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GB／T 42259-2022 金属及其他无机覆盖层 热障涂层耐热循环与热冲击性能测试方法.pdf简介：

GB/T 42259-2022是中国国家标准，其全称是《金属及其他无机覆盖层 热障涂层耐热循环与热冲击性能测试方法》。这个标准主要针对的是金属及其他无机覆盖层，如热障涂层，这类涂层通常应用于高温环境下，如燃气轮机、火箭发动机等，以提供保护，防止高温对基材的直接损害。

热障涂层耐热循环与热冲击性能测试方法，主要是通过模拟实际工作环境中的高温和热冲击情况，对涂层的性能进行评估。测试通常包括以下几个步骤：

1. 预处理：对涂层进行预处理，如清洁、干燥等，以确保测试结果的准确性。

2. 耐热循环：将涂层暴露在设定的高温环境中，然后迅速冷却，再加热，如此反复，模拟热障涂层在高温和冷热交替中的工作状态。

3. 热冲击测试：通过快速加热或冷却的方式，使涂层承受瞬间的温度变化，测试其抗热冲击的能力。

4. 性能评估：观察和测量涂层的外观、厚度、机械性能（如硬度、耐磨性）等变化，评估其在高温和热冲击下的稳定性。

5. 数据记录和分析：对测试过程中收集的数据进行分析，判断涂层是否满足预期的耐热性能和热冲击性能要求。

这个标准的发布，对于指导热障涂层的研发、生产和质量控制，以及确保其在高温环境下长期稳定工作具有重要意义。

GB／T 42259-2022 金属及其他无机覆盖层 热障涂层耐热循环与热冲击性能测试方法.pdf部分内容预览：

涂层耐热循环与热冲击性能测试

本文件描述了热障涂层的两种测试方法，采用稳态循环加热和冷却方式测试耐热循环性能，采用加 热和激冷方式测试耐热冲击性能。 本文件用于评价热障涂层在热应变下的耐久性。 本文件适用于筛选包含材料和加工工艺在内的热障涂层体系，不适用于控制热喷涂工艺。

下列术语和定义适用于本文件。 热障涂层thermalbarriercoating；TBC 包含金属黏结层和氧化物陶瓷面层的双层结构涂层，旨在降低从陶瓷面层外向基材的传热。 注：当热障涂层在高温下服役时，在黏结层顶部会产生热生长氧化物（TGO)。典型的基材材料是镍基高温合金材 料。如图1所示的涂层，制备方法采用物理气相沉积、化学气相沉积或热喷涂工艺NB／T 42148.1-2018 电池驱动器具及设备的开关 第1部分：通用要求，例如等离子喷涂和高速火 焰喷涂（HVOF)，其喷涂粉末材料符合ISO14232相应部分的规定。

下列术语和定义适用于本文件。 热障涂层thermalbarriercoating；TBC 包含金属黏结层和氧化物陶瓷面层的双层结构涂层，旨在降低从陶瓷面层外向基材的传热。 注：当热障涂层在高温下服役时，在黏结层顶部会产生热生长氧化物（TGO)。典型的基材材料是镍基高温合金材 料。如图1所示的涂层，制备方法采用物理气相沉积、化学气相沉积或热喷涂工艺，例如等离子喷涂和高速火 焰喷涂（HVOF)，其喷涂粉末材料符合ISO14232相应部分的规定。

该测试方法包括耐热循环性能测试与耐热冲击性能测试两类，耐热循环性能测试采用稳态循环加 热和冷却方式并测量剥落面积比，耐热冲击性能测试则评价热冲击后涂层的抗拉结合强度。热冲击是 利用高温炉将试样加热到一定温度，再进行水淬激冷试验。涂层制备方法采用物理气相沉积、化学气相 沉积或热喷涂工艺，例如等离子喷涂或高速火焰喷涂（HVOF)，喷涂粉末材料符合ISO14232相应部分 的规定。

测试方法符合下列规则。 a）本文件中所有与物理量、尺寸、数量相关的测量及其单位制，均应符合国际标准（见参考文献)。 b）当按照本文件进行测试时，缔约方应以合同或采购订单方式签订协议，内容如下： 1）涂层的制备方法、处理和切割程序，涂层表面是否以制备态来使用； 2）对于热循环试验，包含：试样的选择方法，试样上穿孔的位置和尺寸，热循环次数及其任何 中断情况，单次热循环的高温上限、加热时间、高温保温时间、冷却时间以及低温保温 时间。

5.2耐热循环性能测试方法

采用稳态循环加热和冷却的方式测试耐热循环性能，包括测量剥落面积比，可用于燃气轮机高 设热障涂层系统中的材料、涂层工艺和制备参数的选择

和冷却装置及温度控制系统组成，如图2和图3

竖直型耐热循环性能测试方法的典型测试装

GB/T 42259—2022

3水平型耐热循环性能测试方法的典型测试装

加热和冷却装置符合下列规则。 a） 加热和冷却装置由高温区和低温区两个独立温区组成。两个温区的气氛均为空气。 b） 将试样交替置于固定位置的两个温区；或者试样固定位置而两温区交替移动。 C) 2 试样可以直接暴露于室温空气，室温空气用于代替低温区。 dD 温度控制系统由温控器和热电偶组成（见图2和图3)。调节温度以确保试样温度符合表1的 规定。

表1 试样温度与目标试验温度的允许温度偏差

5.2.3.1试样的形状

试样应为平板试样（图4)或圆片试样（图5)。为了便于处理，试样可以穿孔。

基体边缘应适当倒角或圆角处理，以避免这些区域的应力集中

5.2.3.2尺寸的测量

使用合适的量具测试尺寸精确至0.1mm

5.2.3.3试样质量的测量

天平称量精确至1mg

标引符号说明： 一外径，20mm~40mm； 总厚度，1.5mm~5.0mm。 阴影区域涂覆有热障涂层，

图4平板试样的形状和尺寸

图5圆片试样的形状和

将试样在低温区保温，然后再转移到高温区并按规定时间保温。试样温度稳定后，再转移回低温区 区的稳定期

个阶段。 在实际测试前，高温区和低温区的温度均应进行标定，标定方法是将热电偶连接到模拟试样上， 温度调节至规定温度。 热循环次数见5.1b)中的2）。

5.2.4.2加热和冷却条件

加热和冷却条件符合下列规则。 a）表1为实际测试温度与目标测试温度之间的允许温差。对于测试中的高温，下限应为900°℃； 对于测试中的低温，上限为200℃。高温的上限见5.1b)中的2)。 b） 例如，图6为单次热循环的温度曲线，包括从200°℃～900℃升温10min、高温保温30min，从 900℃～200°℃降温15min、低温保温5min。热循环的时间条件可以调整[见5.1b)中的 2)]。 c）为了提高测试效率，可同时处理多个试样。

5.2.4.3耐热循环性能试验中涂层剥落检查

耐热循环性能试验中涂层剥落检查符合下列规则。 ? 完成约定循环次数后可中断测试，将试样冷却至200℃以下，检查是否有涂层剥落。一且计算 或估算出剥落可能发生的预计循环次数，则继续试验到接近预计循环次数。

b) 用正常或矫正视力目视检查试样上的热障涂层裂纹或剥落。 c 如果检测到裂纹或剥落，用照片记录下来。

5.2.4.4剥落面积比的测量

剥落面积比的测量符合下列规则。 a) 根据照片采用例如图像分析等方法[见5.2.4.3c)]评价热障涂层的剥落面积。若有多区域剥 落，剥落面积应为所有剥落区域的总和。图7给出了典型的剥落区域和总剥落面积。试样边 缘倒角或圆角区域的剥落不计人剥落面积。 b）当试样严重氧化时，称重并评价质量损失（见5.2.3.3）。

5.2.4.5剥落临界循环次数的确定

图7典型的剥落区域和试样中部截面图

剥落临界循环次数，指剥落面积比刚好达到30%的热循环次数。 对于同一测试条件使用3个或以上试样来确定剥落临界循环次数。当剥落面积比达到30%或热 循环次数达到5.1b)中2)规定的次数，视为完成测试。 若热障涂层剥落面积比在一个热循环内超过30%，则剥落临界循环次数认定为1次。 热循环次数与剥落面积比（见3.3）之间的关系如图8所示

5.2.4.6耐热循环性能测试结束后的试样分析

耐热循环性能测试结束后的试样分析符合下列规则： a 按照5.2.4.3检查试样； b2 以适当的放大倍率检查试样截面的微观结构，用照片记录。

图8 热循环次数与剥落面积比之间关系实例

热冲击性能用于在燃气轮机紧急停机等特殊环境条件下评价热障涂层抵抗剥落性能或测 拉结合强度

装置由包含温度控制系统的加热装置和冷却水浴组成，如图9所示。 加热装置和冷却水浴符合下列规定。 a 1T 加热装置包含温度控制系统[见5.2.2.1d)]和测试腔室，温度控制系统的炉体可加热到表1所 示的温度范围，测试腔室可通人室温空气。加热装置也可以是马弗炉。 b）冷却水浴由具有温度计测温功能的水浴和搅拌器组成，且具有快速冷却整个试样的能力。

图9 耐热冲击性能测试的典型装置

试样符合下列规定。 a 试样应为圆片试样（图10)。基体两表面涂覆热障涂层。如果不能两表面涂覆涂层，则可 面涂覆。基体边缘应进行倒角或圆角处理，以避免这些区域的应力集中。 b）所有其他条件见5.1。

a）两面涂覆热障涂层的试样

b）单面涂覆热障涂层的试样

图10圆片试样的形状和尺寸

5.3.4.1热冲击过程

将试样放在预定温度的加热装置内，保温10min，快速放人20C士3C的冷却水浴中水淬冷却，直 至试样完全冷却。试样只进行1次热冲击

目测检查热障涂层是否开裂或剥落。若检查出热障涂层开裂或剥落，做记录，且不需要测试抗拉结 合强度。在相同的测试条件下至少测试3个试样

5.3.4.3抗拉结合强度的测试

热冲击试验后《家用和类似用途电器的安全 从空调和制冷设备中回收制冷剂的器具的特殊要求 GB 4706.92-2008》，根据ISO14916测试抗拉结合强度。抗拉结合强度按公式（1)计算：

式中： 抗拉结合强度，单位为兆帕(MPa)； 热障涂层内部完全失效时的拉伸载荷，单位为牛(N)； 热障涂层的面积，单位为平方毫米（mm²）。

5.3.4.4耐热冲击性能的

图11给出了测得的抗拉结合强度与热冲击温差

DB32∕T 1646-2010 特大跨径桥梁施工测量规范图11 抗拉结合强度与热冲击温差的典型关系

获得比未热冲击试样抗拉结合强度刚好降低30%时的抗拉结合强度对应的耐热冲击性 表热障涂层的耐热冲击性能。若20%～30%范围内没有数据点，则需要进行更多测试。

比未热冲击试样抗拉结合强度刚好降低30%时的抗拉结合强度对应的耐热冲击性能，T.代 层的耐热冲击性能。若20%～30%范围内没有数据点，则需要进行更多测试