專利名稱：用于電化學阻抗譜的探針的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及用于評估基體上的涂層的非破壞性的檢測技術，更具體地，本發(fā)明涉及利用電化學阻抗譜來評估在燃氣輪機組件上的熱生長氧化物，以及在此一起使用的探針。
背景技術：
燃氣輪機已經(jīng)長期用來將轉換燃料形式的化學潛能轉化為熱能，然后再轉化為機械能，用于推動航空器，產(chǎn)生電能，泵送流體等。燃氣輪機的效率隨著運行溫度的增長而增長。因此，存在較大的積極性來提高這種發(fā)動機的燃燒和排氣溫度。但是，在這種發(fā)動機的熱區(qū)組件中所使用的金屬材料都以非常接近它的熱穩(wěn)定性上限溫度工作。事實上，在現(xiàn)代燃氣輪機的最熱區(qū)域中，用在熱氣通道中的金屬材料的溫度在它們的熔點之上。在這樣的溫度下這些金屬材料能夠幸存完全是因為它們以一定方式進行冷卻，和/或它們包含隔熱涂層(TBCs)在其上，該隔熱層能降低組件的熱傳導性，因此可允許組件運行在更高的溫度下。
燃氣輪機組件(即渦輪葉片，渦輪翼，密封，燃燒室板等)上的典型的隔熱涂層通常包含一金屬粘合層和一陶瓷外涂層。該金屬粘合層可包含MCrAIY合金，其中M是Ni，Co，或NiCo，其可以任何合適的方式直接覆蓋于金屬基體上。熱絕緣陶瓷外涂層包含被氧化鋯穩(wěn)定的氧化釔，該涂層以任何合適的方式覆蓋于金屬粘合層。在該外涂層被沉積的同時，一熱生長氧化(TGO)層，例如氧化鋁，形成在金屬粘合層上，在金屬粘合層和陶瓷外涂層之間。隨著溫度和循環(huán)數(shù)目的時間增長，該TGO層的厚度也增加，最終達到一個使涂層失效的關鍵值。涂層的失效將使燃氣輪機組件覆蓋的合金材料暴露在極值溫度下，這樣加快了合金材料的氧化和/或腐蝕，進而導致組件的失效。由于該TGO層在控制TBCs的老化方面是一個很重要的因素，所以確定TBCs的老化程度對于預測在燃氣輪機組件上TBCs的剩余壽命和失效是必要的。此外，在組件被涂覆時，可能產(chǎn)生缺陷。因此，在生產(chǎn)線，或者在修復或者維護環(huán)境中，以迅速和容易的方式非破壞性的評估涂層質量是有益的。
當前存在用來檢測或者評估組件上的TGO層的厚度和質量的各種非破壞性方法。這些方法通常憑借在不需破壞涂層或者涂層組件的情況下確定一些物理特性的改變來測量或者評估涂層厚度。非破壞性的方法包括許多方法，例如渦流電流方法，激光熒光，光致發(fā)光，靈活涂覆(smart coating)，聲學波導感應法和電磁方法等等。渦流電流方法利用一激勵線圈在被檢測的涂層組件內(nèi)感應渦流電流，從而由感應渦流電流產(chǎn)生的第二電磁場能被檢測線圈檢測到。激光熒光包括發(fā)出一氬激光束到陶瓷外涂層上并且將它傳輸?shù)絋GO，然后熒光劑發(fā)射熒光通過外涂層并且到一檢測器上。光致發(fā)光包括采用一光致發(fā)光材料涂在涂層上，直接施加一激勵輻射到涂層上，并且檢測在光致發(fā)光材料的發(fā)射光譜中特征單相峰值密度的變化。靈活涂覆是涂上附加的化學標簽(chemicaltaggants)的涂層，該材料能夠在運行過程中顯示涂層組件的磨損和損壞程度，或者當涂層惡化時，其能夠在下游排氣中被檢測到。聲學波導感應法包括當涂層惡化時，檢測通過涂層的聲波的幅度和速度的變化。電磁方法包括采用非線性諧波技術來檢測涂層的老化。
最近已發(fā)現(xiàn)電化學阻抗譜(EIS)能用作為一種非破壞性的檢測技術，以檢測或評估在燃氣輪機上的TGO的厚度，從而能估計TBC的質量。由于被氧化鋯穩(wěn)定的氧化釔為一離子導體，并且TGO為一典型的絕緣體，EIS可用來測量在燃氣輪機組件上的TBCs阻抗光譜，并且能由此確定TGO中的組分或者微結構的改變。共同擁有的U.S申請10/417,032公開了以如此方式怎樣運用EIS的詳細內(nèi)容，并且該申請全部結合在本文中并作為參考。
現(xiàn)有的EIS探針用于評估在燃氣輪機組件上的TBCs不是理想的。許多現(xiàn)有的EIS探針是為實驗使用而設計的，因此這些探針較大并且不容易將它們運用于生產(chǎn)，修復或者維護環(huán)境中。此外，現(xiàn)有EIS探針通常需要被測部件被固定，并且現(xiàn)有探針不能在復雜表面上進行測量。由于許多現(xiàn)有EIS探針或者對于我們的目標很不合適，或者包含昂貴實驗設備，該設備不能容易或者便攜地用在生產(chǎn)，修復或者維護環(huán)境中，因此理想的是需要具有一種新的EIS探針，該探針能對TBCs的厚度，質量，結構完整性，老化程度，和/或剩余壽命進行評估，和/或能確定TGO層內(nèi)的混合氧化物的存在。理想地，這些探針可對燃氣輪機組件上的涂層進行迅速和容易的非破壞性的評估，從而在被覆蓋組件發(fā)生損壞之前低質量的TBCs能被修復或替換。

發(fā)明內(nèi)容
相應的，現(xiàn)有EIS探針的上述可識別的缺點通過本發(fā)明的實施例可以克服，本發(fā)明涉及新的探針設計，該設計能用來評估隔熱涂層系統(tǒng)的厚度，質量，結構完整性，老化程度，和/或剩余壽命，和/或能確定熱生產(chǎn)氧化層中的混合氧化物的存在。本發(fā)明探針比現(xiàn)有EIS探針小很多，并且這些探針可以在生產(chǎn)，修復和/或維護環(huán)境中在復雜表面上進行測量。這些探針可在涂層組件上迅速和容易地實施非破壞性質量控制檢測，從而在被覆蓋的組件發(fā)生損壞之前，能識別，修復或替換低質量的TBCs。這些探針可用于評估燃氣輪機組件上的涂層。
本發(fā)明的實施例包含用于對基體上涂層進行評估的電極探針。這些探針包含一在其中容納流體電解質的電解質容器；一設置以使得其與流體電解質有效的相連對電極；至少一個能使流體電解質保留在電解質容器中的密封裝置；以及一有效地與電解質容器相連的傳輸裝置，該傳輸裝置可傳輸預定量的流體電解質到基體上的涂層上，從而有效地連接涂層到對電極上。
對電極可包含電解質容器本身，或者可包含設置在電解質容器內(nèi)的電極。對電極可包含任何合適的金屬材料，例如，與基體相同的金屬材料，比基體的金屬材料更貴重的金屬材料，和/或比基體的金屬材料更活潑的金屬材料。
這些探針的實施例也包含參考電極，該電極設置在電解質容器中與流體電解質有效地接觸。該參考電極可包含任何合適的電極，例如，一飽和氯化亞汞電極或者一Ag/AgCl電極。這些探針也包含一固定盤或者其它合適裝置，用于在電解質容器內(nèi)合適的位置上固定參考電極和對電極。
在這些探針內(nèi)的密封裝置可包含用于流體電解質保留在電解質容器中的任何合適的密封機構，例如，O形環(huán)。
當預定情況發(fā)生時，傳輸裝置可包含傳輸預定量的流體電解質到涂層上的任何合適的傳輸裝置，同時確保基本上所有剩余的電解質保留在電解質容器中。一些合適的非限制的傳輸裝置包含，單向閥，可滲透的隔膜，以及一可滲透的陶瓷連接件。在各實施例中，預定情況包含擠壓傳輸裝置使之抵靠著涂層，從而允許小量的流體電解質從電解質容器流出并流入到涂層上。當流體電解質有效地連接到基體上的涂層上時，在流體電解質和涂層之間存在流體連通，并從涂層通過流體電解質到對電極上提供了一電通道，從而在對電極和工作電極之間完成一電路，并且該工作電極與基體的未涂層部分有效地相連。
電解質可包含任何合適的電解質，例如，氯化鈉(Nacl)，氯化鉀(KCl)，硫酸鈉(NaSO4)，和/或氫氧化鉀(KOH)。這些探針也包含一電導線以用于有效地連接電極探針到電化學阻抗譜裝置。
在基體上的涂層可包含一在燃氣輪機組件上，例如，渦輪翼，渦輪葉片，燃燒室板，葉片外部空氣密封，渦輪排氣裝置，推進裝置襯套和任何其它的在其上具有TBCs的燃氣輪機組件上的隔熱層系統(tǒng)。這些筆形的可手持的電極探針被運用在生產(chǎn)環(huán)境，修復環(huán)境和/或維持環(huán)境中對燃氣輪機組件上的隔熱涂層系統(tǒng)的剩余壽命進行評估。
本發(fā)明的實施例包含用于評估基體上涂層的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)包含一有效地連接到基體的未涂層部分的工作電極；一有效地連接到基體上的涂層部分的電極探針；和一電化學阻抗裝置，其中該電極探針通過一第一電導線電氣連接到電化學阻抗裝置上，并且工作電極通過第二電導線電氣連接到電化學阻抗裝置上。工作電極可包含基體本身的未涂層部分。
本發(fā)明的實施例也包含一用于非破壞性評估燃氣輪機組件上的涂層的手持系統(tǒng)，這些手持系統(tǒng)包含一有效地連接燃氣輪機上的涂層部分到手持系統(tǒng)上的工作電極；一有效地連接燃氣輪機上的涂層部分到手持系統(tǒng)上的探針；和一可有效地連接到工作電極和探針上的電化學阻抗裝置，其中該探針包含一在其中容納有流體電解質的密封電解質容器；一有效地連接燃氣輪機組件上的涂層到流體電解質上的對電極；和一有效地與密封的電解質容器相連的傳輸裝置，該傳輸裝置能傳輸預定量的流體電解質到燃氣輪機組件上的涂層上，從而有效地連接涂層到對電極上。該工作電極可包含燃氣輪機本身的未涂層部分。
對本領域技術人員而言本發(fā)明的其他特征，其他方面的內(nèi)容和優(yōu)點將在下面的描述中是很顯然的，其中參考了表示本發(fā)明的一些優(yōu)選實施例的附圖，其中在所有附圖中相同的參考標號表示類似的組件。


此時，下面將參考不同的附圖表描述本發(fā)明的系統(tǒng)和方法，其中
圖1表示一個示范性的阻抗光譜的示例圖，正如應用在本發(fā)明的具體實施例中那樣，該示意圖包含一阻抗對頻率的曲線以及一相位角對頻率的曲線。
圖2表示在燃氣輪機組件上的示范性隔熱涂層系統(tǒng)的局部視圖，如本發(fā)明的實施例進行評估的那樣。
圖3是一個表示示范性電化學阻抗系統(tǒng)的示意圖，如用在本發(fā)明的具體實施例中那樣。
圖4是一個表示在圖2圖3所示的隔熱涂層系統(tǒng)的電路等效模型的示意圖。
圖5是一個表示與電化學阻抗系統(tǒng)一起使用的一個雙電極探針系統(tǒng)的示意圖，如用在本發(fā)明的具體實施例中那樣。
圖6是一個表示與電化學阻抗系統(tǒng)一起使用的一個雙電極探針系統(tǒng)的示意圖，如用在本發(fā)明的其它的具體實施例中那樣。
圖7是一個表示與電化學阻抗系統(tǒng)一起使用的一個三電極探針系統(tǒng)的示意圖，如用在本發(fā)明的其它的具體實施例中那樣；及圖8是一個表示與電化學阻抗系統(tǒng)一起使用的一個三電極探針系統(tǒng)的示意圖，如用在本發(fā)明的另外的具體實施例中那樣。
具體實施例方式
為了有助于對本發(fā)明的理解，現(xiàn)參考圖1-8所示的本發(fā)明的一些優(yōu)選實施例并且使用具體語言對這些內(nèi)容進行描述。在此使用的術語僅僅是為了方便描述，而不是進行限制。在此公開的具體結構和功能描述不能被理解為限制性的，而僅僅是作為用于權利要求的基礎，作為用于教導本領域技術人員變化地運用本發(fā)明的代表性基礎。對本發(fā)明的結構和方法描述的任何修改或變化，和在此描述的本發(fā)明原理的進一步應用，如本領域技術人員正常認識的那樣，都應被認為是符合本發(fā)明的精神和范圍的。
本發(fā)明涉及能與電化學阻抗譜一起使用以評估燃氣輪機組件上的熱生長氧化物的各種探針。這些探針可迅速地，容易地以及非破壞性地測定這些組件上的隔熱涂層(TBCs)的質量，從而使低質量的隔熱涂層可在被覆蓋的組件發(fā)生損害前被識別和修復或替換。這些探針可容易地運用在生產(chǎn)，修理和維護環(huán)境中。
如上所述，電化學阻抗譜(EIS)，也被稱作AC阻抗，能被用于非破壞性探測技術，以測定燃氣輪機組件上的TBC系統(tǒng)的厚度，質量，結構完整性，老化程度，和/或使用壽命等，和/或確定在TGO層中的混合氧化物的存在。EIS與其他技術相比是有利的，因為它允許使用振幅很小的信號，而對被檢測的特征只有很小的或根本沒有任何影響。例如，為獲得阻抗測量結果，在本發(fā)明實施例中，一個大約5-50mV的電壓，頻率在0.001～1000,000Hz，施加到涂覆的組件上。該涂覆組件的電阻抗可被測量作為所施加的AC電流的頻率的函數(shù)。該測量結果提供的參數(shù)有絕對阻抗，阻抗的實部和阻抗的虛部以及相位角。作為頻率的函數(shù)和相互對應的這些參數(shù)的曲線提供了涂覆組件用的阻抗譜10。圖1表示本發(fā)明的實施例中用的一個示例的阻抗譜10，其包含一個阻抗Ω(Kohm/cm2)相對于頻率ω(mHz)的曲線20，和相位角θ(度)相對于頻率ω的曲線30。涂層質量的測定可由阻抗譜10確定，從而也能評估涂層的剩余使用壽命。這樣轉而又使得低質量的TBC涂層在對被覆蓋的組件危害發(fā)生之前可被修復和替換。
如圖2所示，用于燃氣輪機組件的典型的TBC系統(tǒng)55包含一覆蓋在金屬基體50上的金屬粘合層52，一覆蓋在金屬粘合層52上的隔熱陶瓷外涂層54，以及一設置在金屬粘合層52和隔熱陶瓷外涂層54之間就地形成的TGO層53。金屬基體50可包含一鎳基超耐熱合金，該合金包含質量百分比大約為1～25％的鈷，約1～25％的鉻，約0～8％的鋁，約0～10％的鉬，約0～15％的鎢，約0～12％的鉭，約0～5％的鈦，約0～7％的錸，約0～6％的釕，約0～4％的鈮，約0～0.02％的碳，約0～0.15％的硼，約0～0.05％的釔，約0～1.6％的鉿，和其余為鎳和附帶的雜質。金屬粘合層52可包含MCrAIY合金，其中M是Ni，Co，或NiCo，其由電鍍光束物理蒸汽沉積作用(EB-PVD)或其它合適的方法直接覆蓋在金屬基體50上面。隔熱陶瓷外涂層54可包含被氧化鋯穩(wěn)定的氧化釔，該涂層54以任何合適的方式覆蓋在金屬粘合層52上。
當該外涂層54被沉積時，熱生長氧化層53，如鋁，形成在金屬粘合層52上，并在金屬粘合層52和陶瓷外涂層54之間。隨著溫度和循環(huán)數(shù)目的時間增長，該TGO層53的厚度也增加，最終達到一個涂層隨之失效的關鍵值。在生產(chǎn)中的各種缺陷在這些TBC系統(tǒng)中形成。不管是在生產(chǎn)中或者是在使用中形成的這些缺陷，都將最終導致被覆蓋的組件的失效，從而會導致昂貴的，麻煩的并且耗時的修復。理想的，期望能夠估計TBC系統(tǒng)的剩余壽命，從而在被覆蓋的組件發(fā)生損壞之前低質量的TBCs能被修復或者替換。本發(fā)明的探針可允許評估出TBC系統(tǒng)的剩余壽命，因此能阻止組件失效。這些探針能在涂層組件的生產(chǎn)中，或者每當探針和涂層組件之間的直接物理接觸可能發(fā)生的任何時候作出迅速的和容易的，非破壞性的質量控制檢測。例如，涂層燃氣輪機組件在飛機機翼上不能接近，但是在不必拆除并完全拆開發(fā)動機時就可接近該組件。
本發(fā)明的探針可與任何合適的EIS系統(tǒng)一起利用以評估在任何燃氣輪機組件上的涂層質量。一個示例，非限制性的燃氣輪機組件，如圖3所示為一葉片60。該葉片具有一從平臺64向外延伸并朝向葉片尖端65的涂層翼部分62，以及一個從平臺64向內(nèi)延伸的未涂層葉片根部66。葉片60的涂層翼部分62包含一在其上的隔熱涂層系統(tǒng)55。在此所示的示例EIS系統(tǒng)包含一阻抗分析器72，該分析器72通過一對電導線74，76有效地連接到涂層組件60上。每個電導線具有兩個端。每個電導線74，76的一端有效地連接到阻抗分析器72上，同時每個電導線74，76的另一端分別有效地連接到電極75，77上。在實施例中，電導線74有效地直接連接到部件的未涂層部分(即葉片60的未涂層葉片根部66)，從而使得部件的未涂層部分為工作電極75。電導線76有效地連接到濕電極77上，該電極與部件的涂層部分(即葉片60的涂層機翼部分)接觸。濕電極77包含對電極95，并且也包含一參考電極92。當一個連續(xù)電通道存在于兩電極74，76之間時，電壓源71可用于驅動在對電極95和工作電極75之間的作用，并且阻抗參數(shù)可由阻抗分析器72測量出。在實施例中，電壓源71可為阻抗分析器72的一部分。阻抗分析器72有效地連接到計算機78，計算機可顯示測得的阻抗參數(shù)，并基于所測參數(shù)和/或在其上進行分析，從而定性地和/或定量地確定涂層的性能。
不同理論的，經(jīng)驗的或混合的模型可用于確定涂層性能，例如層厚度，缺陷的存在，尺寸和數(shù)量(即在涂層內(nèi)或者之間的空隙顯示涂層的分離或者分層)，涂層的老化程度，涂層的估計剩余壽命等。
圖4表示一個在圖2和圖3所示的燃氣輪機葉片60上的TBC系統(tǒng)的基本電路模型80。從電路的一端到另一端，電解質溶解電阻Rs與電極電阻Rp串聯(lián)。這樣依次與并聯(lián)的外涂層電容Cc和外涂層阻抗Rc相串聯(lián)。這樣依次與并聯(lián)并乘以Warburg系數(shù)Wo的TGO電容Co和TGO阻抗Ro相串聯(lián)。這樣依次與并聯(lián)的在TGO和粘合層之間的分界面的分界面電容CT和分界面阻抗RT相串聯(lián)。
再參見圖1，示出了包含阻抗Ω(Kohm/cm2)相對于頻率ω(mHz)的曲線20，和相位角θ(度)相對于ω頻率的曲線30的示范性阻抗譜10。阻抗峰值22的位置表示TGO和粘合層之間的分界面的電阻RT，阻抗尾端24的位置表示電極的電阻Rp，阻抗過渡段26的位置表示外涂層阻抗Rc和TGO阻抗Ro。低頻相位角峰值32的位置表示TGO電容Co，高頻相位角峰值32的位置表示外涂層電容Cc，并且相位角尾端36的位置表示TGO和粘合層之間的分界面電容CT。從該阻抗譜10，能確定TBC估計的剩余壽命，從而在被覆蓋的組件損壞發(fā)生前可允許低質量的TBCs被修復和替換。
現(xiàn)在參見圖5，示出了一個與電化學阻抗系統(tǒng)一起使用的示例電極77。該電極77的該特定實施例為一濕電極探針系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含兩個電極一工作電極75和對電極95。該探針77包含一中空管狀容器90，內(nèi)面充滿電解液91。在該實施例中，該中空管狀容器90由金屬制成，從而使得中空管狀容器90本身能作為對電極95。該中空管狀容器90優(yōu)選由與被檢測部件(即燃氣輪機葉片60)的基礎金屬合金同樣的金屬材料制成，以限制在電路中的極化影響。一單向閥93位于探針77的一端以防止電解液91從導管中逸出，需要時除外。此外，O形密封環(huán)94或者其它合適的密封裝置設置在該中空管狀容器90的兩端，使電解液91保留在該導管中。當使用該探針77時，對電極95與工作電極75一起使用以完成電路，在對電極95和工作電極75之間的反應由附加在上面的電源71驅動。
現(xiàn)在參見圖6，表示了另一個用于與電化學阻抗系統(tǒng)一起使用的示范性電極77。該電極77的該特定實施例也為一濕電極探針系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括兩個電極一工作電極75和對電極95。在該實施例中，中空管狀容器90不作為對電極95，因此該中空管狀容器90可有任何合適的材料，例如，Plexiglas制成，這樣在中空管狀容器90內(nèi)保留的電解質91的水平能容易地評估出。在該實施例中，對電極95設置在中空管狀容器90內(nèi)，與電解質91有效地接觸。該對電極95優(yōu)選與被檢測部件(即燃氣輪機葉片60)的基礎金屬合金同樣的金屬材料制成，以限制在電路中的極化影響。和前面的實施例一樣，該實施例也包含一個單向閥93和O形密封環(huán)94或者其它合適的密封裝置。當使用該探針77時，對電極95與工作電極75一起使用以完成電路，在對電極95和工作電極75之間的作用由附加在上面的電源71驅動。
現(xiàn)在參見圖7，表示了又一個用于與電化學阻抗系統(tǒng)一起使用的示范性電極77。該電極77的該特定實施例為一濕電極探針系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含三個電極一工作電極75，一對電極95，和一參考電極92。如前面的實施例所述，該中空管狀容器90由金屬制成，從而使得中空管狀容器90本身能作為對電極95。該中空管狀容器90可由任何合適的金屬材料制成，例如，由一比所檢測的部件(即燃氣輪機葉片60)的基礎金屬合金更貴重的或者更活潑的金屬材料制成。該探針77也包含一個設置在中空管狀容器90內(nèi)并與電解質91有效接觸的參考電極92。該參考電極92可包含任何合適的電極，例如，一飽和氯化亞汞電極(即Hg/Hg2Cl2)或者Ag/AgCl電極。如上面所述的實施例一樣，該探針77也包含一個單向閥93和O形密封環(huán)94或者其它合適的密封裝置。當使用該探針77時，對電極95與工作電極75一起使用以控制電勢并完成電路，在對電極95和工作電極75之間的反應由附加在上面的電源71驅動，并且參考電極92被用來測量該元的電勢。
現(xiàn)在參見圖8，表示了又一個用于與電化學阻抗系統(tǒng)一起使用的示范性電極77。該電極77的該特定實施例為一濕電極探針系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含三個電極一工作電極75，一對電極95，和一參考電極92。該探針77包含一對電極95和一參考電極92，該參考電極92在中空管狀容器90內(nèi)并與電解質91有效接觸。在該實施例中，該中空管狀容器90不作為對電極95，因此該中空管狀容器90可由任何合適的材料，例如，Plexiglas制成，這樣在中空管狀容器90內(nèi)保留的電解質91的水平可容易地估計出。如前面實施例一樣，該參考電極92可包含任何合適的電極，例如，一飽和氯化亞汞電極(即Hg/Hg2Cl2)或者Ag/AgCl電極。該對電極95可包含任何合適的金屬材料，例如，鉑或者另外金屬或者比所檢測部件(即燃氣輪機葉片60)的基礎金屬合金更貴重或者更活潑的合金。如上述實施例一樣，該實施例也包含一個單向閥93和O形密封環(huán)94或者其它合適的密封裝置。該探針77的一端也包含一固定盤96以便將參考電極92和對電極95固定在合適的位置上，O形環(huán)或者其它合適的密封裝置97可和固定盤96結合使用以將電解質91保留在中空管狀容器90中。當使用該探針77時，對電極95與工作電極75一起使用以控制電勢和完成電路，在對電極95和工作電極75之間的反應由附加其上的電源71驅動，并且參考電極92用來測量該單元的電勢。
如上所述，工作電極77通常包含部件本身(葉片60的未涂層葉片根部66的基礎合金)的未涂層部分。探針77的單向閥93可位于組件60的涂層部分62的陶瓷外涂層54上，如圖2所示，并且當在涂層上的探針77被壓下時，單向閥93可打開并且允許少量的電解質91從導管中流出，以便在涂層62和保留在探針77內(nèi)部的電解質91之間建立流體連通。但電極75，77在合適的位置時，從組件60的未涂層部分66通過工作電極75和電導線74到阻抗分析器72，從阻抗分析器72通過電路76到濕電極77，穿過電解質91，到組件60上的隔熱涂層系統(tǒng)55建立了一連續(xù)電通路。一旦在兩個電極75，77之間存在連續(xù)電通路，則阻抗參數(shù)或其它所需參數(shù)就可由分析器72或其它合適的測量裝置獲得。
本發(fā)明可包含任何合適的電解質91，該電解質不會侵襲，破壞或者以別的方式與被測涂層組件上的涂層作用，例如，一種稀釋酸，一種酸的混合物，或者具有充分的離子傳導性以允許獲得EIS測量值的鹽溶液。一些合適的，非限制性電解質可包含一種或者更多下述材料氯化鈉(Nacl)，氯化鉀(KCl)，硫酸鈉(NaSO4)，和/或氫氧化鉀(KOH)。
所需電解質91的量的變化取決于中空管狀容器90的尺寸。但是，當探針77在多種角度使用時，至少需要有足夠的電解質在中空管狀容器90中，以便充分覆蓋其中的電極92，95。一旦中空管狀容器90充滿足夠的電解質91，以確保在其中設置的電極92，95能與電解質91接觸，則探針77可通過一個或者多個電導線74，76與商業(yè)上可獲得的EIS設備72有效地相連。該EIS設備72可包含任何合適的設備，在各實施例中它可包含頻率響應分析器和數(shù)據(jù)獲得系統(tǒng)。該EIS設備是可攜帶的，從而使得在不同的環(huán)境中能夠迅速和容易地對涂層質量作出估計。例如，在涂層組件的生產(chǎn)中，或者探針和涂層組件之間可直接物理接觸的任何時候，例如在修復或者維護環(huán)境中，本發(fā)明可允許進行迅速和容易的非破壞性的質量控制檢測。
如上所述，本發(fā)明提供的探針，能特定地設計使得可與EIS系統(tǒng)一起應用，以便評估在燃氣輪機組件上，如渦輪翼，渦輪葉片，燃燒室板，葉片外部空氣密封，渦輪排氣裝置，推進裝置襯套和任何其它的在其上具有TBCs的燃氣輪機組件上的TBC系統(tǒng)質量。有利的是，這些探針在生產(chǎn)，修復和維護環(huán)境中容易使用并可以進行質量檢測。因此，低質量TBCs在被覆蓋的部件發(fā)生損壞之前可以被識別，修復和替換。許多其它的實施例和優(yōu)點對相關領域的技術人員是明顯的。
本發(fā)明的不同實施例已經(jīng)在本發(fā)明滿足的不同需求的實現(xiàn)中進行了描述。應該了解的是這些實施例僅僅是為了說明本發(fā)明不同實施例的原理。在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，許多的修改和改寫對本領域技術人員來說是顯然的。因此，本發(fā)明的意圖是覆蓋在附加的權利要求和它們的等效物的范圍內(nèi)的所有合適的修改和變化。
權利要求
1.一用于評估在基體上的涂層的電極探針，該電極探針包含一電解質容器，該容器能在其中容納流體電解質；一對電極，該電極設置以使得能與流體電解質有效地相連；至少一密封裝置，該裝置能保留流體電解質在電解質容器中；并且一有效地與電解質容器相連的傳輸裝置，該傳輸裝置能傳輸預定量的流體電解質到基體上的涂層上，從而有效地連接涂層到對電極上。
2.如權利要求1所述的電極探針，其中對電極包含至少一個(a)電解質容器本身，和(b)一個設置在電解質容器內(nèi)的電極。
3.如權利要求2所述的電極探針，其中對電極包含一預定的金屬材料。
4.如權利要求3所述的電極探針，其中預定的金屬材料包含至少一種下述材料與基體包含的金屬材料相同的金屬材料，比基體包含的金屬材料更貴重的金屬材料，和比基體包含的金屬材料更活潑的金屬材料。
5.如權利要求1所述的電極探針，進一步包含設置在電解質容器內(nèi)的參考電極，該參考電極能與流體電解質有效地相連。
6.如權利要求5所述的電極探針，其中對電極包含一設置在電解質容器內(nèi)的一電極，并且電極探針進一步包含一用于在電解質容器內(nèi)合適位置固定參考電極和對電極的固定盤。
7.如權利要求1所述的電極探針，進一步包含一電導線，該導管能將電極探針有效地連接到電化學阻抗譜裝置上。
8.如權利要求1所述的電極探針，其中至少一個密封設備包含一個在電解質容器的最近端處的第一O形環(huán)，以及在電解質容器的末端的第二O形環(huán)，用于保留流體電解質在電解質容器中。
9.如權利要求1所述的電極探針，其中傳輸裝置包含至少一個下述元件單向閥，可滲透的隔膜，以及一可滲透的陶瓷連接件。
10.如權利要求9所述的電極探針，當預定情況發(fā)生時，其中的傳輸裝置傳輸預定量的流體電解質到涂層上，同時確?；旧纤械氖Ｓ嚯娊赓|保留在電解質容器中。
11.如權利要求10所述的電極探針，其中預定情況包含層將傳輸裝置壓靠在涂層上，從而允許預定量的流體電解質從電解質容器流出并流入到涂層上。
12.如權利要求1所述的電極探針，其中當流體電解質有效地連接到基體上的涂層上時，在流體電解質和涂層之間存在流體連通，并通過流體電解質從涂層到對電極上提供了一電通道，從而在對電極和工作電極之間完成一電路，并且該工作電極與基體的未涂層部分有效地相連。
13.如權利要求1所述的電極探針，其中電解質包含至少一種下述物質氯化鈉(Nacl)，氯化鉀(KCl)，硫酸鈉(NaSO4)，和氫氧化鉀(KOH)。
14.如權利要求1所述的電極探針，其中參考電極包含至少一種下述元件一飽和氯化亞汞電極和Ag/AgCl電極。
15.如權利要求1所述的電極探針，其中在基體上的涂層包含一在燃氣輪機組件上的隔熱涂層系統(tǒng)。
16.如權利要求15所述的電極探針，其中電極探針能被用來獲得在燃氣輪機組件上的隔熱涂層系統(tǒng)的剩余壽命的一估計值。
17.如權利要求1所述的電極探針，其中電極探針包含能被手握住的筆形探針。
18.如權利要求1所述的電極探針，其中電極探針能被用來在下面至少一種環(huán)境中對涂層進行評估生產(chǎn)環(huán)境，修復環(huán)境，和維持環(huán)境。
19.一用于評估基體上的涂層的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含一工作電極，該電極能有效地連接到基體的未涂層部分上；一電極探針，該探針能有效地連接到基體上的涂層部分；和一電化學阻抗裝置，其中該電極探針通過第一電導線電氣連接到電化學阻抗裝置上，并且該工作電極通過第二電導線電氣連接到電化學阻抗裝置上。
20.如權利要求19所述的系統(tǒng)，其中工作電極包含基體本身的未涂層部分。
21.如權利要求19所述的系統(tǒng)，其中電極探針包含一電解質容器，該容器能在其中容納流體電解質；一對電極，該電極設置以使得能與流體電解質有效的相連；至少一密封裝置，該裝置能保留流體電解質在電解質容器中；并且一有效地與電解質容器相連的傳輸裝置，該傳輸裝置能傳輸預定量的流體電解質到基體上的涂層上，以有效地連接涂層到對電極上。
22.如權利要求21所述的系統(tǒng)，其中對電極包含至少一個下列元件(a)電解質容器本身，和(b)一個設置在電解質容器內(nèi)的電極。
23.如權利要求21所述的系統(tǒng)，進一步包含一設置在電解質容器內(nèi)的參考電極，該參考電極能與流體電解質有效地相連。
24.如權利要求21所述的系統(tǒng)，其中傳輸裝置包含至少一個下列元件單向閥，可滲透的隔膜，以及一可滲透的陶瓷連接件。
25.如權利要求21所述的系統(tǒng)，其中傳輸裝置傳輸預定量的流體電解質到涂層上，同時確保所有剩余電解質保留在電解質容器中。
26.如權利要求21所述的系統(tǒng)，其中當流體電解質有效地連接到基體上的涂層上時，在流體電解質和涂層之間存在流體連通，并通過流體電解質從涂層到對電極上提供了一電通道，從而在對電極和工作電極之間完成一電路，并且該工作電極與基體的未涂層部分有效地相連。
27.如權利要求19所述的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)被用來評估在燃氣輪機組件上的隔熱涂層系統(tǒng)。
28.如權利要求19所述的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)能被用在下面至少一種環(huán)境中生產(chǎn)環(huán)境，修復環(huán)境，和維持環(huán)境。
29.一用于非破壞性評估燃氣輪機組件上的涂層的手持系統(tǒng)，該手持系統(tǒng)包含一工作電極，該電極能有效地連接燃氣輪機上的涂層部分到手持系統(tǒng)上；一探針，該探針能有效地連接燃氣輪機上的涂層部分到手持系統(tǒng)上；和一電化學阻抗裝置，該裝置可有效地連接到工作電極和探針上，其中探針包含一在其中容納有流體電解質的密封電解質容器；一對電極，該電極能有效地連接燃氣輪機組件上的涂層到流體電解質；和一有效地與密封電解質容器相連的傳輸裝置，該傳輸裝置能傳輸預定量的流體電解質到燃氣輪機組件上的涂層上，從而有效地連接涂層到對電極上。
30.如權利要求29所述的手持系統(tǒng)，其中工作電極包含燃氣輪機組件本身的未涂層部分。
31.如權利要求29所述的手持系統(tǒng)，其中探針進一步包含一有效地連接到流體電解質上的參考電極。
全文摘要
本文描述了通過電化學阻抗譜以評估在基體上的涂層的探針。這些探針的實施例包含一在其中可容納流體電解質的電解質容器；一設置使得能與流體電解質有效地連接的對電極；至少一個能在電解質容器內(nèi)保留流體電解質的密封裝置；以及一有效地連接到電解質容器的傳輸裝置，該傳輸裝置能傳輸預定量的流體電解質到基體上的涂層上，從而有效地連接涂層到對電極上。這些探針也可包含一參考電極。這些較小的，手持探針能在生產(chǎn)，修復和維護環(huán)境中用來評估燃氣輪機組件上的隔熱涂層，從而能容易的和非破壞性地確定組件的剩余壽命。
文檔編號G01N17/00GK1702455SQ20051008173
公開日2005年11月30日 申請日期2005年5月25日 優(yōu)先權日2004年5月25日
發(fā)明者K·W·施利希廷 申請人:聯(lián)合工藝公司