中华人民共和国国家标准
GB/T42259—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
Metallic and other inorganic coatings--Test methods for measuring thermal cycle resistance and thermal shock resistance for thermal barrier coatings
(IS014188:2012.MOD)
2023-04-01实施
2022-12-30发布 目 次
前言 1. 范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义
原理测试方法 5.1 通则 5.2. 耐热循环性能测试方法 5.3 耐热冲击性能测试方法 6 测试报告 6.1 通则 6.2耐热循环性能测试报告 6.3耐热冲击性能测试报告参考文献
4 5
11
-
12 前 言
本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
本文件修改采用ISO14188：2012《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》。
本文件与ISO14188：2012相比做了下述结构调整：
将ISO14188：2012中的图2调整为图2和图3，其他图编号作相应调整。 本文件与ISO14188：2012的技术差异及其原因如下：
增加了剥落面积比的测量要求［见5.2.4.4a），以提高测量剥落面积的合理性。 本文件做了下列编辑性改动：
增加了5.1、5.2.4.2、5.2.4.3、5.2.4.4、5.2.4.6、5.3.3、6.2、6.3列项的引语；将ISO14188：2012的5.2.2.1、5.3.2.1标题改为列项的引语。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由中国机械工业联合会提出。 本文件由全国金属与非金属覆盖层标准化技术委员会（SAC/TC57归口。 本文件起草单位：西安交通大学、武汉材料保护研究所有限公司、矿冶科技集团有限公司、北京金轮
坤天特种机械有限公司厦门瑞德利校准检测技术有限公司、上海英佛曼纳米科技股份有限公司、陕西信邦表面技术工程有限公司，上海交通大学，南京鹰扬环保科技有限公司湖南新生代新材料科技有限公司、佛山桃园先进制造研究院、重庆中昆新材料科技有限公司。
本文件主要起草人：杨冠军、陈同舟、原慷、何箐、徐少辉、田庆芬、王诗阳、周伟、赵晓峰、尹志坚、 毛卫国李福球龚德平易娟。 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
1范围
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。
2规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
ISO14232热喷涂粉末成分和供货技术条件（Thermalspraying一Powders一Composition and technical supply conditions)
注：GB/T19356-2003热喷涂粉末成分和供货技术条件（ISO14232：2000，MOD) ISO14916热喷涂抗拉结合强度的测定（Thermal spraying一Determinationof tensileadhesive
strength)
注：GB/T8642-2002热喷涂抗拉结合强度的测定（ISO14916:1999，MOD）
3术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
热障涂层thermal barrier coating；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。 标引序号说明：
燃气温度：一陶瓷面层：一热生长氧化物：一黏结层：隔热效果一温度；
2
3
6
热障涂层：冷却气体温度：
7.
8
9—基体。
图1热障涂层截面结构和隔热效果示意图
3.2
热生长氧化物thermally grown oxideTGO 涂层受热后在黏结层和陶瓷面层之间形成的氧化物。
3.3
剥落面积比 ratio of spalling areas 剥落总面积与热障涂层有效面积的比值。
3.4
剥落临界循环次数critical number of cycles to spalling 剥落面积比达到30%的热循环次数。 注：在评价剥落区域时，分层或开裂的区域不计人剥落。
3.5
热冲击温差thermal shock temperature difference 热冲击试验中试样加热温度和水淬温度之间的温差。
3.6
耐热冲击性能thermal shock resistance 使抗拉结合强度比热冲击前降低30%的热冲击温差。
4原理
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 5测试方法
5.1 通则
测试方法符合下列规则。
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）。
a
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 5.2.1 总则
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，可用于燃气轮机高温服役热障涂层系统中的材料、涂层工艺和制备参数的选择。 5.2.2测试装置
测试装置由加热和冷却装置及温度控制系统组成，如图2和图3所示。
标引序号说明：
加热和冷却装置： 2— 一高温区：
1
低温区：一试样；一热电偶：温控器：一温度控制系统：试样移动装置。
3-
4
5 6
厂
8-
图2竖直型耐热循环性能测试方法的典型测试装置 9 10
标引序号说明：
试样夹具：试样：屏蔽板（可上/下移动）；热电偶；温控器；温度控制系统：试样移动装置：高温区；低温区：
2 3 4 5 6 7 8 9 10—加热和冷却装置。
图3水平型耐热循环性能测试方法的典型测试装置
加热和冷却装置符合下列规则。
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。
a 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。 试样可以直接暴露于室温空气，室温空气用于代替低温区。
d) 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
允许温度偏差
试验温度
8
℃ ±3 ±4 ±5 ±7
室温1000
5.2.3试样 5.2.3.1试样的形状