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GB／T 42261-2022 金属及其他无机覆盖层 温度梯度下热障涂层热循环试验方法.pdf简介：

GB/T 42261-2022 是中国国家标准，其全称为《金属及其他无机覆盖层 温度梯度下热障涂层热循环试验方法》。这个标准主要适用于评估和测试金属及其他无机覆盖层（如热障涂层）在温度梯度下，如高温和低温交替的热循环环境中的性能。

热障涂层主要用在高温环境中，如燃气涡轮发动机的热端部件，以防止高温对基材的直接烧蚀。这种涂层需要能够承受高温热负荷，并在冷却过程中不出现裂纹、剥落等失效现象。GB/T 42261-2022 的试验方法就是模拟这种实际应用环境下的热应力，通过一系列的热循环试验来评估涂层的抗热疲劳性能、耐久性和稳定性。

试验方法可能包括以下几个步骤： 1. 选定试验样品和涂层； 2. 设定温度梯度，如高温和低温的极限值； 3. 进行热循环，即在高温下保持一定时间，然后快速冷却至低温，再回到高温，反复进行； 4. 观察和记录涂层在整个热循环过程中的外观变化、厚度变化、微观结构变化等； 5. 分析试验结果，评价涂层的热稳定性、热疲劳寿命和热防护性能。

这个标准对于金属材料的热障涂层研发、生产和质量控制具有重要的指导意义。

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温度梯度下热障涂层热循环试验

本文件描述了用于评价火力发电厂燃气轮机、航空发动机和火箭发动机燃烧室、动叶片和静子叶片 等热端部件热障涂层隔热性能和抗热循环性能的热循环试验方法， 本文件适用于火力发电厂燃气轮机、航空发动机和火箭发动机燃烧室、动叶片和静叶片等热端部件 热障涂层的热循环试验。

ISO2063、ISO14917界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 温度梯度 temperaturegradient 热障涂层试样表面受热和冷却引起的单位厚度上的温度变化。

GB/T42261—2022/ISO13123:2011

对带有热障涂层试样进行循环加热试验，测量等效热导率或声发射发生频率的变化，以评价热障涂 层的隔热性能。 通过目测观察试样的剥落和开裂或测定达到损伤容限的热循环次数DB37T 4550-2022 智慧城市网络安全建设和评估指南.pdf，评价热障涂层的热循环性能，

试样的典型形状和尺寸如图1所示。 典型试样的形状和尺寸：直径为15mm～30mm的圆片。 测试前基体厚度由相关各方之间协议确定。厚度应该根据ISO1463和ISO2178进行测量。

图1试样的典型形状和尺寸

建议基体加热面边缘为曲率约0.5mm～2mm的圆角或倒角，以防止试片边缘开裂。 热障涂层应覆盖基体的整个受热面。涂层厚度在中间和周边部分多点测量，数据波动应在平均值 的10%以内。 可通过由基体一侧向中心部分开孔设置热电偶的方式测量基体中心部分的温度（见6.1.2.2)。孔

建议基体加热面边缘为曲率约0.5mm～2mm的圆角或倒角，以防止试片边缘开裂。 热障涂层应覆盖基体的整个受热面。涂层厚度在中间和周边部分多点测量，数据波动应在平均 0%以内。 可通过由基体一侧向中心部分开孔设置热电偶的方式测量基体中心部分的温度（见6.1.2.2)。

的位置应对涂层的应力场和温度测量精度无不利影响。热电偶开孔最大直径应接近热电偶保护套 如有必要，孔的位置和直径可以进行测量并在测试报告中描述。

测试设备应包括加热装置、冷却装置、测试块、控制器和探测器/测量仪器。图2给出了一个典型的 测试设备布局示意图。

图2 测试设备示意图

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则试模块应包括试样、热流计和试样夹具

2 测试设备示意图（级

图3为带有试样热流计的典型装置。 图3a)为焊接到试样上的热流计。 为了避免不完全黏合或互扩散，热障涂层可直接喷涂在热流计顶部[见图3b)]。在直接连接的情

图3为带有试样热流计的典型装置。 图3a)为焊接到试样上的热流计。 为了避免不完全黏合或互扩散，热障涂层可直接喷涂在热流计顶部[见图3b)]。在直接连接的情

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况下，基板厚度对涂层性能的影响，应得到有关各方的考虑和同意。 热流计的外径应与试样相同。 热流计材料应具有较高的热导率和较小的温度依赖性，通常如铜、镍等。 为了确定热流，应固定间距提供多个热电偶安装孔，从热流计的外表面穿过其中心轴线。根据热流 计的材料和尺寸、试验条件等，选择孔数和间距。 测试仅用于评定热循环性能时，不需要使用热流计。

6.1.2.3试样夹具

图3 热流计的形状和尺寸

图2给出了试样夹具的一个典型例子。 试样夹具将带有热流计的试样固定在冷却装置上。当声发射传感器（AE传感器）用于检测试样损 伤时，传感器应安装在试样夹具上。试样也可通过试样周围的一个凹槽固定

燃烧器、电弧、等离子体、红外线灯、激光束或电子束可用作热源。应经有关各方协商，热源应有足 够的加热能力以达到规定的温度。面层温度误差应在设置值的土5%范围内。加热装置可设计成配备 带开启/关闭功能的快门以循环加热或移动热源加热。应设置一个隔热板（必要时隔热板采用水冷却）： 以避免加热试样的侧面。热流计周围应放置隔热材料，以避免径向热损失。建议在使用电子束或激光 加热时考虑能量沉积。

冷却装置可通过冷却介质(如空气、水等)冷却试样背面。冷却装置应有足够的冷却能力以达到所 需的温度梯度。冷却装置还可设计制造成移动式冷却装置，或者可在加热面添加附件来实现。

控制器应能控制温度梯度及其重复性。通过控制加热装置的输出和冷却介质流量来实现温度 循环加热和冷却应通过打开/关闭快门或通过移动加热源和冷却源来实现。

6.1.6测量仪器和传感器

测量仪器和传感器应按6.1.6.2~6.1.6.5所述

用于测量试样上面层表面温度的辐射高温计，其测量精度应等于或优于热电偶，在测量温度范 应进行校准。

6.1.6.4具有照相功能的目视检查装置

6.1.6.5声发射测量装置

建议使用声发射装置监测试样中发生的任何损伤（见6.4）。声发射换能器的频率响应性能应 Hz～1MHz，前置放大器的增益应大于或等于40dB，主放大器的增益应大于或等于25dB，并应 要使用带通滤波器。

验时可在测试模块周围设置气氛腔室，例如还原

试验前测试双方协商试验条件。

试验前测试双方协商试验条件。

循环加热试验应按下述步骤进行： a) 1 打开冷却装置，确认试样的冷却表面温度稳定； b） 打开热源，确认热源以所需的试验条件稳定输出； ? 开始温度测量和声发射测量； d) 广 通过打开快门或使加热源靠近表面来加热试样表面； e) 测量升温过程中的温度变化历程，并确定可以达到指定的升温速率； f 设置温度在最高加热温度的士5%偏差范围内，并在指定的时间内保持此温度； g） 测量试样或热流计的温度，确认达到设定的温度梯度； h) ）关闭或将加热源从表面移走，停止试样表面加热；

循环加热试验应按下述步骤进行： a） 打开冷却装置，确认试样的冷却表面温度稳定； b） 打开热源，确认热源以所需的试验条件稳定输出； c) 开始温度测量和声发射测量； d) 通过打开快门或使加热源靠近表面来加热试样表面； e) 测量升温过程中的温度变化历程，并确定可以达到指定的升温速率； D 设置温度在最高加热温度的士5%偏差范围内，并在指定的时间内保持此温度； g) 测量试样或热流计的温度，确认达到设定的温度梯度； h） 关闭或将加热源从表面移走，停止试样表面加热；

1 如有必要，允许对加热表面进行冷却； 二 当温度下降时测量温度变化过程，确认依照设置的冷却速率降温； k) ）按特定的设置重复步骤d)~i)

典型温度梯度分布如图4所示。

标引序号说明： 加热； 冷却； 试样； 热电偶； 热流计； 十 距离，x（mm)； 温度，T(℃)； d 面层厚度（mm)； dT/dx 热电偶测量的热流计平均温度梯度（℃/mm)； T 面层表面温度(℃)； T。 面层背面温度（℃）。

面层温差通过公式（1)计算）

式中： AT 面层温差，单位为摄氏度（℃）； 7 面层表面温度，单位为摄氏度（℃）； 面层背面温度，单位为摄氏度（℃）。 经商润电电科盗生机用通新新电仙能自一的管医 W

当使用热流计时，热流密度通过公式（2）计算

式中： 热通量，单位为瓦每平方毫米（W/mm²）； Y 入如x 热流计热导率，单位为瓦每毫米摄氏度[W/（mm·C）]； dT/d一 热电偶测量的热流计平均温度梯度，单位为摄氏度每毫米（℃/mm）。

面层等效热导率，单位为瓦每毫米摄氏度[W/（mm·°C）]； 热通量，单位为瓦每平方毫米（W/mm²）； d. 面层厚度，单位为毫米（mm）； 1 面层表面温度，单位为摄氏度（℃）； T 面层背面温度，单位为摄氏度（℃）。

隔热性能和抗热循环性能的评定如下。注意，试样边缘发生损坏均不能用于评价涂层性能。

DB11∕T 742-2019 轻集料混凝土填充砌块技术规程6.4.2隔热性能评价

隔热性能通过表面最高温度、加热面与冷却面温差、等效热导率进行评价。损伤发生时间点假定 收热导率突然下降或声发射强度突然增加的时间点

6.4.3抗热循环性能

试样抗热循环性能根据面层表面最高温度、面层表面与背面的最大温差以及达到损伤容限的热征 环次数来评定。根据相关各方协议商定，损伤容限一般以目测评定剥落面积比达到20%的点。 涂层未发生剥落，认为在此热循环次数内涂层不会发生损坏。 注意：出现剥落的时刻可认为是等效热导率突然下降或测量声发射强度突增的时刻。

必要时，双方应商定测试报告内容公园园区施工方案，并从下列条目中选定。 a）试样： 1）基体材料； 2）涂层材料； 3）涂层制备工艺； 4）试样形状和尺寸； 5）涂层厚度； 6） 试样数量； 7） 黏结底层材料；

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8）黏结底层厚度。 b）测试设备： 1）加热单元； 2）冷却单元； 3）测试模块： i）热流计(材料、形状、尺寸，包括热电偶孔的直径和位置)； i）测试环境。 c）测试条件（见图5)： 1）加热单元工作条件； 2）冷却单元工作条件； 3） 加热时间； 4） 冷却时间； 5） 面层最高温度； 6） 面层最低温度； 7） 面层最高温度持续时间； 8） 面层最低温度持续时间； 9）起始加热速度(=初始温度增量/到达时间)； 10）平均升温速度(=热循环过程温度增加值/平均到达时间)； 11）平均冷却速度(=热循环过程温度降低值/平均到达时间)； 12）温度上升时间； 13）温度下降时间； 14）起始升温时间。 d）测试结果： 1）热流； 2）面层等效热导率”； 3）面层温差； 4）面层达到损伤容限的热循环次数； 5）面层破坏或破坏形式（开裂、剥落、脱落）。 e）测试日期。 f 2 附加说明。 以下附加说明可包含在测试报告中： 1）温度历史曲线； 2）等效热导率随循环次数的变化； 3）显示试样典型损伤图案的照片或插图； 4）声发射测量的典型结果”。