一種環(huán)境屏障涂層ebc壽命預測的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種環(huán)境屏障涂層EBC壽命預測的方法，屬于涂層的監(jiān)測領域。該發(fā)明通過有限氧化腐蝕測試時間內SiO2層厚度的變化獲得氧化腐蝕動力學常數(shù)，利用SiO2層的臨界厚度作為EBC涂層失效的判據(jù)，再結合氧化腐蝕動力學方程，實現(xiàn)了對EBC涂層壽命的預測。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合材料（SiCf/SiC），同時，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試，也可適用于全環(huán)境因素模擬測試；該方法對于EBC涂層材料的選擇以及EBC涂層的優(yōu)化設計具有指導意義；該方法簡單可靠。
【專利說明】一種環(huán)境屏障涂層EBC壽命預測的方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于涂層的監(jiān)測領域，具體涉及一種環(huán)境屏障涂層(Environmentalbarrier coatings, EBC)壽命預測的方法。
【背景技術】
[0002]連續(xù)纖維增韌碳化硅陶瓷基復合材料(CMC-SiC，包括SiCf/SiC和Cf/SiC)擁有高比強度、高比模量、抗氧化和低密度等特點，現(xiàn)已成為航空發(fā)動機熱端部件上理想的候選材料。在空氣或干氧環(huán)境中，CMC-SiC表面會形成一層致密的SiO2保護膜，由于SiO2在高溫下具有較低的氧分壓和氧擴散系數(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)動機燃燒室環(huán)境下，在CMC-SiC表面所形成的SiO2保護膜，會被燃氣環(huán)境中的水蒸氣和熔鹽雜質所侵蝕，喪失對內部復合材料的保護作用，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)動機燃燒室環(huán)境下因氧化、腐蝕造成的失效，保障CMC-SiC部件在發(fā)動機燃燒室環(huán)境下的環(huán)境耐久性，滿足航空發(fā)動機部件安全性和長壽命的要求。
[0003]EBC涂層的壽命是EBC涂層可靠性的重要保障。采用全環(huán)境因素模擬測試(即在真實燃氣環(huán)境中對EBC涂層進行考核)可獲得EBC涂層的壽命，但是采用全環(huán)境因素模擬測試需要耗費較長的時間，而且測試設備和環(huán)境考核試驗的成本也很高，通常只在工業(yè)部門進行類似的試驗。因此，如何在耗時較短且成本較低的條件下預測EBC涂層壽命是EBC涂層研究與應用過程的關鍵問題之一。

【發(fā)明內容】

[0004]要解決的技術問題
[0005]為了避免現(xiàn)有技術的不足之處，本發(fā)明提出一種環(huán)境屏障涂層EBC壽命預測的方法，耗時短、成本低的EBC涂層壽命預測方法，該方法在EBC涂層服役早期，采集適當?shù)膶嶒灁?shù)據(jù)，實現(xiàn)對EBC涂層壽命的預測。
[0006]技術方案
[0007]—種環(huán)境屏障涂層EBC壽命預測的方法，其特征在于步驟如下:
[0008]步驟1、制備構件和試樣件:在制備構件時同時制備隨爐試樣件，在構件和試樣件的表面上制備碳化硅粘結層，在碳化硅粘結層表面制備EBC涂層，試樣件上粘結層厚度以及EBC涂層的材料種類與厚度應與構件相一致；
[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測量試樣件上由于模擬燃氣環(huán)境中的氧以及水蒸氣與碳化娃反應并在其表面形成的SiO2層厚度
Jga，通過建立不同氧化腐蝕時間與SiO2厚度的對應關系，通過數(shù)據(jù)擬合，獲
得&氧化腐蝕動力學常數(shù)，單位為μ m2/小時，其中t為氧化腐蝕時間；[0010]步驟3:根據(jù)
【權利要求】
1.一種環(huán)境屏障涂層EBC壽命預測的方法，其特征在于步驟如下: 步驟1、制備構件和試樣件:在制備構件時同時制備隨爐試樣件，在構件和試樣件的表面上制備碳化硅粘結層，在碳化硅粘結層表面制備EBC涂層，試樣件上粘結層厚度以及EBC涂層的材料種類與厚度應與構件相一致； 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測量試樣件上由于模擬燃氣環(huán)境中的氧以及水蒸氣與碳化娃反應并在其表面形成的SiO2層厚度，通過
2.根據(jù)權利要求1所述環(huán)境屏障涂層EBC壽命預測的方法，其特征在于:所述碳化硅粘結層的厚度為10~30 μ m。
3.根據(jù)權利要求1所述環(huán)境屏障涂層EBC壽命預測的方法，其特征在于:所述EBC涂層的厚度為50~200 μ m。
4.根據(jù)權利要求1所述環(huán)境屏障涂層EBC壽命預測的方法，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)權利要求1所述環(huán)境屏障涂層EBC壽命預測的方法，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)權利要求5所述環(huán)境屏障涂層EBC壽命預測的方法，其特征在于:所述SiO2層的臨界厚度5μπι。
【文檔編號】G01N17/00GK103558144SQ201310533852
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月31日 優(yōu)先權日:2013年10月31日
【發(fā)明者】王一光, 陸永洪, 成來飛, 張立同 申請人:西北工業(yè)大學