[發明專利]一種熱障涂層失效判據確定方法及系統

在審

• 申請號: 202310018667.3
• 申請日: 2023-01-06
• 公開（公告）號: CN115979991A
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 尚勇;周含;裴延玲;畢曉昉;宮聲凱
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01N21/3586
• 分類號: G01N21/3586;G06F17/14
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王愛濤

本發明公開一種熱障涂層失效判據確定方法及系統，涉及熱障涂層檢測技術領域。本發明將熱障涂層樣品置于太赫茲時域光譜系統中得到熱障涂層樣品的時域頻譜信號后，對時域頻譜信號進行快速傅里葉變換得到頻域信號；接著，按設定溫度對熱障涂層樣品進行加熱一定時間，冷至室溫后，不斷重復上述操作，直至得到頻域信息，以便生成頻率譜圖，再確定不同加熱時間頻率譜特征峰的位置；然后，基于不同曲線不同時間的頻率譜特征峰的位置確定變化斜率；最后，基于變化斜率確定熱障涂層失效判據，檢測方式簡單快捷、可操作性高、檢測效率高，適用于航空發動機葉片熱障涂層的失效判斷。

技術領域

本發明涉及熱障涂層檢測領域，特別是涉及一種熱障涂層失效判據確定方法及系統。

背景技術

熱障涂層(Thermal?Barrier?Coatings，TBCs)技術是提高航空發動機葉片工作溫度的三大關鍵技術之一。熱障涂層系統由陶瓷層(Top?Coatings，TC)、熱生長氧化物層(Thermally?Grown?Oxide，TGO)和粘接層(Bond?Coatings，BC)組成。其中陶瓷層具有優異的隔熱性能，其隔熱效果與它的厚度，燒結等因素有關。在服役過程中由于高溫和應力的作用，陶瓷層會率先發生破壞減薄、相變、開裂失效，且隨著服役時間延長，TGO逐漸增厚，也會成為裂紋源從而造成整個熱障涂層系統的失效。因此，研究上述失效問題成為提高熱障涂層壽命的關鍵。其中當前熱障涂層領域常見的無損檢測方法如表1所示。

表1當前熱障涂層領域常見的無損檢測方法表

太赫茲時域光譜技術(Terahertz?Time?Domain?Spectroscopy，THz-TDS)具有光學常數提取方便、非電離、非破壞性、成像分辨率高和能夠深度成像等優點，在TBCs陶瓷層無損檢測方面具有廣闊的應用前景。THz-TDS技術在無損檢測方面的應用已經得到公認，但該技術在TBCs領域的報道較少。

THz-TDS技術可以實現對TBCs涂層厚度的精準化測量。Fukuchi等通過THz-TDS測量樣本的折射率，根據太赫茲波在陶瓷層表面相鄰兩次反射之間的時間差Δt計算涂層厚度。結果表明，此方法測定的6個TBCs樣品厚度(300～620μm)與顯微鏡測量厚度吻合。為提高THz-TDS技術測量精度，Krimi等提出了一種陶瓷層厚度測量自校準方法。該方法對于厚度為311μm涂層，測量最大偏差約3μm，即相對偏差約為1％。

在TBCs退化檢測方面，Chen等運用THz-TDS技術對TGO層、陶瓷層與金屬層界面缺陷的演化過程進行了研究，證明了THz-TDS技術具有預測渦輪葉片熱障涂層故障的潛力；White等研究了THz-TDS成像技術在TBCs領域的應用，通過對航空發動機渦輪葉片TBCs進行二維成像，分辨出YSZ層的異常區域。Watanabe等通過THz-TDS評估等離子噴涂TBCs陶瓷層的透射率和介電性能，表明THz-TDS技術不僅適用于YSZ-TBCs微觀結構的無損評估，而且可以檢測高溫環境中涂層燒結導致的微觀結構變化(如致密化)。

目前，THz-TDS對熱障涂層的無損檢測處于起步階段。現有太赫茲技術應用于熱障涂層領域的研究，皆為針對涂層厚度的測量及缺陷的粗略預測，主要著眼于太赫茲的時域譜信息，數據提取處理過程復雜，且并無針對涂層失效的定量化判據。

發明內容

為解決現有技術存在的上述問題，本發明提供了一種熱障涂層失效判據確定方法及系統。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種熱障涂層失效判據確定方法，包括：

將熱障涂層樣品置于太赫茲時域光譜系統中得到熱障涂層樣品的時域頻譜信號；

對所述時域頻譜信號進行快速傅里葉變換得到頻域信號；