一种基于金属中氘脱附行为的机械部件服役温度测量方法

技术领域

本发明机械装备属于测温技术领域，具体涉及一种基于金属中氘脱附行为的机械部件服役温度测量方法。

背景技术

服役温度的测量技术对于机械装备的研发和运行状态的监测至关重要，其准确性和稳定性是结构优化和材料研发的重要基础。目前测温技术可分为两类：非接触式测温和接触式测温。非接触式测温目前主要是红外辐照测温技术，它是通过红外探测器检测被测物体产生的红外辐射，然后根据已知的对应关系来追溯被测物体温度。但是红外辐射测温技术极易受到环境辐射和发射率变化的影响。接触式测温是使用最早也是最广泛的测温技术，包括热电偶测温、示温漆测温等，但热电偶测温面对高温高速的工作环境，存在引线困难、测点数量有限和空间分辨率低等缺陷。示温漆测温技术是将示温漆喷涂在机械部件上，通过观察涂层颜色变化来追溯温度的技术。相较于其他测温技术，示温漆测温存在精度差、非等温线处无法判别等问题。

发明内容

综上所述，本发明的目的在于提供一种基于金属中氘脱附行为的机械部件服役温度测量方法，以解决背景技术中现有测温技术的不足之处。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于金属中氘脱附行为的机械部件服役温度测量方法，包括如下步骤：

S1，选用金属作为测温元件若干，置于充氘装置中充氘，充氘结束后通过热脱附谱仪测得含氘测温元件中氘的总滞留量F

S2，在待测服役温度的机械部件的测温部位开槽，取1片含氘测温元件埋入进行测温，通过热脱附谱仪得到测温元件中氘剩余量F

S3，将氘脱附比例f带进建立好的含氘金属氘脱附比例-保温温度的公式中：f＝k

进一步的，所述测温元件材质为金属。

进一步的，所述测温元件材质为氧化物弥散增强钢、钨或铜中的一种。

进一步的，所述测温元件样品尺寸为0.5mm×0.5mm×0.5mm～10mm×5mm×5mm。

进一步的，所述充氘装置中充氘条件为1～1.5atom、温度是373K-723K的环境下，充氘3～5小时。

式中常量系数k的模拟求值：将充氘后测温元件样品放入热脱附谱仪中，使用四极质谱仪收集由于高温从样品中脱附的氘原子，设置保温时间，保温温度分别为500K、600K、700K、800K、900K、1000K、1100K、1200K，得到氘的脱附量，与总滞留量相比较得氘的脱附量的百分比，然后通过数据拟合可得上述公式中常量，保温时间为15min、30min等。

进一步的，步骤S2中测温时间为15min时，步骤S3中常量k

进一步的，步骤S2中测温时间为30min时，步骤S3中常量k

本发明的有益效果在于：本发明利用金属中氘的脱附行为具有温度敏感性，随着温度升高，金属内部滞留的氘会克服能垒从材料内部中脱附，且脱附比例主要取决于温度和时间。因此可以建立起氘脱附比例与时间和温度之间函数关系，通过测量金属的氘脱附比例来追溯机械部件的温度。本发明可用于的测温机械部件，包括用于冶金、玻璃制造或陶瓷生产的高温工业炉的炉膛内衬；在热电厂、化工厂或其他工业过程中，热交换器使用的耐高温材料；在高温环境如炉膛、发动机室或航空航天应用中，电线和电缆需要使用的耐高温绝缘材料；在高温下操作的焊接材料和连接部件；汽车的排气管、催化转化器和消声器等部件中使用的耐高温材料；在航天器、高速飞行器或高温设备中热屏障和隔热材料；以及发动机涡轮叶片等。

附图说明

图1为本发明的实施例1常量系数k的模拟求值图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落后于本申请所附权利要求所限定。

实施例1(保温时间30min)

选用氧化物弥散增强钢(ODS钢)作为测温元件样品，样品尺寸为7mm×5mm×5mm，将若干块样品放置在充氘装置中，在1atom、450℃的环境下，充氘五小时。将充氘后ODS钢放置在热脱附谱仪中，在保温温度为1273K时，ODS钢内部的氘会全部析出，通过四极质谱仪收集得到ODS钢的氘总滞留量F

式中常量系数k的模拟求值：将充氘后测温元件样品放入热脱附谱仪中，使用四极质谱仪收集从样品中脱附的氘原子，设置保温时间为30min，保温温度分别为500K、600K、700K、800K、900K、1000K、1100K、1200K，得到氘的脱附量分别为5.09×10

实施例2(保温时间15min)

选用氧化物弥散增强钢(ODS钢)作为测温元件样品，样品尺寸为7mm×5mm×5mm，将若干块样品放置在充氘装置中，在1atom、450℃的环境下，充氘五小时。将充氘后的ODS钢放置在热脱附谱仪中，在保温温度为1273K时，ODS钢内部的氘会全部脱附，得到ODS钢的氘总滞留量F

式中常量系数k的模拟求值：将充氘后样品放入热脱附谱仪中，使用四极质谱仪收集从样品中脱附的氘原子，设置保温时间为15min，保温温度分别为500K、600K、700K、800K、900K、1000K、1100K、1200K，得到氘的脱附量分别为4.64×10

最后说明的是，本发明还可以应用于其它保温时间，不仅限于实施例的15min和30min，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。