热障涂层寿命模拟试验怎么做

先进燃气涡轮发动机叶片一般为空心叶片，沿叶片的横断面将由于冷却气体而产生较大的径向温度梯度。另一方面，由于发动机燃烧室出口温度在截面上的温度分布不均，造成叶片表面温度分布不均，同时，进气边温度也高于排气边温度。因此在叶片的轴向也将产生温度梯度。Garg 报道叶片的表面具有很大的温度梯度，并且还是在高温-低温进行热循环，特别是对于航空发动机，不仅循环氧化工作温度范围大，而且还存在机械载荷。热障涂层通常用于涡轮发动机的高温载荷部件，如工作叶片和导向叶片。对于航空涡轮发动机中的各种叶片而言，特别是高温端使用的叶片，在正式装机之前要进行热循环寿命检测，以确保发动机寿命。检测热障涂层的性能，检验热障涂层在实际装机使用前的可靠性，以及进一步研发可作为热障涂层的新材料等，都要求发展切实可行的涂层寿命检测设备。

对于热障涂层寿命模拟实验而言，目前通常采用的方法有两种：一种是把制备好的试样放入预先设定好温度的炉内进行等温氧化；另一种是把制备好的试样放入预先设定好温度的炉内保温一定时间后取出，在炉外用压缩空气冷却或者水淬，再放入炉中，然后重复上述步骤。虽然这两种方法在某种程度上能反映试样的抗氧化或抗热循环能力，但也存在一些问题，比如：对于有热障涂层的试样，由于涂层和基体合金处在相同的温度条件下，不能反映出涂层的隔热效果及其对基体合金的保护作用；另外，如果在涂层工作温度范围内进行实验，则超出了基体所能承受的使用温度极限，而选择适合于基体合金的温度，对涂层的性能检测则失去了意义，因而很难合理有效地评价整体热障涂层体系的性能；此外，上述两种方法也不能模拟高温部件在腐蚀介质条件和外来物质冲击情况下的寿命测试。目前还没有一种标准测试方法使得测试结果更具有可比性和参考性。找到一种能够综合考虑各种实际载荷存在情况的测试方法是相当困难的。目前检测热障涂层寿命的常见方法为样机实验法，这种方法虽然能够较为真实地模拟实际工况对叶片进行寿命检测，但是这种方法复杂费时、耗资大，不利于热障涂层材料基础性质的研究。为此，人们一直在寻求简便而有效的方法来模拟实际工况对涡轮发动机叶片进行寿命检测。近年来，出现了一种新的热障涂层检测方法一台架实验，该方法的特点是采用气冷对测试样品进行背部冷却，可最大程度模拟燃气轮机在启动、运行和停机状态下的叶片工作环境，可以快速检测热障涂层的热循环寿命，考察其抗热冲击性能。而且，该方法还有一个很重要的优点，即体现出了热障涂层的隔热性能。