本發(fā)明屬于紅外熱波無損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種熱障涂層厚度激光透射法激勵(lì)紅外熱波檢測(cè)裝置及方法。

背景技術(shù)：

熱障涂層(thermalbarriercoatings，簡(jiǎn)稱tbcs)是目前最為先進(jìn)的高溫防護(hù)涂層之一，具有良好的隔熱效果和抗氧化性能，被廣泛應(yīng)用于燃?xì)廨啓C(jī)熱通道部件(如透平葉片，燃燒室等)表面防護(hù)中。熱障涂層一般為雙層結(jié)構(gòu)，由表層陶瓷層和里層金屬粘結(jié)層組成，其中厚度是表征熱障涂層質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，它關(guān)系到涂層的使用壽命、結(jié)合強(qiáng)度、不均勻內(nèi)應(yīng)力和制造成本等的評(píng)估和計(jì)算。因此，厚度檢測(cè)是熱障涂層制造和使用過程中的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，目前，熱障涂層厚度檢測(cè)多采用抽樣破壞檢驗(yàn)，破壞后部件無法繼續(xù)使用，且檢測(cè)數(shù)據(jù)較片面，不能有效反映所有部位的涂層厚度水平。

熱障涂層厚度無損檢測(cè)是指在不破壞部件的前提下，對(duì)涂層厚度進(jìn)行精確檢測(cè)的技術(shù)手段。無損檢測(cè)主要有渦流法、超聲波法和紅外法等。渦流法原理為提離效應(yīng)，受粘結(jié)層特性影響較大。超聲波法是通過分析超聲回波頻域信號(hào)中兩相鄰諧振頻率差來計(jì)算涂層厚度，由于諧振頻率干擾因素較多，檢測(cè)準(zhǔn)確度難以保證，且步驟復(fù)雜，另外，上述兩種方法均不適合非接觸快速檢測(cè)。

涂層厚度紅外熱波檢測(cè)一般采用反射法涂層側(cè)熱激勵(lì)，但由于熱障涂層陶瓷層具有半透明性，采用可見光或激光激勵(lì)時(shí)熱吸收效果較差，涂層表面需噴涂水溶性黑漆，漆層厚度帶來檢測(cè)誤差，同時(shí)在役部件涂層存在漆污染風(fēng)險(xiǎn)。另外涂層側(cè)激勵(lì)對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)過渡段、火焰筒等內(nèi)腔涂層，存在尺寸限制，難以實(shí)施?；w側(cè)閃光燈透射法激勵(lì)熱障涂層厚度檢測(cè)可克服上述反射法缺點(diǎn)，但當(dāng)涂層基體合金為導(dǎo)熱性差的高溫合金、且厚度較大時(shí)，閃光燈能量密度較低，能量穿透時(shí)間較長(zhǎng)，閃光燈透射法激勵(lì)難以實(shí)施。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)目前熱障涂層厚度檢測(cè)方法存在的上述不足，提供了熱障涂層厚度激光透射法激勵(lì)紅外熱波檢測(cè)裝置及方法，其具有非接觸、觀測(cè)面積大、無需涂層表面處理、適用范圍廣、準(zhǔn)確度高等優(yōu)勢(shì)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

熱障涂層厚度激光透射法激勵(lì)紅外熱波檢測(cè)裝置，包括信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、脈沖激光器、紅外熱像儀和工控計(jì)算機(jī)；其中，

信號(hào)發(fā)生器的輸出端通過功率放大器連接脈沖激光器的輸入端，紅外熱像儀的輸出端連接工控計(jì)算機(jī)的輸入端，工作時(shí)，熱障涂層部件設(shè)置在脈沖激光器的發(fā)射端和紅外熱像儀的接收端之間。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，信號(hào)發(fā)生器能夠輸出頻率為0.01μhz～500khz任意波形和頻率為0.01μhz～15mhz的正弦波，通道數(shù)為1或者2，波形垂直分辨率為14位或者16位；

功率放大器，最大輸出電壓為400vp-p，最大輸出電流為2ap-p，工作頻率范圍0～7khz，非線性失真度＜2％。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，脈沖激光器，為半導(dǎo)體泵浦固體激光器，最大功率為100w，光斑直徑5mm，脈沖寬度為1ms～5s可調(diào)，波長(zhǎng)1064nm。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，紅外熱像儀，為非制冷型熱像儀，圖像大小為160×120像素，響應(yīng)波段為8μm～14μm，采集幀頻為8.5hz，熱靈敏度為50mk。

熱障涂層厚度激光透射法激勵(lì)紅外熱波檢測(cè)方法，該檢測(cè)方法采用的裝置包括信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、脈沖激光器、紅外熱像儀和工控計(jì)算機(jī)，包括以下步驟：

(1)紅外熱像儀調(diào)校

(2)低功率激光激勵(lì)

調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器和功率放大器，使脈沖激光器產(chǎn)生功率為p1、脈寬為t1的脈沖激光對(duì)熱障涂層部件的基體側(cè)進(jìn)行熱激勵(lì)，同時(shí)，紅外熱像儀采集熱障涂層部件的涂層側(cè)表面溫度-幀數(shù)數(shù)據(jù)，紅外熱像儀采集幀頻為f，采集時(shí)間為t2，數(shù)據(jù)傳輸至工控計(jì)算機(jī)；

(3)高功率激光激勵(lì)

調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器和功率放大器，增加脈沖激光器的功率，使其產(chǎn)生功率為p2，脈寬為t1的脈沖激光對(duì)熱障涂層部件的基體側(cè)進(jìn)行熱激勵(lì)，同時(shí)，紅外熱像儀采集熱障涂層部件的涂層側(cè)表面溫度-幀數(shù)數(shù)據(jù)，紅外熱像儀采集幀頻為f，采集時(shí)間為t2，數(shù)據(jù)傳輸至工控計(jì)算機(jī)；

(4)數(shù)據(jù)處理

求相同幀數(shù)下高、低功率激光激勵(lì)溫度數(shù)據(jù)差值，繪制溫度差值-幀數(shù)曲線，對(duì)溫度差值-幀數(shù)曲線進(jìn)行線性擬合，求得擬合直線的斜率k和截距值d，代入下式，求得熱障涂層厚度值l：

式中，α為熱障涂層熱擴(kuò)散率。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟(1)具體包括如下步驟：

先確定視場(chǎng)，即根據(jù)檢測(cè)要求確定一次成像面積大小；后對(duì)焦，即在檢測(cè)工作距離放置對(duì)焦輔助參照物，調(diào)節(jié)對(duì)焦直至刻度清晰為止；最后進(jìn)行紅外熱像儀非均勻性校正，即采用紅外發(fā)射率高且均勻的材料覆蓋紅外熱像儀視場(chǎng)，進(jìn)行非均勻性校正。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，信號(hào)發(fā)生器能夠輸出頻率為0.01μhz～500khz任意波形和頻率為0.01μhz～15mhz的正弦波，通道數(shù)為1或者2，波形垂直分辨率為14位或者16位；

功率放大器，最大輸出電壓為400vp-p，最大輸出電流為2ap-p，工作頻率范圍0～7khz，非線性失真度＜2％。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，脈沖激光器，為半導(dǎo)體泵浦固體激光器，最大功率為100w，光斑直徑5mm，脈沖寬度為1ms～5s可調(diào)，波長(zhǎng)1064nm。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，紅外熱像儀，為非制冷型熱像儀，圖像大小為160×120像素，響應(yīng)波段為8μm～14μm，采集幀頻為8.5hz，熱靈敏度為50mk。

本發(fā)明具有如下的有益效果：

本發(fā)明提供的熱障涂層厚度激光透射法激勵(lì)紅外熱波檢測(cè)裝置，包括信號(hào)發(fā)生器，信號(hào)發(fā)生器的輸出端通過功率放大器連接脈沖激光器的輸入端，紅外熱像儀的輸出端連接工控計(jì)算機(jī)的輸入端，工作時(shí)，熱障涂層部件設(shè)置在脈沖激光器的發(fā)射端和紅外熱像儀的接收端之間，使得本發(fā)明具有非接觸的優(yōu)點(diǎn)，克服了傳統(tǒng)熱障涂層厚度測(cè)量的渦流、超聲檢測(cè)裝置需接觸檢測(cè)部件，對(duì)于特殊工況(如高溫、遠(yuǎn)距離、在役運(yùn)行等)部件熱障涂層檢測(cè)難以實(shí)施的缺點(diǎn)。

進(jìn)一步，本發(fā)明中熱障涂層激光透射法激勵(lì)紅外熱波檢測(cè)裝置中信號(hào)發(fā)生器采用數(shù)字直接合成方式，分辨率為14位或16位，具有頻帶寬、分辨率高等優(yōu)點(diǎn)。功率放大器為容性負(fù)載功率放大器，具有輸出功率大，非線性失真度低的優(yōu)點(diǎn)。

進(jìn)一步，本發(fā)明中熱障涂層激光透射法激勵(lì)紅外熱波檢測(cè)裝置中脈沖激光器為半導(dǎo)體泵浦固體激光器，光光轉(zhuǎn)換效率可高達(dá)40％以上，具有低功耗的優(yōu)點(diǎn)；激光二級(jí)管的壽命達(dá)15000小時(shí)以上，具有性能可靠、壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)；由于其高的轉(zhuǎn)換效率，減少了激光工作物質(zhì)的熱透鏡效應(yīng)，大大改善了激光光束質(zhì)量。

進(jìn)一步，本發(fā)明中熱障涂層激光透射法激勵(lì)紅外熱波檢測(cè)裝置中紅外熱像儀為非制冷型長(zhǎng)波熱像儀，開機(jī)即用，無需制冷器冷卻使用，同時(shí)成本較低，輕巧方便，故障率低。激光功率和脈寬可調(diào)，可根據(jù)不同類型熱障涂層設(shè)置選擇最優(yōu)的激光功率和脈寬。

本發(fā)明提供的熱障涂層厚度激光透射法激勵(lì)紅外熱波檢測(cè)方法，該方法克服了傳統(tǒng)涂層側(cè)閃光燈激勵(lì)紅外熱波熱障涂層厚度檢測(cè)方法的局限性，無需涂層表面刷漆處理，不存在漆層厚度誤差和漆污染風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于燃機(jī)過渡段、火焰筒等部件的內(nèi)腔涂層，不存在尺寸限制。該方法采用的脈沖激光具有能量密度高、非接觸、方向性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可測(cè)試導(dǎo)熱性差厚度大的合金基體熱障涂層。此外，該方法為非接觸式測(cè)量，可對(duì)特殊工況(如高溫、遠(yuǎn)距離、在役運(yùn)行等)部件熱障涂層厚度進(jìn)行檢測(cè)，無需在涂層表面施加耦合劑，不存在涂層污染風(fēng)險(xiǎn)。該方法采用高低功率脈沖激光對(duì)熱障涂層進(jìn)行熱激勵(lì)，通過表面溫差值推導(dǎo)出熱障涂層厚度值。測(cè)量步驟簡(jiǎn)單易操作，且數(shù)據(jù)穩(wěn)定性優(yōu)于熱障涂層厚度超聲檢測(cè)法。該方法熱障涂層厚度測(cè)量精度高，相對(duì)誤差≤10％，與傳統(tǒng)熱障涂層厚度渦流法、超聲法的測(cè)量精度相當(dāng)。

綜上所述，熱障涂層厚度紅外熱波檢測(cè)一般采用反射法涂層側(cè)熱激勵(lì)，但由于熱障涂層陶瓷層具有半透明性，采用可見光或激光激勵(lì)時(shí)熱吸收效果較差，涂層表面需噴涂水溶性黑漆，漆層厚度帶來檢測(cè)誤差，同時(shí)在役部件涂層存在漆污染風(fēng)險(xiǎn)。另外涂層側(cè)激勵(lì)對(duì)于燃機(jī)過渡段、火焰筒等內(nèi)腔涂層，存在尺寸限制，難以實(shí)施?；w側(cè)閃光燈透射法激勵(lì)熱障涂層厚度檢測(cè)可克服上述反射法缺點(diǎn)，但當(dāng)涂層基體合金為導(dǎo)熱性差的高溫合金、且厚度較大時(shí)，閃光燈能量密度較低，能量穿透時(shí)間較長(zhǎng)，閃光燈透射法激勵(lì)難以實(shí)施。熱障涂層厚度渦流或超聲法檢測(cè)需接觸部件，對(duì)于一些特殊工況(如高溫、遠(yuǎn)距離、在役運(yùn)行等)部件熱障涂層厚度檢測(cè)無法實(shí)施。同時(shí)超聲法需在熱障涂層表面施加耦合劑，存在涂層污染問題，且超聲法需進(jìn)行反射回波頻譜分析，測(cè)量步驟復(fù)雜，且數(shù)據(jù)穩(wěn)定性差。

附圖說明

圖1為熱障涂層厚度激光透射法激勵(lì)紅外熱波檢測(cè)裝置圖。

圖2為高、低功率脈沖激光激勵(lì)后涂層側(cè)溫度差值-幀數(shù)曲線圖，其中，斜率k＝0.059和截距值d＝2.872。

圖3為高、低功率脈沖激光激勵(lì)后涂層側(cè)溫度差值-幀數(shù)曲線圖，其中，斜率k＝0.041和截距值d＝3.538。

圖4為高、低功率脈沖激光激勵(lì)后涂層側(cè)溫度差值-幀數(shù)曲線圖，其中，斜率k＝0.015和截距值d＝4.296。

圖5為部件熱障涂層掃描電子顯微鏡圖。

圖6為部件熱障涂層掃描電子顯微鏡圖。

圖7為部件熱障涂層掃描電子顯微鏡圖。

圖中：1、信號(hào)發(fā)生器，2、功率放大器，3、脈沖激光器，4、紅外熱像儀，5、工控計(jì)算機(jī)，6、熱障涂層部件。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。

實(shí)施例1

參照附圖1，本發(fā)明提供的熱障涂層厚度激光透射法激勵(lì)紅外熱波檢測(cè)裝置，包括信號(hào)發(fā)生器1，可輸出頻率為0.01μhz～500khz任意波形和頻率為0.01μhz～15mhz的正弦波，通道數(shù)為2，波形垂直分辨率為16位；功率放大器2，最大輸出電壓為400vp-p，最大輸出電流為2ap-p，工作頻率范圍0～7khz，非線性失真度＜1％；脈沖激光器3，為半導(dǎo)體泵浦固體激光器，最大功率為100w，光斑直徑5mm，脈沖寬度為1ms～5s可調(diào)，波長(zhǎng)1064nm；紅外熱像儀4，為非制冷型熱像儀，圖像大小為160×120像素，響應(yīng)波段為8μm～14μm，采集幀頻為8.5hz，熱靈敏度為50mk；工控計(jì)算機(jī)5，集成了熱障涂層厚度算法；熱障涂層部件6，為雙層熱障涂層結(jié)構(gòu)，均采用大氣等離子噴涂工藝制備，里層粘結(jié)層成分為ni-22cr-9al-37co-0.5y，設(shè)計(jì)厚度為150μm。表層陶瓷層成分為7-8wt％y203穩(wěn)定zro2，設(shè)計(jì)厚度為150μm。基體合金為k438鎳基等軸高溫合金，厚度為15mm。工作狀態(tài)時(shí)，脈沖激光器3放置于熱障涂層部件6基體合金側(cè)，且脈沖激光器3通過功率放大器2與信號(hào)發(fā)生器1輸出端相連。紅外熱像儀4放置于熱障涂層部件6涂層側(cè)，且與工控計(jì)算機(jī)5的輸入端相連。所述的測(cè)厚方法過程如下：

(1)紅外熱像儀調(diào)校

根據(jù)所檢熱障涂層部件的檢測(cè)要求確定一次成像面積大小為80*80mm²。采用標(biāo)準(zhǔn)150mm刻度尺在檢測(cè)工作距離為300mm處進(jìn)行對(duì)焦，調(diào)節(jié)對(duì)焦直至刻度清晰為止。采用表面均勻噴涂啞光黑漆、厚度為3mm、長(zhǎng)為150mm、寬為150mm的鋁合金方板覆蓋紅外熱像儀視場(chǎng)，進(jìn)行紅外熱像儀非均勻性校正。

(2)低功率激光激勵(lì)

調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器和功率放大器，使激光發(fā)生器產(chǎn)生功率為50w、脈寬為5s的脈沖激光對(duì)熱障涂層部件基體側(cè)進(jìn)行熱激勵(lì)。同時(shí)，紅外熱像儀采集部件涂層側(cè)表面溫度-幀數(shù)數(shù)據(jù)，采集時(shí)間為8.5s，采集幀頻為8.5hz，數(shù)據(jù)傳輸至工控計(jì)算機(jī)。

(3)高功率激光激勵(lì)

調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器和功率放大器，增加激光發(fā)生器功率，使其產(chǎn)生功率為90w，脈寬為5s的脈沖激光對(duì)熱障涂層部件基體側(cè)進(jìn)行熱激勵(lì)。同時(shí)，紅外熱像儀采集部件涂層側(cè)表面溫度-幀數(shù)數(shù)據(jù)，采集時(shí)間為8.5s，采集幀頻為8.5hz，數(shù)據(jù)傳輸至工控計(jì)算機(jī)。

(4)數(shù)據(jù)處理

求相同幀數(shù)下高、低功率激光激勵(lì)溫度數(shù)據(jù)差值，繪制溫度差值-幀數(shù)曲線，如圖2所示。使用origin8.0軟件進(jìn)行溫度差值-幀數(shù)曲線數(shù)據(jù)點(diǎn)線性擬合，擬合方程式為y＝a+bx，參數(shù)a為截距，b為斜率，采用最小二乘法計(jì)算得到擬合直線的斜率k＝0.059和截距值d＝2.872，代入公式(1)，計(jì)算得熱障涂層厚度值l＝168.24μm，式中，α為熱障涂層熱擴(kuò)散率2.5×10^-9m²/s；f為紅外熱像儀采集幀頻8.5hz。

實(shí)施例2

參照附圖1，本發(fā)明提供的熱障涂層厚度激光透射法激勵(lì)紅外熱波檢測(cè)裝置，包括信號(hào)發(fā)生器1，可輸出頻率為0.01μhz～500khz任意波形和頻率為0.01μhz～15mhz的正弦波，通道數(shù)為2，波形垂直分辨率為14位；功率放大器2，最大輸出電壓為400vp-p，最大輸出電流為2ap-p，工作頻率范圍0～7khz，非線性失真度＜2％；脈沖激光器3，為半導(dǎo)體泵浦固體激光器，最大功率為100w，光斑直徑5mm，脈沖寬度為1ms～5s可調(diào)，波長(zhǎng)1064nm；紅外熱像儀4，為非制冷型熱像儀，圖像大小為160×120像素，響應(yīng)波段為8μm～14μm，采集幀頻為8.5hz，熱靈敏度為50mk；工控計(jì)算機(jī)5，集成了熱障涂層厚度算法；熱障涂層部件6，為雙層熱障涂層結(jié)構(gòu)，均采用大氣等離子噴涂制備，里層粘結(jié)層成分為ni-22cr-9al-37co-0.5y，設(shè)計(jì)厚度為150μm，表層陶瓷層成分為7-8wt％y203穩(wěn)定zro2，設(shè)計(jì)厚度為200μm，基體合金為k438鎳基等軸高溫合金，厚度為15mm。工作狀態(tài)時(shí)，脈沖激光器3放置于熱障涂層部件6基體合金側(cè)，且脈沖激光器3通過功率放大器2與信號(hào)發(fā)生器1輸出端相連。紅外熱像儀4放置于熱障涂層部件6涂層側(cè)，且與工控計(jì)算機(jī)5的輸入端相連。所述的測(cè)厚方法過程如下：

(1)紅外熱像儀調(diào)校

根據(jù)所檢熱障涂層部件的檢測(cè)要求確定一次成像面積大小為80*80mm²。采用標(biāo)準(zhǔn)150mm刻度尺在檢測(cè)工作距離為300mm處進(jìn)行對(duì)焦，調(diào)節(jié)對(duì)焦直至刻度清晰為止。采用表面均勻噴涂啞光黑漆、厚度為3mm、長(zhǎng)為150mm、寬為150mm的鋁合金方板覆蓋紅外熱像儀視場(chǎng)，進(jìn)行紅外熱像儀非均勻性校正。

(2)低功率激光激勵(lì)

調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器和功率放大器，使激光發(fā)生器產(chǎn)生功率為50w、脈寬為5s的脈沖激光對(duì)熱障涂層部件基體側(cè)進(jìn)行熱激勵(lì)。同時(shí)，紅外熱像儀采集部件涂層側(cè)表面溫度-幀數(shù)數(shù)據(jù)，采集時(shí)間為8.5s，采集幀頻為8.5hz，數(shù)據(jù)傳輸至工控計(jì)算機(jī)。

(3)高功率激光激勵(lì)

調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器和功率放大器，增加激光發(fā)生器功率，使其產(chǎn)生功率為90w，脈寬為5s的脈沖激光對(duì)熱障涂層部件基體側(cè)進(jìn)行熱激勵(lì)。同時(shí)，紅外熱像儀采集部件涂層側(cè)表面溫度-幀數(shù)數(shù)據(jù)，采集時(shí)間為8.5s，采集幀頻為8.5hz，數(shù)據(jù)傳輸至工控計(jì)算機(jī)。

(4)數(shù)據(jù)處理

求相同幀數(shù)下高、低功率激光激勵(lì)溫度數(shù)據(jù)差值，繪制溫度差值-幀數(shù)曲線，如圖3所示。使用origin8.0軟件進(jìn)行溫度差值-幀數(shù)曲線數(shù)據(jù)點(diǎn)線性擬合，擬合方程式為y＝a+bx，參數(shù)a為截距，b為斜率，采用最小二乘法計(jì)算得到擬合直線的斜率k＝0.041和截距值d＝3.538，代入公式(1)，計(jì)算得熱障涂層厚度值l＝225.30μm，式中，α為熱障涂層熱擴(kuò)散率2.5×10^-9m²/s；f為紅外熱像儀采集幀頻8.5hz。

實(shí)施例3

參照附圖1，本發(fā)明提供的熱障涂層厚度激光透射法激勵(lì)紅外熱波檢測(cè)裝置，包括信號(hào)發(fā)生器1，可輸出頻率為0.01μhz～500khz任意波形和頻率為0.01μhz～15mhz的正弦波，通道數(shù)為1，波形垂直分辨率為16位；功率放大器2，最大輸出電壓為400vp-p，最大輸出電流為1.5ap-p，工作頻率范圍0～7khz，非線性失真度＜2％；脈沖激光器3，為半導(dǎo)體泵浦固體激光器，最大功率為100w，光斑直徑5mm，脈沖寬度為1ms～5s可調(diào)，波長(zhǎng)1064nm；紅外熱像儀4，為非制冷型熱像儀，圖像大小為160×120像素，響應(yīng)波段為8μm～14μm，采集幀頻為8.5hz，熱靈敏度為50mk；工控計(jì)算機(jī)5，集成了熱障涂層厚度算法；熱障涂層部件6，為雙層熱障涂層結(jié)構(gòu)，均采用大氣等離子噴涂制備，里層粘結(jié)層成分為ni-22cr-9al-37co-0.5y，設(shè)計(jì)厚度為150μm，表層陶瓷層成分為7-8wt％y203穩(wěn)定zro2，設(shè)計(jì)厚度為400μm，基體合金為k438鎳基等軸高溫合金，厚度為15mm。工作狀態(tài)時(shí)，脈沖激光器3放置于熱障涂層部件6基體合金側(cè)，且脈沖激光器3通過功率放大器2與信號(hào)發(fā)生器1輸出端相連。紅外熱像儀4放置于熱障涂層部件6涂層側(cè)，且與工控計(jì)算機(jī)5的輸入端相連。所述的測(cè)厚方法過程如下：

(1)紅外熱像儀調(diào)校

根據(jù)所檢熱障涂層部件的檢測(cè)要求確定一次成像面積大小為80*80mm²。采用標(biāo)準(zhǔn)150mm刻度尺在檢測(cè)工作距離為300mm處進(jìn)行對(duì)焦，調(diào)節(jié)對(duì)焦直至刻度清晰為止。采用表面均勻噴涂啞光黑漆、厚度為3mm、長(zhǎng)為150mm、寬為150mm的鋁合金方板覆蓋紅外熱像儀視場(chǎng)，進(jìn)行紅外熱像儀非均勻性校正。

(2)低功率激光激勵(lì)

調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器和功率放大器，使激光發(fā)生器產(chǎn)生功率為50w、脈寬為5s的脈沖激光對(duì)熱障涂層部件基體側(cè)進(jìn)行熱激勵(lì)。同時(shí)，紅外熱像儀采集部件涂層側(cè)表面溫度-幀數(shù)數(shù)據(jù)，采集時(shí)間為8.5s，采集幀頻為8.5hz，數(shù)據(jù)傳輸至工控計(jì)算機(jī)。

(3)高功率激光激勵(lì)

調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器和功率放大器，增加激光發(fā)生器功率，使其產(chǎn)生功率為90w，脈寬為5s的脈沖激光對(duì)熱障涂層部件基體側(cè)進(jìn)行熱激勵(lì)。同時(shí)，紅外熱像儀采集部件涂層側(cè)表面溫度-幀數(shù)數(shù)據(jù)，采集時(shí)間為8.5s，采集幀頻為8.5hz，數(shù)據(jù)傳輸至工控計(jì)算機(jī)。

(4)數(shù)據(jù)處理

求相同幀數(shù)下高、低功率激光激勵(lì)溫度數(shù)據(jù)差值，繪制溫度差值-幀數(shù)曲線，如圖4所示。使用origin8.0軟件進(jìn)行溫度差值-幀數(shù)曲線數(shù)據(jù)點(diǎn)線性擬合，擬合方程式為y＝a+bx，參數(shù)a為截距，b為斜率，采用最小二乘法計(jì)算得到擬合直線的斜率k＝0.015和截距值d＝4.296，代入公式(1)，計(jì)算得熱障涂層厚度值l＝409.16μm，式中，α為熱障涂層熱擴(kuò)散率2.5×10^-9m²/s；f為紅外熱像儀采集幀頻8.5hz。

然后切割部件，利用掃描電子顯微鏡方法測(cè)定熱障涂層厚度，對(duì)照射光斑直徑5mm區(qū)域內(nèi)按順序等距取五個(gè)位置進(jìn)行熱障涂層厚度檢測(cè)，厚度值如表1所示，實(shí)例1部件熱障涂層掃描電子顯微鏡照片如圖5所示，實(shí)例2部件熱障涂層掃描電子顯微鏡照片如圖6所示，實(shí)例3部件熱障涂層掃描電子顯微鏡照片如圖7所示。

表1熱障涂層厚度掃描電子顯微鏡檢測(cè)結(jié)果

將掃描電子顯微鏡測(cè)得的熱障涂層厚度與本測(cè)厚裝置檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比并分析誤差，結(jié)果如表2所示。分析表明，熱障涂層厚度檢測(cè)相對(duì)誤差均小于10％，滿足工程應(yīng)用要求。

表2熱障涂層厚度檢測(cè)結(jié)果對(duì)比