《重型燃?xì)廨啓C(jī)高溫部件熱障涂層局部剝落損傷程度判定準(zhǔn)則》編制說明

《重型燃?xì)廨啓C(jī)高溫部件熱障涂層局部剝落損傷程度判定準(zhǔn)則》編制說明重型燃?xì)廨啓C(jī)(燃機(jī))作為重要的發(fā)電和動力裝備，廣泛應(yīng)用于清潔能源、電力調(diào)峰、船艦動力、空天動力等領(lǐng)域，具有極高的戰(zhàn)略地位。在能源革命的驅(qū)動下，以重型燃?xì)廨啓C(jī)為代表的能源技術(shù)進(jìn)入科技創(chuàng)新的高度活躍期，重型燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)高溫葉片等核心熱端部件的自主設(shè)計、試驗驗證及壽命評估等關(guān)鍵瓶頸技術(shù)的突破已成為我國的發(fā)展重點。為了開發(fā)更高效率的重型燃?xì)廨啓C(jī)，需要不斷提高燃燒器及透平進(jìn)口溫度，由此將導(dǎo)致燃機(jī)高溫部件在遠(yuǎn)超金屬允許溫度的環(huán)境中運(yùn)行，嚴(yán)重影響高溫部件的使用壽命。目前，在高溫葉片的熱防護(hù)技術(shù)中，可設(shè)計性強(qiáng)的熱障涂層(Thermalbarriercoatings,TBCs)作為目前高溫防護(hù)性能最佳、應(yīng)用前景最好的表面高溫防護(hù)技術(shù)之一，已成為研制先進(jìn)重型燃?xì)廨啓C(jī)關(guān)鍵技術(shù)。為了保障高溫部件安全穩(wěn)定服役，延長重型燃?xì)廨啓C(jī)的生命周期，需要在高溫部件表面制備熱障涂層，以起到隔熱、抗腐蝕、抗沖蝕等功能，為高溫部件提供熱然而，熱障涂層在極端高溫、氧化、粒子沖蝕等嚴(yán)酷環(huán)境下工作時，極易產(chǎn)生界面裂紋、表面凹坑等不同程度的局部損傷，并最終導(dǎo)致涂層局部剝落。這種局部剝落會不同程存在一個臨界局部剝落尺寸值：當(dāng)剝落區(qū)域小于此值時，熱障涂層損傷程度較小，仍然能20%等，但由于缺少理論和模擬支撐，這些臨界剝落尺寸尚未得到統(tǒng)一認(rèn)可，嚴(yán)重制約了會立即進(jìn)行剝落區(qū)域涂層的去除再噴涂，極大地提高了燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行成本。因此需要編1、按照GB/T1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》2(一)任務(wù)來源根據(jù)《中國國際科技促進(jìn)會標(biāo)準(zhǔn)化工作委員會團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)管理辦法》的有關(guān)規(guī)定，經(jīng)中國國際科技促進(jìn)會標(biāo)準(zhǔn)化工作委員會及相關(guān)專家技術(shù)審核，批準(zhǔn)《重型燃?xì)廨啓C(jī)高溫部件熱障涂層局部剝落損傷程度判定準(zhǔn)則》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)制定計劃，計劃編號為：CI2023037。本標(biāo)準(zhǔn)由東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司提出，中國國際科技促進(jìn)會歸口。根據(jù)計劃要求，本標(biāo)準(zhǔn)完成時限為6個月。(二)標(biāo)準(zhǔn)起草單位本標(biāo)準(zhǔn)的主要起草單位是東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司，負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)文檔起草及相關(guān)文件的編制等。西安交通大學(xué)、廣東省新材料研究所、四川大學(xué)、清遠(yuǎn)燃機(jī)電廠參與起草，負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)中重要技術(shù)點的研究和建議，并參與標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容的討論。(三)標(biāo)準(zhǔn)研制過程及相矣工作計劃項目立項前，標(biāo)準(zhǔn)編制小組查閱、研讀相關(guān)國內(nèi)外文獻(xiàn)，廣泛搜集熱障涂層局部剝落后損傷程度判斷方法相關(guān)的材料。同時，多次與熱障涂層結(jié)構(gòu)完整性評價相關(guān)行業(yè)人團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)立項通知公示后，標(biāo)準(zhǔn)編制小組首先組織了標(biāo)注制定工作會議，各編寫人員根據(jù)工作計劃分工和編寫要求開展了相關(guān)工作。在標(biāo)準(zhǔn)起草期間，編3(四)主要試驗(或驗證)情況分析制備陶瓷層厚度分別為0.3mm與0.5mm的兩組熱障涂層試樣。每組熱障涂層試樣包含局部剝落直徑分別為0mm,1mm,3mm與5mm的試樣。將試樣置于燃?xì)鉄釠_擊試驗臺上，在固定的燃?xì)夂捅忱鋮?shù)下開展燃?xì)猸h(huán)境試驗，并使用紅外測溫儀記錄陶瓷層表面的最高溫度。燃?xì)鉄釠_擊試驗臺如圖2所示。測試過程中觀察到了局部剝落導(dǎo)致的剝落區(qū)域邊緣超溫現(xiàn)象，即剝落區(qū)域邊緣亮度遠(yuǎn)高于其他區(qū)域，4圖3局部剝落涂層的超溫現(xiàn)象在實驗中記錄了溫度穩(wěn)定時陶瓷層表面的最高溫度，并與有限元計算結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果如圖4所示。計算值與實驗值表現(xiàn)出相同的增長趨勢，數(shù)據(jù)誤差在可控范圍內(nèi)，驗證了判定準(zhǔn)則的正確性。DiamelerofSpallationarca/mnDiameterofSpallatio(a)陶瓷層厚度為0.3mm(b)陶瓷層厚度為0.5mm圖4陶瓷層最高溫度的實驗值與計算值對比：(a)陶瓷層厚度為0.3mm;(b)陶瓷層厚度標(biāo)準(zhǔn)編制過程中，遵循了以下基本原則：1)標(biāo)準(zhǔn)需要具有行業(yè)特點，指標(biāo)及其對應(yīng)的分析方法要積極參照采用國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。2)標(biāo)準(zhǔn)能夠體現(xiàn)出產(chǎn)品的具有關(guān)鍵共性的技術(shù)要素。3)標(biāo)準(zhǔn)能夠為產(chǎn)品的開發(fā)、改進(jìn)指出明確的方向。4)標(biāo)準(zhǔn)需要具有科學(xué)性、先進(jìn)性和可操作性。5)要能夠結(jié)合行業(yè)實際情況和產(chǎn)品特點。6)與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)協(xié)調(diào)一致。7)促進(jìn)行業(yè)健康發(fā)展與技術(shù)進(jìn)步。5本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了重型燃?xì)廨啓C(jī)高溫部件熱障涂層局部剝落損傷程度判定準(zhǔn)則，正文部分共分六章，內(nèi)容包括標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍、規(guī)范性引用文件、術(shù)語和定義、總體原則和要求及七、重大意見分歧的處理依據(jù)和結(jié)果本標(biāo)準(zhǔn)起草過程中沒有重大分歧意見。建議由