[發明專利]一種基于太赫茲技術的熱障涂層平行裂紋監測方法

有效

• 申請號: 201811348867.0
• 申請日: 2018-11-13
• 公開（公告）號: CN109490244B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 王衛澤;葉東東;周海婷;黃繼波;陸翔;軒福貞;涂善東
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: G01N21/3586
• 分類號: G01N21/3586
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 鄧琪

本發明提供一種基于太赫茲技術的熱障涂層內部平行裂紋監測方法，其特征在于，包括：利用反射式太赫茲時域光譜系統垂直發射太赫茲脈沖至熱障涂層，得到其時域光譜圖；計算其陶瓷層的折射率n和厚度D；對熱障涂層預制平行裂紋，利用反射式太赫茲時域光譜系統垂直發射太赫茲脈沖至熱障涂層，得到其時域光譜圖；在時域光譜圖中提取第二次和第三次反射峰的時間差，根據裂紋寬度計算模型計算出平行裂紋的裂紋寬度；判斷裂紋屬于涂層內部平行裂紋還是界面平行裂紋，根據判斷計算平行裂紋上表面與陶瓷層上表面的距離。本發明的監測方法可以在測量時同時得到時間延時和折射率，從而實現熱障涂層平行裂紋在線監測，并且可以確定平行裂紋的具體位置和寬度。

技術領域

本發明涉及平行裂紋監測方法，更具體的涉及一種基于太赫茲技術的熱障涂層平行裂紋監測方法。

背景技術

航空發動機技術被譽為高端制造業領域的尖端技術，素有工業皇冠上的明珠之稱，隨著航空發動機技術的高速發展，為了提高發動機的性能和效率，發動機的推重比不斷提高，以美國第1代至第4代戰斗機的發展歷程為例：發動機推重比已從不足2發展到到大于10，目前燃氣渦輪的進口溫度已經超過1973K，服役零部件的溫度越來越高，為了保護零部件不被氧化腐蝕失效，20世紀50年代，美國國家航空航天局(NASA)率先提出熱障涂層概念，即：在基體材料表面采用熱障涂層進行保護。典型的熱障涂層結構如附圖1所示，包括：基體層1’、粘結層2’和陶瓷層3’。

熱障涂層在發動機熱端部件的應用服役過程中，由于惡劣的工作環境以及涂層系統自身的材料特點，往往會引起熱障涂層的提前失效。熱障涂層在反復高溫熱震循環作用下,處于服役區域的陶瓷層會出現開裂甚至完全脫落的現象，其中軸向應力會使陶瓷頂層內部產生平行裂紋(以下簡稱：內部平行裂紋)，而熱循環氧化物(TGO)的出現會導致陶瓷層和粘結層的界面產生平行裂紋(以下簡稱：界面平行裂紋)，兩類平行裂紋會對熱端部件的服役壽命產生影響，安全性受到威脅。為了確保熱障涂層的服役安全，需要一種能夠應用于實際服役工況的檢測方法，能快速便捷地監測涂層的平行裂紋寬度和位置，對危險區域能夠及時識別和維修，并且保證在檢測過程中不產生二次破壞，保障技術操作人員的安全。

目前常用的涂層無損檢測方法主要有：磁性法，渦流法和超聲法，磁性法和渦流法屬于接觸測量，而超聲法需要借助耦合劑進行測試。對于熱障涂層服役的環境，這些傳統探傷方式各有缺點，主要集中在不利于實際操作，也不易于實現在線檢測。而傳統的實驗室表征方法多數采用顯微鏡觀察，效果好，但屬于有損檢測。例如，公開號為CN102901718A的中國專利文件，公開了一種表征涂層垂直表面的開裂狀態的方法，該開裂狀態測試方法主要針對如何檢測垂直裂紋的開裂狀態，屬于半定量表征且無法確定平行裂紋的具體位置和寬度，也不涉及太赫茲技術。公開號為CN106324034A公開的中國專利文件，公開了熱障涂層裂紋紅外檢測方法，利用紅外檢測方法檢測熱障涂層的缺陷并進行成像，但需要通過專業夾具進行夾持試樣，且需要對試樣進行升溫測試，屬于有損檢測，且測試過程復雜，且升溫過程可能影響涂層結構和性能。

發明內容

本發明旨在提供一種基于太赫茲技術的熱障涂層平行裂紋監測方法，以實現熱障涂層平行裂紋在線監測，并確定平行裂紋的具體位置和寬度。

為了實現上述目的，本發明提供了一種基于太赫茲技術的熱障涂層內部平行裂紋監測方法，包括：

S1：利用反射式太赫茲時域光譜系統垂直發射太赫茲脈沖至一完整的熱障涂層，得到完整的熱障涂層的時域光譜圖；

S2：計算完整的熱障涂層的陶瓷層的折射率n和厚度D；

S3：取下所述熱障涂層，對所述熱障涂層預制平行裂紋；

S4：利用所述反射式太赫茲時域光譜系統垂直發射太赫茲脈沖至所述存在平行裂紋的熱障涂層，得到存在平行裂紋的熱障涂層的時域光譜圖；

S5：在存在平行裂紋的熱障涂層的時域光譜圖中提取第二次和第三次反射峰的時間差ΔT，根據裂紋寬度計算模型計算出平行裂紋的裂紋寬度ΔD；