航空發(fā)動機渦輪葉片熱障涂層結(jié)構(gòu)超聲顯微鏡成像檢測研究.pdf

1、渦輪葉片熱障涂層是葉片承受熱腐蝕和高溫氧化的關(guān)鍵保護層,其性能的高低,涂層的質(zhì)量直接影響到渦輪葉片的可靠性和使用壽命。由于熱障涂層材料與基體材料的熱膨脹系數(shù)不匹配,導致在涂層制備過程中,常出現(xiàn)的氣泡、裂紋等缺陷。常規(guī)的超聲檢測方法(1-10MHz)很難檢測出葉片涂層缺陷的存在與否及確定缺陷位置。所以必須采用頻率為15-400MHz高頻超聲掃描顯微成像檢測技術(shù)。
　　超聲顯微鏡能夠顯示材料內(nèi)部的微小結(jié)構(gòu)和檢測細小缺陷,并清楚觀察到材

2、料內(nèi)部的聲學性質(zhì)存在顯著差異。本文分析了超聲波在熱障涂層中的傳播特性,并推導了超聲波在涂層各界面處的反射和透射系數(shù)公式。通過推導公式,并結(jié)合熱障涂層的物理參數(shù),算出了涂層各個界面的反射率和透射率。利用超聲掃描顯微鏡對熱障涂層進行了成像檢測,將檢測到的各個界面反射回波信號提取分析,再利用掃描數(shù)據(jù)對熱障涂層的結(jié)構(gòu)進行了涂層結(jié)構(gòu)成像分析。
　　為了得到熱障涂層結(jié)構(gòu)高頻超聲的聲學特性,本文分析了超聲波在陶瓷層、粘結(jié)層和基體各個界面處的聲強

3、反射率和聲強透射率。由于三者之間存在大小相差不大的聲阻抗,使得陶瓷層與粘結(jié)層界面以及粘結(jié)層與基體界面的反射信號非常微弱。而反射回波中又包含著涂層聲速和頻率等結(jié)構(gòu)特征信息。為了提取出各個界面微弱的狀態(tài)特征信息,就必須對反射信號進行數(shù)據(jù)分析和處理。引入波包分解技術(shù),對薄層發(fā)生的混疊反射回波信號進行分解,找出反映涂層各個界面的結(jié)構(gòu)狀態(tài)特征信息,并對數(shù)據(jù)進行處理得到涂層結(jié)構(gòu)成像圖。
　　實驗中超聲掃描顯微成像檢測采用了100MHz的換能器