CN201653844U - 热障涂层抗高温氧化性能测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于涂层材料测试技术，特别涉及一种热障涂层抗高温氧化性能的测试装置。本实用新型采用了计算机与测试天平有机结合，由计算机自动控制数据采集过程，输出便于处理的数字化的数据。又加热装置采用了陶瓷套管、防震板以及测试样品的垂挂加热、称量等结构，利用电子分析天平对热障涂层样品在高温状态下实时重量变化的灵敏计量，致使获得的测试数据精准。同时采用了自动化温度控制器，通过热电偶的实时探测，控制测试所需的温度。本实用新型测试温度为室温至1600℃之间可调，测试时间任意可调，数据采集间隔时间1s以上任意可调，能在线测量热障涂层在高温下的氧化增重情况。

Description

热障涂层抗高温氧化性能测试装置

技术领域

本实用新型属于涂层材料测试技术，特别涉及一种热障涂层抗高温氧化性能的测试装置。

背景技术

现代相当部分的工业发动机在实际工作状态下，高温段的涡轮进口温度接近或超过了金属部件(如涡轮叶片)的材质熔点，因而必须将在高温区域工作的金属部件上制备热障涂层(TBCs)，以此降低工作部件其金属基体的工作温度，保证基体材料在高温氧化、磨损和腐蚀等恶劣环境下的使用寿命。热障涂层的系统典型结构是由表面的陶瓷热障层和中间的金属粘结层组成。热障涂层最先在19世纪70年代应用于喷气式飞机发动机中，在不断的推广和改进后，如今已广泛应用于航空和陆基发动机高温段的主要部件中，如涡轮叶片、喷嘴导向叶片、燃烧室内衬以及过渡件等。

然而，热障涂层在高温下工作一定时间后，由于涂层系统发生一定程度的高温氧化，表面的陶瓷热障层与中间的金属粘结层之间会产生热生长氧化物(TGO)，造成涂层失效脱落等。在热障涂层的诸多性能中，抗高温氧化性能是关键的指标之一。因此，科学地测试热障涂层抗高温氧化性能是热障涂层研究与开发过程中至关重要的一步。

目前，热障涂层抗高温氧化性能的测试方法通常是将测试样品置于普通电炉中，使测试样品在设定温度下发生高温氧化，每间隔一定时间称量测试试样的质量，简单的测试设备和依靠人工记录测试样品的质量。由于是人工操作称量，测试数据值的误差大，自动化程度低，不能在线测试热障涂层系统在高温状态中的氧化增重情况，无法获得精准的数字化的数据。尤其当需要长时间(如100小时以上)连续测试时，若采用现有的人工操作的加热炉和称量装置时，由于人工操作的局限性以及设备的可靠性有限，难以获得理想的热障涂层抗氧化性能的测试结果。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服上述现有技术的缺陷，旨在提供一种可获取高精度测试数据，可长时间全程自动控制测试过程，能在线测量热障涂层在高温下氧化增重情况的测试装置。

本实用新型采用了这样的技术方案：一种热障涂层抗高温氧化性能测试装置，包括：工作平台、支架、测量天平、温度控制器、计算机和加热装置等，其特征在于：

所述加热装置是炉体设置在支架的下层A平板上，陶瓷套管由底部纵向贯穿于炉体顶部，设置在炉体的垂直中心部位；

在炉体内上部靠近陶瓷套管的两侧，分别纵向平行设有I硅碳棒和II硅碳棒，所述硅碳棒通过电路与炉体外的温度控制器连接；

在支架下部与工作平台之间设有a减震板，在支架上部与B平板之间设有b减震板，B平板与b减震板的中心开有圆孔；

所述测量天平设置在支架上层B平板上面中心部位，在测试天平的下方有一根铂铑丝，铂铑丝的上端系在测量天平的底部挂钩上，铂铑丝的垂直中心与陶瓷套管的轴中心重合；

所述铂铑丝下端连接铂铑托架，托架上放置测试样品垂挂伸入进陶瓷套管内；

在靠近测试样品的陶瓷套管外侧设有热电偶，热电偶与炉体外的温度控制器相连。

本实用新型采用了计算机与测试天平有机结合，由计算机自动控制数据采集过程，输出便于处理的数字化的数据。又加热装置采用了陶瓷套管、防震板以及测试样品的垂挂加热、称量等结构，利用电子分析天平对热障涂层样品在高温状态下实时称量变化的灵敏计量，致使获得的测试数据精准。同时采用了自动化温度控制器，通过热电偶的实时探测，控制测试所需的温度。本实用新型测试温度为室温至1600℃之间可调，测试时间任意可调，数据采集间隔时间1s以上任意可调，能在线测量热障涂层在高温下的氧化增重情况。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的操作流程图。

图3是本实用新型在线测试热障涂层样品的动力学曲线图。

图中各序号分别表示为：

1—工作平台 2—支架 3—测量天平 4—温度控制器 5—计算机6—炉体 7—A平板 8—陶瓷套管 9—I硅碳棒 10—II硅碳棒11—a减震板 12—B平板 13—b减震板 14—铂铑丝15—铂铑托架 16—测试样品 17—热电偶

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

请参考附图1，这是本实用新型所述的热障涂层抗高温氧化性能的测试装置布局状况，在工作平台1上，设置支架2及加热装置、温度控制器4和计算机5。在支架的上端设有精密的电子分析测量天平3。

所述加热装置是在支架2的下层A平板7上设置炉体6，在炉体的垂直中心部位，一纵向贯穿于炉体顶部的陶瓷套管8固定于炉体6的底部。在炉体内的上面部分，加热元件I硅碳棒9和II硅碳棒10分别纵向平行设置在靠近陶瓷套管的两侧。本实施例的硅碳棒是从上往下插入炉体内，通过电路与炉体外的温度控制器连接。

为了避免测试场地周围环境不确定因素的影响，尤其是针对电子分析测量天平3对环境震动的敏感，在支架2的下部与工作平台1之间设有a减震板11，在支架2上端与B平板12之间设有b减震板13，B平板与b减震板的中心开有圆孔。

所述测量天平3，设置在B平板12上面中心部位，在测量天平的下方垂直设有一根铂铑丝14，通过上述B平板与b减震板的中心圆孔，铂铑丝14的上端与测量天平3的底部挂钩相系，其垂直中心与纵向放置的陶瓷套管8的轴中心重合。

所述铂铑丝14下端连接铂铑托架15，托架上放置热障涂层的测试样品，并垂挂伸入进陶瓷套管8内，空间位置是处于陶瓷套管8的中心部位。本实施例的铂铑托架15是梯台形框架结构，也可以是小型的铂铑坩埚。

温度控制器4通过外接测温器件铂铑热电偶17，监测热障涂层样品的在线测试温度。本实施例中的热电偶17是横向插入炉体6内，靠近测试样品16的陶瓷套管8外侧。

本实施例所述计算机5是处理和输出测试样品称量结果在一定温度的条件下各个时间点的测试数据，其第一串口与测量天平3的输出端通过电缆连接。

本实用新型的工作原理是：参见图2，准备测试时，先设置好温度控制器的控温程序，需设定的控制参数包括测试温度、加热速率、测试保温时间等。启动计算机，设置好所需采集的质量数据参数，包括数据采集的间隔时间、数据采集的总时间、数据输出格式和路径等。当测试开始时，启动温度控制器程序和计算机数据采集程序，温度控制器自动控制测试所需温度并实时反馈测试试样的实际温度，电子分析天平实时测量测试样品的质量，计算机从与第一串口相连的电子分析天平读取测试样品的质量数据，并将采集到的质量与时间数据显示在屏幕上，同时将取得的数据以数据文件的形式保存在计算机硬盘上，以便后阶段的分析处理。当测试时间达到测试前所设定值时，测试装置自动停止运作，测试结束。

图3是采用本实用新型测试一类热障涂层样品的动力学曲线图，测试温度是1100℃，测试时间为24小时不间断，采集数据时间间隔为30分钟。

本实用新型实施例中，测量天平采用METTLER TOLEDD AL204型电子分析天平，计算机采用Founder文祥E520(BWE520-S9)型计算机。

Claims (6)

1.一种热障涂层抗高温氧化性能测试装置，包括：工作平台(1)、支架(2)、测量天平(3)、温度控制器(4)、计算机(5)和加热装置，其特征在于：所述加热装置是炉体(6)设置在支架(2)的下层A平板(7)上，陶瓷套管(8)由底部纵向贯穿于炉体(6)顶部，设置在炉体(6)的垂直中心部位；

在炉体(6)内上部靠近陶瓷套管(8)的两侧，分别纵向平行设有I硅碳棒(9)和II硅碳棒(10)，所述硅碳棒通过电路与炉体(6)外的温度控制器(4)连接；

在支架(2)下部与工作平台(1)之间设有a减震板(11)，在支架(2)上部与B平板(12)之间设有b减震板(13)，B平板(12)与b减震板(13)的中心开有圆孔；

所述测量天平(3)设置在支架(2)上层B平板(12)上面中心部位，在测试天平(3)的下方有一根铂铑丝(14)，铂铑丝(14)的上端系在测量天平(3)的底部挂钩上，铂铑丝的垂直中心与陶瓷套管(8)的轴中心重合；

所述铂铑丝(14)下端连接铂铑托架(15)，托架上放置测试样品(16)垂挂伸入进陶瓷套管(8)内；

在靠近测试样品(16)的陶瓷套管(8)外侧设有热电偶(17)，热电偶与炉体(6)外的温度控制器(4)相连。

2.根据权利要求1所述一种热障涂层抗高温氧化性能测试装置，其特征在于：在炉体(6)内上部靠近陶瓷套管(8)的两侧，分别纵向平行开有两个长孔。

3.根据权利要求1所述一种热障涂层抗高温氧化性能测试装置，其特征在于：所述热电偶(15)横向插入炉体(6)内。

4.根据权利要求1所述一种热障涂层抗高温氧化性能测试装置，其特征在于：所述铂铑托架(15)是梯台形框架结构，位于陶瓷套管(8)的中心位置。

5.根据权利要求1所述一种热障涂层抗高温氧化性能测试装置，其特征在于：所述铂铑托架(15)是小型铂铑坩埚，位于陶瓷套管(8)的中心位置。

6.根据权利要求1所述一种热障涂层抗高温氧化性能测试装置，其特征在于：所述计算机(5)的第一串口与测量天平(3)的输出端通过电缆连接。

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