一種環境屏障涂層ebc壽命預測的方法
【專利摘要】本發明涉及一種環境屏障涂層EBC壽命預測的方法，屬于涂層的監測領域。該發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，利用SiO2層的臨界厚度作為EBC涂層失效的判據，再結合氧化腐蝕動力學方程，實現了對EBC涂層壽命的預測。本發明方法成本較低；可適用于連續碳纖維增韌碳化硅陶瓷基復合材料（Cf/SiC），也可適用于連續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涂層的優化設計具有指導意義；該方法簡單可靠。
【專利說明】一種環境屏障涂層EBC壽命預測的方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明屬于涂層的監測領域，具體涉及一種環境屏障涂層(Environmentalbarrier coatings, EBC)壽命預測的方法。
【背景技術】
[0002]連續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，現已成為航空發動機熱端部件上理想的候選材料。在空氣或干氧環境中，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，因此，CMC-SiC在空氣或干氧環境中具有非常好的抗氧化性能。但是在發動機燃燒室環境下，在CMC-SiC表面所形成的SiO2保護膜，會被燃氣環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在發動機燃燒室環境下因氧化、腐蝕造成的失效，保障CMC-SiC部件在發動機燃燒室環境下的環境耐久性，滿足航空發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。采用全環境因素模擬測試(即在真實燃氣環境中對EBC涂層進行考核)可獲得EBC涂層的壽命，但是采用全環境因素模擬測試需要耗費較長的時間，而且測試設備和環境考核試驗的成本也很高，通常只在工業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。
【發明內容】
[0004]要解決的技術問題
[0005]為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種環境屏障涂層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，采集適當的實驗數據，實現對EBC涂層壽命的預測。
[0006]技術方案
[0007]—種環境屏障涂層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，通過數據擬合，獲
得&氧化腐蝕動力學常數，單位為μ m2/小時，其中t為氧化腐蝕時間；[0010]步驟3:根據
【權利要求】
1.一種環境屏障涂層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.根據權利要求1所述環境屏障涂層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.根據權利要求1所述環境屏障涂層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.根據權利要求1所述環境屏障涂層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.根據權利要求1所述環境屏障涂層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.根據權利要求5所述環境屏障涂層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 優先權日:2013年10月31日
【發明者】王一光, 陸永洪, 成來飛, 張立同 申請人:西北工業大學