方法，进一步改进的，所述S3中，采用离子束溅射镀膜工艺在Al₂O₃薄膜表面制备热电偶功能层，所述热电偶功能层的制备工艺参数为：本底真空为1×10^-4Pa～5×10^-4Pa，电压为450V～650V，电流为40mA～60mA，Ar气流量为1sccm～10sccm。

上述的制备方法，进一步改进的，所述S4中，采用离子束溅射镀膜工艺在热电偶功能层表面制备高温防护层，所述高温防护层的制备工艺参数为：本底真空为1×10^-4Pa～5×10^-4Pa，电压为500V～700V，电流为50mA～80mA，Ar气流量为1sccm～10sccm。

上述的制备方法，进一步改进的，所述S5中，采用离子束溅射镀膜工艺在高温防护层表面制备高温防护层，所述高温防护层的制备工艺参数为：本底真空为1×10^-4Pa～5×10^-4Pa，电压为500V～700V，电流为50mA～80mA，Ar气流量为1sccm～10sccm。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

针对现有热流传感器中电气隔离层绝缘性能仍然不足以及由此导致的热流传感器仍然存在耐高温性能不足、测量热量小、测量精度低、灵敏度差、稳定性差等缺陷，且并不适用于在航空航天发动机各个高温部件表面的应用，本发明提供了一种金属基底热流传感器，直接以金属基底(包括航空航天发动机各个高温部件)为载体，在其上依次设置电气隔离层、热电偶功能层、高温防护层，在位于热电偶功能层上方的高温防护层上设有热障层，其中以由NiCrAlY薄膜、钇稳定氧化锆薄膜和Al₂O₃薄膜堆叠而成的复合陶瓷绝缘层(NiCrAlY/YSZ/Al₂O₃复合绝缘层)作为电气隔离层，在NiCrAlY/YSZ/Al₂O₃复合绝缘层中，以NiCrAlY薄膜作为金属基底与陶瓷材料YSZ的缓冲层，能有效降低各膜层之间的应力，钇稳定氧化锆(YSZ)薄膜具有在高温下性能稳定、与基底结合力强的特点，但是YSZ薄膜存在贯穿膜层的针孔缺陷，容易导致薄膜在高温下的漏电流，因而需要在YSZ薄膜表面沉积致密的Al₂O₃薄膜，从而能有效填充YSZ薄膜中的针孔缺陷，提高传感器在高温下的绝缘性能，由此构建的NiCrAlY/YSZ/Al₂O₃复合绝缘层具有非常高的绝缘电阻，特别是在1500℃条件仍可达到100KΩ以上的绝缘电阻，将其设于金属基底与热电偶功能层之间，可以确保金属基底与热电偶功能层之间的电气绝缘，因而可以防止热电偶功能层产生漏电流，从而能够确保传感器具有较大的输出热电势，且能够大大的提高传感器的测量精度。另外，本发明金属基底热流传感器中，所采用的金属基底可以是发动机的高温部件(如发动机叶片)，因而可以在发动机高温部件上直接制备热流传感器，相对于粘贴、焊接、埋设等常规方式，它对高温部件的原有结构影响极小。此外，在位于热电偶功能层上的高温防护层表面设置热障层，可以在热电偶功能层两端产生温度电势，从而实现热流的测量。本发明金属基底热流传感器具有测量热流大(可达2MW/m²)、耐高温性能优异(可达1500℃)、测量精度高(±8％FS)、稳定性好等优点，可广泛用于监控航空航天发动机各个高温部件在高温条件下的热传输及热流分布，使用价值高，应用前景好。

(2)本发明金属基底热流传感器中，电气隔离层中由下而上依次为NiCrAlY薄膜、钇稳定氧化锆薄膜和Al₂O₃薄膜，且NiCrAlY薄膜的厚度为1μm～10μm，钇稳定氧化锆薄膜的厚度为50μm～200μm，Al₂O₃薄膜的厚度为0.5μm～10μm，通过优化各膜层的厚度，使得本发明电气隔离层具有更加优异的绝缘性能的前提下尽可能的不影响发动机叶片等高温部件原有结构和气流场，这是因为若NiCrAlY薄膜的厚度过薄则难以有效降低各膜层之间的应力，以及当钇稳定氧化锆薄膜过薄时，难以获得高温下的稳定性，与此同时，若Al₂O₃薄膜过薄，则难以克服钇稳定氧化锆薄膜的针孔贯穿缺陷，也不利于提高传感器在高温下的绝缘性能，另外，当它们的厚度过大时，必然会改变发动机叶片等高温部件表面的气流场，这是不被允许的。另外，本发明中采用的NiCrAlY薄膜由NiCrAlY粉末颗粒通过等离子喷涂制备而成，钇稳定氧化锆薄膜由钇稳定氧化锆粉末颗粒通过等离子喷涂制备而成，由此制得的NiCrAlY薄膜和钇稳定氧化锆薄膜具有加优异的结合力，能够在高温条件下稳定负载在金属基底表面，有利于提高传感器的耐高温性能，而且Al₂O₃薄膜由离子束溅射镀膜工艺或设备制备而成，由此制备的Al₂O₃薄膜致密，能有效改善钇稳定氧化锆薄膜中存在的针孔缺陷。

(4)本发明金属基底热流传感器中，热电偶功能层由交替串联排列的热电偶A极和热电偶B极搭接而成，且热电偶A极和热电偶B极的搭接处形成热电偶结点，其中在热障层覆盖范围内的热电偶结点为冷端，在热障层覆盖范围外的热电偶结点为热端，此时热端和冷端存在温度差，从而能够产生热电势，该热电势与热流大小成正相关，因而通过测量冷端和热端的电势差，即可完成对热流的测量。

(5)本发明金属基底热流传感器中，通过优化高温防护层和热障层的厚度和材料类型，如高温防护层的材料为SiO₂、Al₂O₃、Ta₂O₅中的其中一种，厚度为1μm～5μm，热障层的材料为SiO₂、Al₂O₃、Ta₂O₅中的其中一种，厚度为4μm～20μm，二者协同促进，更有利于获得更大的温度电势，从而能够进一步提高传感器的测量精度和灵敏度。

(6)本发明提供了一种金属基底热流传感器的制备方法，采用原位制造的方式，直接在金属基底上制备电气隔离层、热电偶功能层、高温防护层和热障层，这有利于获得测量热流大、耐高温性能优异、测量精度高、稳定性好的热流传感器，与此同时，采用采用原位制造的方式，可以省去传统方法的粘接工艺或焊接工艺或开槽工艺，从而避免粘接工艺受温度的限制，而且也减小由于粘接层引入的测量误差，避免焊接工艺对金属基底表面造成不利影响，也能避免开槽工艺对金属基底原有结构的破坏。本发明制备方法，具有制备工艺简单、操作方便、成本低廉等优点，适合于大规模制备，利于工业化应用。

附图说明

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

图1为本发明实施例1中金属基底热流传感器的外观结构示意图。

图2为本发明实施例1中金属基底热流传感器的截面结构示意图。

图3为本发明实施例1中发动机叶片薄膜温度传感器的制备工艺流程图。

图例说明：

1、金属基底；2、电气隔离层；3、热电偶A极；4、热电偶B极；5、高温防护层；6、热障层。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

实施例

针对现有热流传感器(如线绕式热流传感器、半导体式热流传感器、薄膜热流传感器)中存在的耐高温性能不足、测量热量小、测量精度低、灵敏度差、稳定性差等缺陷，且并不适用于在航空航天发动机各个高温部件表面的应用，本发明提供了一种金属基底热流传感器，直接以金属基底(包括航空航天发动机各个高温部件)为载体，在其上依次设置电气隔离层、热电偶功能层、高温防护层，在位于热电偶功能层上方的高温防护层上设有热障层，其中以由NiCrAlY薄膜、钇稳定氧化锆薄膜和Al₂O₃薄膜堆叠而成的复合陶瓷绝缘层(NiCrAlY/YSZ/Al₂O₃复合绝缘层)作为电气隔离层，在NiCrAlY/YSZ/Al₂O₃复合绝缘层中，以NiCrAlY薄膜作为金属基底与陶瓷材料YSZ的缓冲层，能有效降低各膜层之间的应力，钇稳定氧化锆(YSZ)薄膜具有在高温下性能稳定、与基底结合力强的特点，但是YSZ薄膜存在贯穿膜层的针孔缺陷，容易导致薄膜在高温下的漏电流，因而需要在YSZ薄膜表面沉积致密的Al₂O₃薄膜，从而能有效填充YSZ薄膜中的针孔缺陷，提高传感器在高温下的绝缘性能，由此构建的NiCrAlY/YSZ/Al₂O₃复合绝缘层具有非常高的绝缘电阻，特别是在1500℃条件仍可达到100KΩ以上的绝缘电阻，将其设于金属基底与热电偶功能层之间，可以确保金属基底与热电偶功能层之间的电气绝缘，因而可以防止热电偶功能层产生漏电流，从而能够确保传感器具有较大的输出热电势，且能够大大的提高传感器的测量精度。另外，本发明金属基底热流传感器中，所采用的金属基底可以是发动机的高温部件(如发动机叶片)，因而可以在发动机高温部件上直接制备热流传感器，相对于粘贴、焊接、埋设等常规方式，它对高温部件的原有结构影响极小。此外，在位于热电偶功能层上的高温防护层表面设置热障层，可以在热电偶功能层两端产生温度电势，从而实现热流的测量。本发明金属基底热流传感器具有测量热流大(可达2MW/m²)、耐高温性能优异(可达1500℃)、测量精度高(±8％FS)、稳定性好等优点，可广泛用于监控航空航天发动机各个高温部件在高温条件下的热传输及热流分布，使用价值高，应用前景好。

为了更好的理解本发明技术方案的创新所在，作为本发明技术方案中的其中一个案例，如图1和图2所示，一种金属基底热流传感器，包括金属基底1，金属基底1上设有电气隔离层2，电气隔离层2上设有热电偶功能层，热电偶功能层上设有高温防护层5，在位于热电偶功能层上方的高温防护层5上设有热障层6，其中电气隔离层2是由NiCrAlY薄膜、钇稳定氧化锆薄膜和Al₂O₃薄膜堆叠而成的复合陶瓷绝缘层，具体的，电气隔离层2中由下而上依次为NiCrAlY薄膜、钇稳定氧化锆薄膜和Al₂O₃薄膜。

本实施例中，NiCrAlY薄膜的厚度为5μm，由NiCrAlY粉末颗粒通过等离子喷涂制备而成。

本实施例中，钇稳定氧化锆薄膜的厚度为200μm，由钇稳定氧化锆粉末颗粒通过等离子喷涂制备而成；

本实施例中，Al₂O₃薄膜的厚度为10μm，由离子束溅射镀膜工艺或设备制备而成。

本实施例中，热电偶功能层由交替串联排列的热电偶A极3和热电偶B极4搭接而成，热电偶A极和热电偶B极的搭接处形成热电偶结点，其中在热障层覆盖范围内的热电偶结点为冷端，在热障层覆盖范围外的热电偶结点为热端。本发明中，热电偶A极3和热电偶B极4分别连接有金属引线，利用金属引线引出电信号，完成对热流的测量。

本实施例中，热电偶功能层中热电偶A极和热电偶B的组合方式为Pt/PtRh，且热电偶功能层的厚度为1μm。

本实施例中，金属基底为发动机叶片。

本实施例中，高温防护层的厚度为5μm，该高温防护层的材料为SiO₂。

本实施例中，热障层的厚度为10μm，该热障层的材料为SiO₂。

进一步的，还提供了一种上述本实施例中的金属基底热流传感器的制备方法，如图3所示，包括以下步骤：

S1、对金属基底(发动机叶片)进行预处理，具体为：采用丙酮和酒精依次对金属基底进行超声清洗，各清洗15min。

S2、在金属基底表面依次制备NiCrAlY薄膜、钇稳定氧化锆薄膜和Al₂O₃薄膜，形成电气隔离层，具体是：

S2-1、采用等离子喷涂法将NiCrAlY粉末颗粒喷涂到金属基底表面，得到NiCrAlY薄膜，等离子喷涂工艺的参数为：基底预热温度300℃，粉末粒径10μm，气体流量60L/min，工作电压65V，喷涂距离70mm。

S2-2、采用等离子喷涂法将钇稳定氧化锆粉末颗粒喷涂到NiCrAlY薄膜表面，得到钇稳定氧化锆薄膜等离子喷涂工艺的参数为：基底预热温度350℃，粉末粒径20μm，气体流量60L/min，工作电压65V，喷涂距离60mm。

S2-3、采用离子束溅射镀膜工艺在钇稳定氧化锆薄膜表面制备Al₂O₃薄膜，离子束溅射镀膜工艺参数为：本底真空2×10^-4Pa，电压400V，电流40mA，Ar气流量4sccm。

S3、在电气隔离层表面制备热电偶功能层，具体为：采用离子束溅射工艺依次制备热电偶A极(Pt)和热电偶B(PtRh)，并使热电偶A极(Pt)和热电偶B(PtRh)交替串联排列搭接在一起，其中热电偶A极(Pt)和热电偶B(PtRh)的离子束溅射工艺参数为：本底真空2×10^{- 4}Pa，电压550V，电流50mA，Ar气流量4sccm。

S4、在热电偶功能层表面制备高温防护层，具体为：采用离子束溅射工艺制备SiO₂薄膜，作为高温防护层，其中SiO₂薄膜的离子束溅射工艺参数为：本底真空2×10^-4Pa，电压600V，电流70mA，Ar气流量4sccm。

S5、采用离子束溅射镀膜工艺在位于热电偶功能层上方的高温防护层表面制备热障层，具体为：采用离子束溅射工艺制备SiO₂薄膜，作为热障层，其中SiO₂薄膜的离子束溅射工艺参数为：本底真空2×10^-4Pa，电压600V，电流70mA，Ar气流量4sccm，使热电偶功能层的两端产生温度电势，完成对金属基底热流传感器的制备。

经测试，实施例1制备的金属基底热流传感器，可测试2MW/m²以上的热流，且可承受1500℃以上的高温，同时测量精度高达±8％FS。然而，若采用其他类型电气隔离层所构建的热流传感器，其测量热流范围一般低于1MW/m²，误差达到±20％以上。

因此，本发明金属基底热流传感器具有测量热流大(可达2MW/m²)、耐高温性能优异(可达1500℃)、测量精度高(±8％FS)、稳定性好等优点，可广泛用于监控航空航天发动机各个高温部件在高温条件下的热传输及热流分布，使用价值高，应用前景好。

以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种金属基底热流传感器，其特征在于，所述金属基底热流传感器包括金属基底，所述金属基底上设有电气隔离层，所述电气隔离层上设有热电偶功能层，所述热电偶功能层上设有高温防护层，所述在位于热电偶功能层上方的高温防护层上设有热障层；所述电气隔离层是由NiCrAlY薄膜、钇稳定氧化锆薄膜和Al₂O₃薄膜堆叠而成的复合陶瓷绝缘层。

2.根据权利要求1所述的金属基底热流传感器，其特征在于，所述电气隔离层中由下而上依次为NiCrAlY薄膜、钇稳定氧化锆薄膜和Al₂O₃薄膜。

3.根据权利要求2所述的金属基底热流传感器，其特征在于，所述NiCrAlY薄膜的厚度为1μm～10μm；所述NiCrAlY薄膜由NiCrAlY粉末颗粒通过等离子喷涂制备而成；

所述钇稳定氧化锆薄膜的厚度为50μm～200μm；所述钇稳定氧化锆薄膜由钇稳定氧化锆粉末颗粒通过等离子喷涂制备而成；

所述Al₂O₃薄膜的厚度为0.5μm～10μm；所述Al₂O₃薄膜由离子束溅射镀膜工艺制备而成。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的金属基底热流传感器，其特征在于，所述热电偶功能层由交替串联排列的热电偶A极和热电偶B极搭接而成，所述热电偶A极和热电偶B极的搭接处形成热电偶结点；在所述热障层覆盖范围内的热电偶结点为冷端，在所述热障层覆盖范围外的热电偶结点为热端。

5.根据权利要求4所述的金属基底热流传感器，其特征在于，所述热电偶功能层中热电偶A极和热电偶B的组合方式为NiCr/NiSi、Pt/PtRh、ITO/In₂O₃中的其中一种；所述热电偶功能层的厚度为0.1μm～10μm。

6.根据权利要求1～3中任一项所述的金属基底热流传感器，其特征在于，所述金属基底为航空航天发动机的高温部件；所述高温部件包括发动机叶片。

7.根据权利要求1～3中任一项所述的金属基底热流传感器，其特征在于，所述高温防护层的厚度为1μm～5μm；所述高温防护层的材料为SiO₂、Al₂O₃、Ta₂O₅中的其中一种。

8.根据权利要求1～3中任一项所述的金属基底热流传感器，其特征在于，所述热障层的厚度为4μm～20μm；所述热障层的材料为SiO₂、Al₂O₃、Ta₂O₅中的其中一种。

9.一种如权利要求1～8中任一项所述的金属基底热流传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、对金属基底进行预处理；

S2、在金属基底表面依次制备NiCrAlY薄膜、钇稳定氧化锆薄膜和Al₂O₃薄膜，形成电气隔离层；

S3、在电气隔离层表面制备热电偶功能层；

S4、在热电偶功能层表面制备高温防护层；

S5、在位于热电偶功能层上方的高温防护层表面制备热障层，使热电偶功能层的两端产生温度电势，完成对金属基底热流传感器的制备。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述S1中，所述预处理为采用丙酮和酒精依次对金属基底进行超声清洗，各清洗10min～15min；

所述S2中，采用等离子喷涂法将NiCrAlY粉末颗粒喷涂到金属基底表面，形成NiCrAlY薄膜，所述NiCrAlY薄膜的制备工艺参数为：基底预热温度为200℃～500℃，粉末粒径为1μm～100μm，气体流量为10L/min～100L/min，工作电压为50V～80V，喷涂距离为20mm～100mm；采用等离子喷涂法将钇稳定氧化锆粉末颗粒喷涂到NiCrAlY薄膜表面，形成钇稳定氧化锆薄膜，所述钇稳定氧化锆薄膜的制备工艺参数为：基底预热温度为200℃～500℃，粉末粒径为10μm～100μm，气体流量为10L/min～100L/min，工作电压为50V～80V，喷涂距离为20mm～100mm；采用离子束溅射镀膜工艺在钇稳定氧化锆薄膜表面制备Al₂O₃薄膜，所述Al₂O₃薄膜的制备工艺参数为：本底真空为1×10^-4Pa～5×10^-4Pa，电压为300V～500V，电流为35mA～60mA，Ar气流量为1sccm～10sccm；

所述S3中，采用离子束溅射镀膜工艺在Al₂O₃薄膜表面制备热电偶功能层，所述热电偶功能层的制备工艺参数为：本底真空为1×10^-4Pa～5×10^-4Pa，电压为450V～650V，电流为40mA～60mA，Ar气流量为1sccm～10sccm；

所述S4中，采用离子束溅射镀膜工艺在热电偶功能层表面制备高温防护层，所述高温防护层的制备工艺参数为：本底真空为1×10^-4Pa～5×10^-4Pa，电压为500V～700V，电流为50mA～80mA，Ar气流量为1sccm～10sccm；

所述S5中，采用离子束溅射镀膜工艺在高温防护层表面制备高温防护层，所述高温防护层的制备工艺参数为：本底真空为1×10^-4Pa～5×10^-4Pa，电压为500V～700V，电流为50mA～80mA，Ar气流量为1sccm～10sccm。

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