一種環(huán)境屏障涂層ebc壽命預(yù)測(cè)的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種環(huán)境屏障涂層EBC壽命預(yù)測(cè)的方法，屬于涂層的監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。該發(fā)明通過有限氧化腐蝕測(cè)試時(shí)間內(nèi)SiO2層厚度的變化獲得氧化腐蝕動(dòng)力學(xué)常數(shù)，利用SiO2層的臨界厚度作為EBC涂層失效的判據(jù)，再結(jié)合氧化腐蝕動(dòng)力學(xué)方程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)EBC涂層壽命的預(yù)測(cè)。本發(fā)明方法成本較低；可適用于連續(xù)碳纖維增韌碳化硅陶瓷基復(fù)合材料（Cf/SiC），也可適用于連續(xù)碳化硅纖維增韌碳化硅陶瓷基復(fù)合材料（SiCf/SiC），同時(shí)，該方法可適用于多種EBC涂層體系；使用環(huán)境的廣泛性，該方法既可適用于控制因素模擬測(cè)試，也可適用于全環(huán)境因素模擬測(cè)試；該方法對(duì)于EBC涂層材料的選擇以及EBC涂層的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義；該方法簡(jiǎn)單可靠。
【專利說明】一種環(huán)境屏障涂層EBC壽命預(yù)測(cè)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于涂層的監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種環(huán)境屏障涂層(Environmentalbarrier coatings, EBC)壽命預(yù)測(cè)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]連續(xù)纖維增韌碳化硅陶瓷基復(fù)合材料(CMC-SiC，包括SiCf/SiC和Cf/SiC)擁有高比強(qiáng)度、高比模量、抗氧化和低密度等特點(diǎn)，現(xiàn)已成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件上理想的候選材料。在空氣或干氧環(huán)境中，CMC-SiC表面會(huì)形成一層致密的SiO2保護(hù)膜，由于SiO2在高溫下具有較低的氧分壓和氧擴(kuò)散系數(shù)，因此，CMC-SiC在空氣或干氧環(huán)境中具有非常好的抗氧化性能。但是在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室環(huán)境下，在CMC-SiC表面所形成的SiO2保護(hù)膜，會(huì)被燃?xì)猸h(huán)境中的水蒸氣和熔鹽雜質(zhì)所侵蝕，喪失對(duì)內(nèi)部復(fù)合材料的保護(hù)作用，從而使CMC-SiC部件的使用性能急劇下降。通過在CMC-SiC表面制備EBC涂層，可以克服CMC-SiC在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室環(huán)境下因氧化、腐蝕造成的失效，保障CMC-SiC部件在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室環(huán)境下的環(huán)境耐久性，滿足航空發(fā)動(dòng)機(jī)部件安全性和長(zhǎng)壽命的要求。
[0003]EBC涂層的壽命是EBC涂層可靠性的重要保障。采用全環(huán)境因素模擬測(cè)試(即在真實(shí)燃?xì)猸h(huán)境中對(duì)EBC涂層進(jìn)行考核)可獲得EBC涂層的壽命，但是采用全環(huán)境因素模擬測(cè)試需要耗費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間，而且測(cè)試設(shè)備和環(huán)境考核試驗(yàn)的成本也很高，通常只在工業(yè)部門進(jìn)行類似的試驗(yàn)。因此，如何在耗時(shí)較短且成本較低的條件下預(yù)測(cè)EBC涂層壽命是EBC涂層研究與應(yīng)用過程的關(guān)鍵問題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]要解決的技術(shù)問題
[0005]為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種環(huán)境屏障涂層EBC壽命預(yù)測(cè)的方法，耗時(shí)短、成本低的EBC涂層壽命預(yù)測(cè)方法，該方法在EBC涂層服役早期，采集適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)EBC涂層壽命的預(yù)測(cè)。
[0006]技術(shù)方案
[0007]—種環(huán)境屏障涂層EBC壽命預(yù)測(cè)的方法，其特征在于步驟如下:
[0008]步驟1、制備構(gòu)件和試樣件:在制備構(gòu)件時(shí)同時(shí)制備隨爐試樣件，在構(gòu)件和試樣件的表面上制備碳化硅粘結(jié)層，在碳化硅粘結(jié)層表面制備EBC涂層，試樣件上粘結(jié)層厚度以及EBC涂層的材料種類與厚度應(yīng)與構(gòu)件相一致；
[0009]步驟2:將試樣件置入燃燒室的模擬環(huán)境中，通過掃描電子顯微鏡SEM測(cè)量試樣件上由于模擬燃?xì)猸h(huán)境中的氧以及水蒸氣與碳化娃反應(yīng)并在其表面形成的SiO2層厚度
Jga，通過建立不同氧化腐蝕時(shí)間與SiO2厚度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過數(shù)據(jù)擬合，獲
得&氧化腐蝕動(dòng)力學(xué)常數(shù)，單位為μ m2/小時(shí)，其中t為氧化腐蝕時(shí)間；[0010]步驟3:根據(jù)
【權(quán)利要求】
1.一種環(huán)境屏障涂層EBC壽命預(yù)測(cè)的方法，其特征在于步驟如下: 步驟1、制備構(gòu)件和試樣件:在制備構(gòu)件時(shí)同時(shí)制備隨爐試樣件，在構(gòu)件和試樣件的表面上制備碳化硅粘結(jié)層，在碳化硅粘結(jié)層表面制備EBC涂層，試樣件上粘結(jié)層厚度以及EBC涂層的材料種類與厚度應(yīng)與構(gòu)件相一致； 步驟2:將試樣件置入燃燒室的模擬環(huán)境中，通過掃描電子顯微鏡SEM測(cè)量試樣件上由于模擬燃?xì)猸h(huán)境中的氧以及水蒸氣與碳化娃反應(yīng)并在其表面形成的SiO2層厚度，通過
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述環(huán)境屏障涂層EBC壽命預(yù)測(cè)的方法，其特征在于:所述碳化硅粘結(jié)層的厚度為10~30 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述環(huán)境屏障涂層EBC壽命預(yù)測(cè)的方法，其特征在于:所述EBC涂層的厚度為50~200 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述環(huán)境屏障涂層EBC壽命預(yù)測(cè)的方法，其特征在于:所述EBC涂層材料為=BSAS ( (1-x) BaO-XSrO-Al2O3-SiO2)、稀土硅酸鹽或稀土鋯酸鹽。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述環(huán)境屏障涂層EBC壽命預(yù)測(cè)的方法，其特征在于:所述SiO2層的臨界厚度1?為5.5~6 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述環(huán)境屏障涂層EBC壽命預(yù)測(cè)的方法，其特征在于:所述SiO2層的臨界厚度5μπι。
【文檔編號(hào)】G01N17/00GK103558144SQ201310533852
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月31日
【發(fā)明者】王一光, 陸永洪, 成來飛, 張立同 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)