高温阵纹保护层技术规范

1 文档信息 #

本文件为梅特梅林集团在钢铁与冶炼领域内，针对高温环境下铭刻基材表面保护层设计、施工、检验和维护的工程规范。本文件所定义的要求适用于所有采用本集团铭刻基材及配套材料的高温魔导设备，除非设备专用规范另有更严格要求。

2 适用范围 #

本规范适用于在 600°C 至 1050°C 连续表面温度工况下服役的固定阵纹铭刻基材的外表面保护层。在满足第 5.3.1 条和表 1 规定的降载与时间限制条件下，允许保护层在不超过 1150°C 的峰值短时温度下运行；单次连续运行时间不得超过 30 min，每日累计不得超过 90 min，且期间阵纹魔力载荷须降至额定连续载荷的 50% 以下。对于需要在 1050°C 至 1100°C 区间连续运行的工况，设计方必须采取强制冷却、降低阵纹魔力载荷、增加保护层厚度或改用更高耐温等级的面层材料等措施，并通过专项评定后方可实施；否则不得将本规范的保护层体系用于连续温度超过 1050°C 的场合。

适用对象包括但不限于：

• 高温熔炼炉炉衬内壁的检测阵纹基材；
• 连铸结晶器附近温度监测阵纹基板；
• 高温魔力总线外部承载结构的保护性覆盖层；
• 热处理装备中固定在加热区内的铭刻组件。

本规范不适用于以下情况：

• 连续表面温度超过 1050°C 且未采取等效热管理措施，或峰值温度超过 1150°C 的场合；
• 直接接触熔融金属、炉渣或高温高速气流的场合；
• 液态铭刻阵、可变铭刻阵或投射阵面的动态载体；
• 航空级、舰载级或高动态平台使用的铭刻组件；
• 阵纹本身的设计、编译或功能验证。阵纹几何、相位和逻辑要求由专门文件规定，本文件仅规定保护层对既有阵纹的相容性要求。

3 规范性引用文件 #

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件；凡是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。

• MTM-MAT-GEN-001 梅特梅林材料产品与牌号体系概览
• MTM-MAT-AFF-101 高魔力亲和合金的基础性能与适用边界
• MTM-MAT-THM-204 阵纹热形变与基材残余应力控制
• MTM-LEG-MEL-072 MEL-72 系列持续保障规范

其中，MTM-MAT-THM-204 是本文件热机械设计基础的核心引用，其对阵纹热形变机理、残余应力限值和检测方法的规定必须被同步执行。MTM-LEG-MEL-072 在涉及 MEL-72 系列耦合器关联部件的保护层维护与检测时引用，具体条件见第 11 章。

4 术语与定义 #

下列术语和定义适用于本文件。

4.1 高温阵纹保护层 #

施加于铭刻基材表面，用于降低传入热流、均化温度场、抑制热蠕变和界面极化的多层材料体系。保护层由粘结/亲和过渡层和耐热面层组成，不参与阵纹的魔力导通路径，但允许作为接地或屏蔽层的一部分，须经过专项设计验证。

4.2 铭刻基材 #

承载固定阵纹的低膨胀金属或功能合金基体。本规范中主要涉及 MTM-AM-7F 低膨胀铭刻基材和 MTM-F12 低膨胀功能合金。基材上的阵纹由硬铭刻工艺形成，线宽和节点位置在保护层施加前后必须满足容差要求。

4.3 阵纹热蠕变 #

在持续高温、残余应力和魔力载荷共同作用下，铭刻线宽、节点间距和相位路径发生不可逆的几何变化。热蠕变速率与基材表面温度、温度梯度、保护层完整性和局部 IL 正相关。

4.4 界面极化 #

在保护层与基材交界面上，由于温度梯度、材质介电常数差异和空间电荷迁移，形成局部电荷积累，导致界面处 IL 增加，阵纹局部损耗发热上升的现象。界面极化是保护层失效的前兆之一。

4.5 结合强度 #

保护层与基材或过渡层之间的法向拉伸强度，单位为兆帕（MPa）。本规范采用液压法或等效方法测定。

4.6 热循环耐久性 #

在规定的温度循环制度下，保护层经过多次循环后仍满足完整性和阵纹性能要求的能力。本规范给出具体循环次数和失效判据。

4.7 面积剥落率 #

保护层表面或内部出现可见剥落、脱粘的区域面积占受检区域总面积的百分比。

4.8 平均失效间隔（MTBF） #

在规定的使用条件下，一批保护层组件首次失效时间的平均值，本规范不要求强制计算，但可作为可靠性评估的参考。

5 材料要求 #

5.1 铭刻基材 #

5.1.1 优先采用 MTM-AM-7F 低膨胀铭刻基材 #

其关键性能参数应满足：

• 20–600°C 热膨胀系数 ≤ 5.0×10⁻⁶ /°C；
• 600°C 条件屈服强度 ≥ 520 MPa；
• 表面粗糙度 Ra ≤ 0.8 μm；
• 阵纹完成后，基材本身残余应力拉应力 ≤ 60 MPa，压应力 ≥ -80 MPa（以 MTM-SD-8 测量）。

5.1.2 当采用 MTM-F12 低膨胀功能合金作为基材时 #

因其与过渡层的亲和性差异，必须增厚过渡层至 0.20–0.25 mm（成品验收不得低于 0.20 mm），并调整热处理制度。MTM-F12 不得与 MTM-AM-7F 相互视为直接替代品。

5.2 粘结/亲和过渡层 #

5.2.1 采用 MTM-AFF-7 高魔力亲和合金 7 级作为标准过渡层材料 #

每批使用前应核验：

• 对 MTM-REF-03 的 AI 值 ≥ 98.0；
• 过渡层粉末粒度分布 D50 = 45 ± 5 μm；
• 允许最高连续使用温度 1100°C。

5.2.2 过渡层厚度 #

名义值为 0.15 mm，公差 ±0.05 mm。在 MTM-F12 基材上过渡层厚度名义值为 0.22 mm，公差 +0.03/-0.02 mm。

5.3 耐热面层 #

5.3.1 标准耐热面层材料为 MTM-H230A 铁基高温合金 #

其适用条件为：

• 最高连续使用温度 1050°C；
• 峰值短时温度 1150°C，单次持续时间 ≤ 30 min，每日累计 ≤ 90 min，且温度超过 1050°C 时其他热负载需相应降载；
• 面层厚度名义值 0.60 mm，公差 ±0.05 mm。

5.3.2 在存在明显含硫、含氯或高湿度腐蚀气氛的场合 #

面层可采用 MTM-C276 耐蚀合金。其最高连续使用温度降至 700°C，厚度名义值 0.45 mm，公差 ±0.05 mm。MTM-C276 不得用于温度超过 700°C的工况。

5.4 材料禁用项 #

• 禁止使用未列入本文件或 MTM-MAT-GEN-001 的材料牌号；
• 禁止在未经重新评定的情况下调整过渡层或面层厚度超过规定公差；
• 禁止使用过期或污染的保护层粉材、丝材。粉材开罐后应在 8 h 内使用完毕，否则应重新烘干并检验球形度和氧含量。

5.5 厚度公差控制关系 #

保护层总厚度公差与过渡层、面层各自厚度公差为独立控制指标，两者须同时满足。标准配置（MTM-AM-7F 基材，MTM-AFF-7 过渡层 0.15±0.05 mm，MTM-H230A 面层 0.60±0.05 mm）下，总厚度名义值为 0.75 mm，公差 ±0.10 mm，该公差由分项厚度公差叠加得出。对于其他配置，总厚度公差按实际分项厚度公差的算术叠加计算，且不得小于 ±0.10 mm。

6 技术原理 #

6.1 热梯度控制 #

保护层体系通过耐热面层的热导率差异和热阻设计，降低传导至基材的平均表面温度。对于 MTM-H230A 面层，其在 800°C 时的热导率约为 22 W/(m·K)，使基材表面温度在规定外部热流与主动冷却条件下，相对无保护层基准件降低 120–180°C。温度降低直接减缓阵纹热蠕变速率，根据 Arrhenius 型蠕变模型，温度每降低 30°C，蠕变速率约下降 40%。

热传导公式为：

q = ΔT / (Σ δᵢ / kᵢ)

其中 q 为热流密度（W/m²），ΔT 为保护层两侧温差（K），δᵢ 为各层厚度（m），kᵢ 为各层热导率（W/(m·K)）。设计时应根据实际热流密度、基材允许温度和面层外表面温度确定各层厚度。保护层总热阻应使基材表面温度不超过允许限值，并预留至少 10% 的安全裕量。

6.2 热膨胀匹配与应力缓冲 #

基材的热膨胀系数（约 4.8×10⁻⁶ /°C）与面层 MTM-H230A 的热膨胀系数（20–1000°C 约 16.5×10⁻⁶ /°C）存在显著差异。过渡层 MTM-AFF-7 的热膨胀系数介于两者之间（约 10.2×10⁻⁶ /°C），且具有较低的弹性模量（约 160 GPa），可在升降温过程中通过微塑性变形吸收热应力，防止面层开裂或界面脱粘。

热应力估算公式为：

σ = E·Δα·ΔT / (1-ν)

其中 E 为材料弹性模量（MPa），Δα 为热膨胀系数差（/°C），ΔT 为温度变化（°C），ν 为泊松比。设计时应对各层界面进行应力计算，确保不超过材料的屈服强度。残余应力须按照 MTM-MAT-THM-204 第 7 章进行控制，保护层完成后基材表面最大主应力不得超过基材屈服强度的 30%。

6.3 界面极化抑制 #

MTM-AFF-7 过渡层具有高体积电导率（20°C 时 ≥ 1.2×10⁶ S/m），可有效泄放界面聚集电荷，降低局部电场强度。配合面层的半绝缘氧化物薄层，形成梯度电导结构，将界面 IL 增量压至 0.3 dB 以下。若直接采用 MTM-H230A 面层与基材结合，IL 增量可能超过 1.5 dB，因此过渡层不可省略。

界面极化与温度梯度、材料介电常数差异及空间电荷迁移有关。在保护层体系中，过渡层的高电导率提供了电荷泄放通道，降低了界面电荷密度，从而抑制了局部电场强化和介质损耗发热。设计时应确保过渡层连续无孔隙，避免局部电荷积累形成热点。

6.4 抗氧化与腐蚀防护 #

面层在高温下形成致密氧化膜（以 Cr₂O₃ 和 Al₂O₃ 为主），阻止氧向内部扩散。对于 MTM-H230A，要求 1000°C 空气中氧化增重 ≤ 0.8 mg/cm²/1000 h；对于 MTM-C276，要求 650°C 含 100 ppm HCl 气氛下腐蚀速率 ≤ 0.05 mm/a。

氧化膜的完整性和附着力是保护层寿命的关键。在含硫、氯等腐蚀性气氛中，应定期检查氧化膜状态，防止发生剥落或转变成疏松多孔的结构。必要时可增加面层厚度或更换更耐蚀的材料。

6.5 魔力载荷耦合 #

保护层本身不属于魔力导通路径，但在阵纹附近存在电磁场耦合。要求保护层整体介质损耗角正切（tan δ）在 1 kHz–1 MHz 范围内 ≤ 0.005，体积电阻率在 600°C 下 ≥ 1×10⁸ Ω·cm。对于接地用途的保护层，需进行专项接地电阻与安全接地设计。

高频魔力载荷可能在保护层中感应出涡流，引起附加发热。设计时应评估最坏工况下的感应发热量，并将其纳入热平衡计算。若保护层作为接地或屏蔽层使用，必须确保接地路径连续可靠，避免出现局部电位差和电弧损伤。

6.6 保护层厚度与热阻设计边界 #

保护层总厚度直接影响热阻和界面应力。设计时应先根据基材允许最高表面温度和预期环境热流密度确定所需总热阻，再按过渡层、面层各自功能分配厚度。以标准配置为例，过渡层0.15 mm、面层0.60 mm，总热阻约为两者热阻串联之和。已知MTM-H230A在800°C热导率约22 W/(m·K)，MTM-AFF-7在800°C热导率约35 W/(m·K)，则总热阻约为(0.00015/35)+(0.00060/22)≈3.15×10⁻⁵ m²·K/W。若环境热流密度按150 kW/m²计算，则保护层两侧温差约为4.7°C。实际工况中基材表面温度受炉膛辐射、对流及阵纹自身发热影响，设计时应结合第6.1条公式进行迭代，确保基材温度不超限且留有至少10%裕量。厚度公差±0.10 mm对应的热阻变化约±13%，在多数稳态工况下可接受，但若基材温度裕量不足，应适当增加总厚度名义值或减小公差。对于非标准配置，必须按实际厚度重新核算热阻和热应力，禁止直接套用标准配置结论。

7 关键参数表 #

表 1 列出了在标准工况（环境温度 25°C，无强制冷却，魔力载荷按阵纹额定值）下保护层体系的主要验收参数。

注 1：表中“标准工况”指无外部强制冷却、环境温度 25°C、魔力载荷为阵纹额定连续载荷的 100%。峰值短时温度工况下，阵纹魔力载荷必须降至额定值的 50% 以下，且恢复窗口不少于 2 h。

注 2：保护层总厚度公差与分项厚度公差为独立控制，两者须同时满足。标准配置下总厚度公差与分项厚度公差的算术叠加一致；其他配置按实际分项公差算术叠加，且不小于 ±0.10 mm。

8 操作与设计程序 #

8.1 总体流程 #

基材准备 → 阵纹铭刻与检验 → 表面预处理 → 过渡层制备 → 面层制备 → 整体热处理 → 冷却 → 最终检验 → 记录归档。

8.2 基材准备与阵纹铭刻 #

基材须按 MTM-AM-7F 或 MTM-F12 的供货技术要求进行入厂复验。复验项目至少包括化学成分、力学性能、热膨胀系数、表面质量和内部缺陷。阵纹铭刻完成后，使用 MTM-OM-5 光学坐标测量机进行几何测量，线宽偏差、节点位置偏差必须满足阵纹设计文件要求。阵纹完成后不得进行任何可能引起残余应力重新分布的机械加工（除非经评定并重新消除应力）。

8.3 表面预处理 #

8.3.1 清洗 #

对基材待涂覆区域进行清洗，去除油污、氧化皮、水分。清洗溶剂应选用低硫、低氯溶剂，且清洗后 4 h 内必须开始过渡层制备，防止重新污染。清洗后应使用洁净白布擦拭检查，无可见污迹。

8.3.2 喷砂粗化 #

采用 80–120 目刚玉进行喷砂粗化，喷砂压力 0.4–0.6 MPa，角度 45°–60°，移动速度均匀，处理后基材表面粗糙度 Ra 应达到 2.0–3.0 μm。喷砂后不得用手触摸，必须在 2 h 内进入下一步。喷砂后应使用干燥压缩空气吹净表面浮尘，并检查表面无油污、无松散颗粒。喷砂后还应进行水膜破裂试验或荧光渗透检查，确认表面清洁度满足要求；若发现局部未粗化或污染，应重新处理该区域。

8.4 过渡层制备 #

8.4.1 喷涂工艺 #

过渡层采用真空等离子喷涂工艺或等效工艺。喷涂前基材预热至 150–200°C。喷涂参数：弧电流 550–650 A，主气（氩气）流量 40–50 L/min，辅气（氢气）流量 5–8 L/min，送粉速率 30–45 g/min，喷涂距离 100–120 mm，喷枪移动速度 300–400 mm/s。喷涂过程中基材表面温度不得超过 350°C，若超过应暂停喷涂并检查原因。喷涂时应保证搭接均匀，避免局部过厚或漏喷；每道次间隔应控制基材温度回升不超过 50°C。

8.4.2 扩散热处理 #

喷涂完成后的过渡层须进行真空扩散热处理。使用 MTM-HT-3000 真空热处理炉，工艺制度为：真空度 ≤1×10⁻³ Pa，升温速率 ≤10°C/min，加热至 980°C ±10°C，保温 4 h，随炉冷却至 300°C 以下，再充氩气冷却至室温。热处理后过渡层表面不得出现可见氧化色，否则应重新处理。热处理曲线应保存，作为工艺符合性证据。

8.5 面层制备 #

8.5.1 喷涂或熔覆工艺 #

面层采用高速火焰喷涂（HVOF）或激光熔覆。推荐激光熔覆以获得更高致密度。激光熔覆参数：激光功率 2.6–3.0 kW，光斑直径 3 mm，扫描速度 8–12 mm/s，送粉速率 15–20 g/min，搭接率 45%–55%，保护气体为氩气。熔覆层表面应平整，无明显未熔合、气孔和裂纹。若采用 HVOF，应保证粒子速度和温度在工艺窗口内，避免氧化和未熔合缺陷。

8.5.2 温度控制 #

面层制备过程中，基材温度不得超过 450°C，以防止阵纹退火。若超过，必须中止并重新评定阵纹性能。在制备过程中应使用接触式或红外测温仪连续监控基材温度，并记录温度曲线。若出现温度骤升或局部热点，应立即停止扫描，待温度回落至 400°C 以下再继续。

8.6 整体热处理 #

面层完成后，应在真空或惰性气氛中进行去应力退火。工艺：真空度 ≤5×10⁻³ Pa 或高纯氩气保护，升温速率 ≤8°C/min，加热至 750°C ±10°C，保温 2 h，随炉冷却至 200°C 以下出炉。禁止强制风冷或水冷。退火后应进行外观检查，确认无变形、开裂和氧化色。

8.7 最终检验 #

8.7.1 外观检验 #

保护层表面不得有起泡、剥落、裂纹、未熔合、明显色差。表面颜色应均匀，允许轻微氧化色。检查应在良好照明下进行，必要时使用 5 倍放大镜。

8.7.2 尺寸检验 #

使用 MTM-OM-5 测量保护层总厚度和关键区域厚度，每个组件至少测量 6 个点，厚度公差满足表 1 要求。测量点应覆盖边缘、中心和典型承载区域。

8.7.3 残余应力检验 #

使用 MTM-SD-8 激光散斑残余应力仪对基材背面或预留测试区进行测量，主应力不得超过 156 MPa（基材屈服强度 520 MPa 的 30%）。测量应在保护层完全冷却后进行。

8.7.4 热成像均匀性检验 #

在稳定工况下，使用 MTM-IR-2A 红外热像仪检测保护层表面温度分布，与平均温度差超过 15°C 的热斑区域视为不合格。热斑区域应进行局部结合强度检测和相分析，以确定原因。

8.7.5 结合强度检验 #

每批取 3 个随炉试样进行法向拉伸试验，平均值不低于 45 MPa，且单个值不低于 38 MPa。试验方法见附录 C。

8.8 过程记录与验收文件 #

每一步工艺操作应同步记录关键参数和操作者，形成连续可追溯的过程记录。记录至少包括：基材复验报告、喷砂粗糙度实测值、过渡层喷涂参数（电流、气体流量、送粉速率、喷涂距离、基材温度）、扩散热处理曲线（温度-时间记录）、面层熔覆参数（激光功率、扫描速度、送粉速率、搭接率）、去应力退火曲线、最终检验数据和随炉试样试验结果。所有记录应使用不可擦除介质或经审批的电子系统，记录修改必须有留痕。验收文件包括：材料合格证、工艺评定记录、随炉试样检验报告、最终检验报告、修补记录（如有）。缺项或记录不完整时，组件不得判定为合格。

8.9 异常情况中途处置 #

在任一工艺步骤中，若出现设备报警、参数超差、基材温度超限、外观异常（如变色、氧化、起泡）等情况，应立即中止当前操作，隔离受影响组件，并启动异常分析。对于基材温度超过规定但未造成阵纹性能变化的情况，应测量基材残余应力和阵纹线宽，若无变化可继续后续工艺，否则应报废或重新评定。对于喷涂或熔覆过程中出现飞溅、未熔合、裂纹等缺陷，应停止该批次加工，调整工艺参数后进行工艺试板验证，通过后方可继续。任何异常处置都应记录在案，并纳入批质量评审。

9 失效模式与判据 #

9.1 面层剥落 #

9.1.1 外观检查 #

发现面积剥落率 >5%，或单个剥落区最大尺寸 >10 mm，判废。

9.1.2 热循环试验 #

在热循环试验中，500 次循环后面积剥落率 >5%，判废。

9.2 贯穿裂纹 #

9.2.1 裂纹长度 >5 mm 或深度超过面层厚度 80% 时判废。 #

9.2.2 多条平行裂纹间距小于 10 mm 且总长度超过受检区域周长 20% 时判废。 #

9.3 阵纹热蠕变 #

运行 1000 h 后或按维护周期检查时，阵纹线宽相对初始值变化 >1.5 μm 或 AE 下降 >1.0%，视为保护层失效（保护层已不能提供足够的热防护）。应与基材本体蠕变区分，需进行对照分析。可通过测量保护层厚度和热阻来辅助判断保护层是否退化。

9.4 界面极化 #

通过 IL 增量监测，若在全寿命期内 IL 增加 >0.3 dB，且排除阵纹自身变化后仍超标，判废。IL 增量可通过矢量网络分析仪在特定频率下测量。

9.5 腐蚀 #

在盐雾试验或实际运行中，发现基材出现点蚀、晶间腐蚀或面层腐蚀穿透，判废。腐蚀深度超过面层厚度的 50% 时，应提前安排更换。

9.6 厚度不均 #

任意受检点厚度低于最小允许厚度（标准配置 0.65 mm，腐蚀环境配置 0.40 mm）判废。

9.7 污染与异物 #

保护层表面存在油污、金属颗粒等污染物，经清洁后仍存在热斑或介质损耗超标，判废。

9.8 失效机理补充说明 #

面层剥落通常源于界面结合强度不足或热应力疲劳；贯穿裂纹多因热膨胀不匹配或局部过热；阵纹热蠕变加速则表明保护层隔热性能下降或基材温度升高。在判废同时应分析根本原因，为工艺改进提供依据。

9.9 失效风险矩阵及应对 #

为便于工程决策，将主要失效模式按发生概率与影响程度进行分级，并规定对应检测手段和处置措施。发生概率分为：A（很可能，>10%）、B（可能，1–10%）、C（偶尔，0.1–1%）、D（不可能，<0.1%）。影响程度分为：Ⅰ（灾难性，导致阵纹永久失效或安全事故）、Ⅱ（严重，导致阵纹性能明显下降需停机）、Ⅲ（一般，可继续运行但需加强监测）、Ⅳ（轻微，仅外观问题）。风险矩阵如下：

对于风险等级为Ⅰ的组合，必须立即执行应急降载和隔离程序，并通知维护部门。任何修补或更换后应重新进行相关检验，确保风险降至可接受水平。

10 安全警告 #

10.1 高温作业 #

所有涉及高温的操作必须在隔离区域进行，操作人员须穿戴耐高温手套、面罩、阻燃工作服。禁止皮肤直接接触温度超过 60°C 的表面。

10.2 粉尘与金属蒸气 #

喷涂、熔覆和喷砂过程中会产生粉尘和金属蒸气，必须开启局部排风系统，操作人员须佩戴防尘口罩或送风式呼吸器。钛、铬等元素粉尘对健康有害。

10.3 魔力载荷安全 #

在带魔力载荷的服役状态下，阵纹可能处于活跃状态。进行保护层检查或维护时，必须切断能源并执行独立物理急停，经授权后方可接近。禁止在未隔离状态下触碰铭刻区域。

10.4 应急措施 #

一旦发现保护层大面积剥落或贯穿裂纹，且周围有阵纹工作异常，应立即启动应急降载程序，将阵纹魔力载荷降至零，并切断一次能源。待设备冷却至 60°C 以下并确认通风后，方可进行现场评估。

10.5 化学品安全 #

清洗溶剂、刚玉粉尘等应遵循安全技术说明书（SDS）。禁止使用含卤素溶剂清洗高温部件，防止产生腐蚀性气体。

10.6 异常处置程序 #

10.6.1 运行中突发异常 #

若服役中检测到保护层表面出现明显剥落、贯穿裂纹、异常热斑或阵纹性能突变，应立即执行以下步骤：

1. 操作人员按下急停按钮，切断阵纹魔力载荷和一次能源；
2. 启动设备冷却程序，控制降温速率不超过15°C/min；
3. 待设备表面温度降至60°C以下，且通风确认无有害气体后，由授权人员进入检查；
4. 采集异常区域热像图、厚度、应力等数据，填写异常报告；
5. 根据第9章判据确定是否报废、修补或监控使用；
6. 恢复运行前必须通过相关检验，并经责任工程师批准。

10.6.2 工艺过程中异常 #

见第8.9条。

11 维护与检测 #

11.1 例行检查 #

11.1.1 检查周期 #

每运行 800 工作小时或每 6 个月（以先到者为准）进行一次例行检查。对于连续运行的炉体设备，应结合停炉检修同步进行。

11.1.2 检查内容 #

肉眼或放大镜检查保护层表面剥落、裂纹、变色；使用 MTM-IR-2A 扫描保护层表面温度分布；使用 MTM-OM-5 对关键区域进行厚度和表面形貌测量；若有必要，进行局部结合强度拉伸试验（可用拉拔仪）。所有检查结果应记录并与基线数据对比。

11.2 定期深度检测 #

每 3000 工作小时或每 3 年进行一次深度检测，包括：

• 使用 MTM-SD-8 测量基材残余应力；
• 使用涡流或超声检测面层与过渡层、过渡层与基材的脱粘；
• 取保护层样品做金相检查，评定氧化层厚度和界面扩散层厚度；
• 进行介质损耗和体积电阻率测试；
• 必要时进行热循环加速老化试验以评估剩余寿命。

11.3 修补准则 #

11.3.1 单个裂纹长度 ≤3 mm 或单个剥落区面积 ≤5 mm² 时，允许局部修补。修补应清除缺陷区域至露出过渡层或基材，重新喷砂、喷涂过渡层和面层，并按第 8 章热处理制度执行局部热处理（可采用感应加热，但温度场需均匀）。 #

11.3.2 同一受检区域修补次数不得超过 2 次。超过 2 次或缺陷面积超过允许修补范围，应整体更换保护层组件。 #

11.3.3 修补后必须重新进行热循环试验（至少 10 次，600°C↔1050°C）和全部最终检验项目。 #

11.4 MEL-72 系列关联设备的特殊要求 #

对于应用于 MEL-72 系列耦合器关联部件或采用其接口结构的保护层，其维护检测周期、判定准则和更换要求还应符合 MTM-LEG-MEL-072 的规定；若该文件要求更为严格，则按更严者执行。对于已停产、持续保障的 MEL-72 设备，保护层不得视为直接替代品，任何修改须经专项评定。

11.5 记录与档案 #

所有检测、修补和更换记录必须上传至设备维护档案，保存期不少于 10 年。记录应包括：日期、设备编号、阵纹状态、保护层厚度、热像图、应力数据、修补位置和热处理曲线。应建立趋势分析，对保护层性能退化进行预测性维护。

11.6 检测技术与数据处理要点 #

所有检测仪器应按周期校准，校准记录应保存。热成像检测应避免反射干扰，检测距离和发射率设置应统一。厚度测量应取多点平均值，同时记录最小值和位置，避免仅用平均值掩盖局部减薄。残余应力测量应在同一基准点重复三次，取中位数报告。IL测量应在相同频率和温度条件下进行，并与基线数据对比。检测数据应进行趋势分析，当连续三次检测结果呈单调恶化趋势时，即使未超标也应缩短检测周期或安排预防性维护。数据处理中不得剔除异常点，必须如实记录并分析原因。

12 相关文档 #

• MTM-MAT-GEN-001 梅特梅林材料产品与牌号体系概览
• MTM-MAT-AFF-101 高魔力亲和合金的基础性能与适用边界
• MTM-MAT-THM-204 阵纹热形变与基材残余应力控制
• MTM-LEG-MEL-072 MEL-72 系列持续保障规范

上述文档所列材料参数和试验方法与本文件存在交叉引用，发生不一致时，以更严格的限值为准。

13 修订记录 #

本文件自发布之日起生效，替代所有未纳入版本控制的草案。

附录 A（资料性）典型保护层配置示例 #

表 A.1 给出两种经过验证的保护层配置，分别适用于标准高温氧化气氛和含氯/硫腐蚀气氛。

注：HP-03 因基材耐温略低，最高连续使用温度降为 950°C。选用上述配置时，仍需执行第 8 章全部工艺和检验要求，不得直接免评。

附录 B（资料性）热循环试验程序 #

B.1 目的 #

验证保护层在反复升降温过程中的完整性、结合强度和阵纹保护效果。

B.2 试验设备 #

采用 MTM-TC-20 热循环试验箱，箱内温度均匀性 ±5°C，升温速率可调，并具备记录功能。

B.3 试样 #

采用带保护层的铭刻试片，尺寸不小于 100 mm × 100 mm，保护层配置与正式产品一致，阵纹为实际阵纹的缩比或等效测试图形。

B.4 循环制度 #

• 下限温度：600°C；
• 上限温度：1050°C；
• 升温速率：15°C/min；
• 降温速率：10°C/min（随炉冷却）；
• 保温时间：上限和下限各保温 1 h；
• 循环次数：500 次（型式试验）或 10 次（修补后验证）。

B.5 观察与记录 #

每 50 次循环后取出试样，冷却至室温，进行外观检查并记录剥落、裂纹情况。每 100 次循环后测量一次阵纹线宽和 IL。记录数据至少包括循环次数、外观变化、线宽数据、IL 值和结合强度变化。

B.6 合格判据 #

• 循环结束后面积剥落率 ≤5%，无贯穿裂纹；
• 阵纹线宽变化 ≤1.5 μm；
• IL 增量 ≤0.3 dB；
• 结合强度降低不超过初始值的 20%。

附录 C（规范性）结合强度试验方法 #

C.1 试验原理 #

在垂直于保护层表面的方向上施加拉伸载荷，测定保护层从基材剥离时的最大应力。

C.2 试样制备 #

• 采用与实际产品相同的基材和保护层工艺制备平板试样；
• 在保护层表面用高强度胶粘剂粘接圆柱形拉拔头，胶粘剂拉伸强度应大于保护层结合强度；
• 在拉拔头周围切透保护层至基材表面，切槽直径与拉拔头一致。

C.3 试验步骤 #

• 将试样固定在拉伸试验机上，确保加载方向垂直于保护层表面；
• 以 1 mm/min 的速率施加拉伸载荷，直至断裂；
• 记录最大载荷 F（N）和断口面积 A（mm²）。

C.4 结果计算 #

结合强度 σ = F / A，单位为 MPa。取 3 个试样的平均值作为该批结合强度。

C.5 合格判据 #

平均值不低于表 1 规定的数值，且单个值不低于规定值的 85%。

本附录为规范性附录，必须强制执行。

附录 D（资料性）热循环试验数据记录表示例 #

表 D.1 给出了热循环试验数据记录表的推荐格式，用于系统记录试验过程中的关键参数。

注：以上为示例数据，实际记录应完整对应每个检查节点。

配置边界说明 #

HP-03 为资料性估算配置，不构成通用额定值。其 950°C 标称温度仅用于方案比较，正式使用前必须完成专项热环境评定并形成项目批准记录；未完成评定时按 MTM-F12 的已验证连续温度上限执行。