專利名稱：熱障涂層孔隙率的微波相位檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱障涂層孔隙率的微波相位檢測(cè)方法，屬于微波無損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。 利用反演理論計(jì)算出微波信號(hào)的反射系數(shù)相位與熱障涂層孔隙率的關(guān)系，其作用是建立熱障涂層孔隙率與微波信號(hào)反射系數(shù)相位之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而由微波信號(hào)的反射系數(shù)相位來表征熱障涂層的孔隙率，本方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)熱障涂層的非破壞、無污染檢測(cè)。
背景技術(shù)：
熱障涂層由于隔熱性好、抗氧化等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用到發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片等熱端部件上。而孔隙率是影響熱障涂層隔熱效果和失效的主要因素之一，因此急需一種無損檢測(cè)方法對(duì)熱障涂層的孔隙率進(jìn)行評(píng)價(jià)。等離子噴涂制備熱障涂層的方法由于具有噴涂速度快、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用。但是等離子噴涂制備的熱障涂層厚度不均勻，并且容易產(chǎn)生孔隙。熱障涂層的孔隙率高會(huì)加劇燃?xì)庵辛蚧飳?duì)涂層的腐蝕作用，并且對(duì)熱障涂層的相對(duì)穩(wěn)定是不利的。為了保證熱障涂層的品質(zhì)，需要對(duì)熱障涂層的孔隙率進(jìn)行檢測(cè)。C. Funke等在1997年第94-95
1~3 Surface and Coatings Technology StJ "Characterization of Zr02-7wt. % Y203thermal barrier coatings with different porosities and FEM analysis of stress redistribution during thermal cycling of TBCs，，，B. Roge 等在 2003 年第 12 卷第 4 期 Journal of Thermal Spray Technology 的 “Nondestructive Measurement of Porosity in Thermal Barrier Coatings”，B. Jayaraj 等在 2004 年第 372 卷第 1-2 期 Materials Science and Engineering A 的“Electrochemical impedance spectroscopy of porous Zr02-8wt. % Y203and thermally grown oxide on nickel aluminide”， J. Zhang 等在 2005 年第 190 卷第 1 期 Surface and Coatings Technology 的“Evaluation of thickness， porosity and pore shape of plasma sprayed TBC by electrochemical impedance spectroscopy”和朱萍等在第23卷第4期佳木斯大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)的 “涂層性能超聲無損評(píng)價(jià)”等已發(fā)表的論文中采用了多種檢測(cè)技術(shù)對(duì)熱障涂層的孔隙率進(jìn)行了評(píng)價(jià)。這些檢測(cè)技術(shù)主要包括汞孔隙率計(jì)、圖像分析技術(shù)、超聲技術(shù)、電容技術(shù)和電化學(xué)阻抗譜技術(shù)。這些已發(fā)表對(duì)熱障涂層孔隙率評(píng)價(jià)的技術(shù)中，圖像分析技術(shù)為有損檢測(cè)方法，汞孔隙率計(jì)、超聲技術(shù)、電容技術(shù)和電化學(xué)阻抗譜技術(shù)均為接觸式檢測(cè)，并且對(duì)熱障涂層孔隙率評(píng)價(jià)時(shí)需要耦合劑。微波技術(shù)用于熱障涂層孔隙率評(píng)價(jià)時(shí)，為無損檢測(cè)技術(shù)范疇，并且探頭和熱障涂層間不需要耦合劑，檢測(cè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，不會(huì)對(duì)熱障涂層表面造成污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決熱障涂層孔隙率無法進(jìn)行快速、準(zhǔn)確、無污染、在位檢測(cè)的現(xiàn)狀，為對(duì)熱障涂層孔隙率進(jìn)行無損評(píng)估，提出了微波反射系數(shù)相位法評(píng)價(jià)熱障涂層孔隙率的檢測(cè)方法?；谖⒉ㄐ盘?hào)在熱障涂層中的傳播理論及在金屬基體表面的邊界條件，利用反演理論利用反射系數(shù)相位來表征熱障涂層的孔隙率，在實(shí)際檢測(cè)中熱障涂層的厚度 d為已知量，根據(jù)權(quán)利要求書中2-3中的公式對(duì)工作頻率進(jìn)行選擇，使反射系數(shù)相位能最敏感的表征熱障涂層孔隙率。本發(fā)明所采用的檢測(cè)模型參見

圖1，包括金屬基體1、熱障涂層2、終端開口矩形波導(dǎo)探頭3、同軸電纜4、微波網(wǎng)絡(luò)分析儀5和計(jì)算機(jī)6，終端開口矩形波導(dǎo)探頭3安裝在熱障涂層2表面上，通過同軸電纜4與微波網(wǎng)絡(luò)分析儀5相連，微波網(wǎng)絡(luò)分析儀5中的微波入射信號(hào)和反射信號(hào)通過數(shù)據(jù)線存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)6中。本發(fā)明的利用微波反射系數(shù)相位法對(duì)熱障涂層孔隙率進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的a、利用微波網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量熱障涂層的反射系數(shù)幅值A(chǔ)和相位Φ，所測(cè)量的同組熱障涂層的厚度d相同。b、根據(jù)反射系數(shù)幅值的計(jì)算公式j(luò)^Imd^+ReCT)2和反射系數(shù)相位的計(jì)算公式 —tan—1 計(jì)算出反射系數(shù)r。其中，A為反射系數(shù)幅值；Φ為反射系數(shù)相位；r為反射系數(shù)。C、根據(jù)反射系數(shù)Γ的計(jì)算公式關(guān)系
權(quán)利要求
1.熱障涂層孔隙率的微波相位檢測(cè)方法，其特征在于所述的檢測(cè)方法步驟如下a、利用微波網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量熱障涂層的反射系數(shù)幅值A(chǔ)和相位Φ，所測(cè)量的同組熱障涂層的厚度d相同；b、根據(jù)反射系數(shù)幅值的計(jì)算公式W= Vlm(T)^ReCT)2和反射系數(shù)相位的計(jì)算公式 —計(jì)算出反射系數(shù)Γ ‘其中，A為反射系數(shù)幅值；Φ為反射系數(shù)相位；Γ為反射系數(shù)；η----77οC、根據(jù)反射系數(shù)Γ的計(jì)算公式關(guān)系Γ= ；;^，阻抗η的計(jì)算公式
全文摘要
本發(fā)明涉及微波反射系數(shù)相位法對(duì)熱障涂層孔隙率的測(cè)量方法，屬于微波無損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明利用微波網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)熱障涂層的微波反射系數(shù)的相位和幅值進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)相關(guān)的公式計(jì)算出熱障涂層的孔隙率，建立微波信號(hào)反射系數(shù)相位與熱障涂層孔隙率的關(guān)系，從而利用微波反射系數(shù)相位表征熱障涂層的孔隙率。本方法為無損檢測(cè)方法，可以對(duì)熱障涂層進(jìn)行非破壞、無污染檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01N15/08GK102564914SQ20111035126
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月8日
發(fā)明者何存富, 吳斌, 楊玉娥 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)