[发明专利]一种基于等离子喷涂的厚膜热电偶传感器制造方法

说明书

本发明属于航空测试技术领域，具体涉及一种基于等离子喷涂的厚膜热电偶传感器制造方法，是一种新型的热电偶结构形式。本发明通过对航空发动机涡轮叶片进行表面预处理；接着利用等离子喷涂将耐高温绝缘材料Al₂O₃粉末材料熔融后喷射到涡轮叶片基体上，完成绝缘层制备；然后利用等离子喷涂工艺分别喷涂热电偶功能层的正负极，使涂层与绝缘基体之间形成牢固的冶金结合，完成功能层制备；最后再次利用耐高温绝缘材料Al₂O₃粉末材料制备保护层。本发明基于等离子喷涂技术直接制备热电偶传感器于涡轮叶片表面，可用于精确测量与实时监测涡轮转子叶片的表面温度。

技术领域

本发明属于航空测试技术领域，具体涉及一种基于等离子喷涂的厚膜热电偶传感器制造方法。

背景技术

涡轮是航空发动机三大关键部件之一。为了提高推重比，一个重要技术途径是提高涡轮前温度。通常燃烧室出口燃气温度分布不均匀,表现为具有高温核心的燃气流，这将导致涡轮进口处温度的非均匀性进一步增强。承受着巨大热负荷的涡轮转子叶片还在炽热的高温高压燃气流中高速旋转，非常大的热梯度将使涡轮叶片经受严重的热应力和应变，涡轮叶片的蠕变寿命将会大幅度下降。因此，为了提高叶片的安全工作可靠性，延长其寿命，就必须准确的测量及实时监测、研究分析涡轮叶片的温度分布，以便在叶片设计、材料、冷却、结构、工艺、安装上采取有效的措施，主动控制合理的温度分布。

英﹑美﹑俄等航空技术发达国家投入了大量的人力物力研发用于涡轮部件温度测试的传感器和设备仪器，最常用的主要有铠装热电偶、红外传感器、晶体传感器及示温漆等，大都用于涡轮静止叶片。

我国开展航空发动机涡轮叶片测试技术研究较晚，投入有限，测试技术水平较低，自主研发的用于涡轮部件温度测试的传感器和设备仪器较少。从国外引进的红外测温设备，由于红外传感器本身难以承受高的环境温度，需要冷却，冷却气流会破坏试验件流场和温度场分布；红外测温受发射率影响较大，存在测量误差大，温度分辨率及空间分辨率低等问题。而铠装热电偶测温技术，是一种浸入式测量方法，然而该方法破坏了叶片结构，叶片传热性能发生改变，降低了测量精度，且在叶片尾缘等厚度较薄的薄壁结构中无法埋设铠装热电偶进行测量；晶体测温与示温漆测温技术无需测试引线，但只能获得试验状态的最高温度，不能在试验过程中进行监测和测量。针对高压涡轮工作叶片温度测试的急迫需求及现有技术水平的局限性，急需寻求一种测量精度高，对试验件无破坏，对试验过程无影响的测试技术，该技术同时需具备实时监测及保证在恶劣工况下可靠工作等特点，满足发动机的研制需求。

发明内容

本发明的目的：为了解决涡轮叶片测温困难，对涡轮叶片结构破坏大，不能精确测量和实时监测问题。本发明利用等离子喷涂技术直接制备厚膜热电偶在涡轮叶片表面，对涡轮叶片无破坏，对试验过程无影响，厚膜热电偶涂层薄，附着牢靠，可有效完成高温、高压和高转速环境下涡轮叶片表面温度的精确测量和实时监测。

本发明的技术方案：

为了解决上述技术问题，本发明提供的一种基于等离子喷涂的厚膜热电偶传感器制造方法，先对涡轮叶片表面进行预处理，除去叶片表面各种异物，提供适合于涂装要求的良好基底；采用等离子喷涂Al₂O₃粉末材料完成绝缘涂层的制备，其后，采用等离子喷涂分别喷涂热电偶功能层的正负极，最后再次采用等离子喷涂Al₂O₃粉末材料完成对功能层的保护。

所述的一种基于等离子喷涂的厚膜热电偶传感器制造方法，包括如下步骤：

步骤1：表面预处理；

步骤2：绝缘层制备

对不需喷涂绝缘层的部位用高温绝缘胶带保护后，使用高能等离子喷枪喷涂Al₂O₃粉末材料，喷嘴垂直于涡轮叶片表面，形成绝缘层；

步骤3：功能层制备