[发明专利]一种用于抗冲蚀涂层质量变化监测的石英晶体谐振器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种用于抗冲蚀涂层质量变化监测的石英晶体谐振器及其制备方法，属于航空发动机叶片抗冲蚀防护涂层性能测试技术领域。

背景技术

航空发动机的工作环境非常恶劣，对于压气机叶片，需要在宽广的地域能稳定的工作，尤其在起飞和降落的过程中，不可避免地吸入尺度和形状不一的砂尘，这些砂尘在气流的带动下高速撞击压气机叶片等部件，破坏其表面完整性。在航空发动机(尤其是涡轴发动机)在工作过程中，压气机等部件受到砂尘的冲蚀作用，容易对叶片发生冲击、侵蚀和磨损，使叶片表面粗糙度增大、叶片前缘弯曲、弦长变短、厚度减小等，从而导致叶片型面的改变，从而降低压气机的增压比、效率和流通能力，引起发动机性能衰减，功率下降、耗油率增加、涡轮前燃气温度升高等，严重影响发动机的使用和维护。航空发动机压气机叶片的冲蚀问题十分突出，对叶片抗冲蚀性能也要求越来越高，迫切需要进行材料和部件的砂尘冲蚀实验和性能评价，为叶片的设计、使用和维护提供技术和数据基础。

目前主要采用质量损失率来评价材料的抗砂尘冲蚀性能，但普遍采用的手段为：在冲蚀试验过程中选取特定的时间点，将试样取出，经过一系列清洗工序后，采取电子分析天平多次测量取平均值，获得试样在该点时间的质量。通过在不同的时刻重复上述工作，进而获取该材料的质量变化曲线，供分析材料的抗砂尘冲蚀性能及损伤规律用。上述方法存在明显的不足：

(1)获得的数据是离散的，不能获得材料质量损失的连续变化曲线，存在错失重要数据信息的可能性；

(2)材料受到冲蚀后，其表面会发生塑性变形，且会产生残余应力，每次的清洗称量过程会影响试样的表面状态，包括参残余应力的释放、嵌入颗粒的移动，从而改变了表面材料性能，影响材料后续的冲蚀率；

(3)每次的试样称量历经取下、清洗、烘干最后再安装试样多个步骤，该过程需要10～15min，从而导致整个实验过程繁琐，耗费大量人力与时间。

在授权号为CN 105403291 A的名称为“氧化锌纳米纤维QCM紫外光敏传感器及其制备方法”的发明专利中，虽利用石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbalance,QCM)传感器原理，但其应用于光敏传感领域。

在授权号为CN 101398399 A的名称为“一种石英晶体谐振器及其制备和应用”的发明专利中，公开了一种乙醇敏感的石英晶体谐振器，利用石英晶体微天平原理，实现了空气中乙醇气体浓度的测定，但与冲蚀涂层测试应用差异较大。

在授权号为CN 105509582 U的名称为“动态测量传感器”的发明专利中，能够实现汽车不减速测量的动态测量，但涉及领域差异较大。

在授权号为CN 106197625 U的名称为“一种微克量级质量的原位实时测量装置及其测量方法”的发明专利中，能够实现对微克量级质量高频率高精度的原位实时测量，但其主要是通过弹性片在重力作用下的变形实现测量的，而对于砂尘抗冲蚀涂层，不仅受重力作用，同时还受砂尘粒子和高速气流的作用力，因而该专利中的方法并不适用与冲蚀条件。在目前,我国现有的砂尘冲蚀考核评价手段均需中断试验再进行冲蚀试验数据获取，而不能够在试验中原位实时获取数据。

发明内容

本发明要解决的技术问题克服现有的缺陷，提供一种用于抗冲蚀涂层质量变化监测的石英晶体谐振器及其制备方法，该装置可以原位实时测量涂层试样的质量，并同时计算出抗冲蚀涂层冲蚀率随时间变化规律曲线，可以有效解决背景技术中的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明提供一种用于抗冲蚀涂层质量变化监测的石英晶体谐振器，包括圆形石英晶体振荡片，所述圆形石英晶体振荡片上下表面上设有非对称金属电极和金属电极，以及所述圆形石英晶体振荡片上表面中心区域设有的抗冲蚀涂层；经过圆形石英晶体振荡片几何中心的法线与经过非对称金属电极几何中心的法线、经过金属电极的几何中心的法线、经过上表面圆形抗冲蚀涂层几何中心的法线四者保持重合。

作为本发明的一种优选技术方案，所述圆形石英晶体振荡片的直径为d；所述上表面非对称金属电极的内径为s，外径为t；所述下表面金属电极的直径为m；所述中心圆形区域抗冲蚀涂层的直径为n，且n＜s＜m＜t＜d。

作为本发明的一种优选技术方案，所述非对称金属电极和下表面金属电极的材料为以金属铬层为基层，在金属铬层上再镀金层，以增加金在石英基片上的附着力，厚度为0.1μm。