[发明专利]热障涂层孔隙率的微波相位检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及热障涂层孔隙率的微波相位检测方法，属于微波无损检测技术领域。利用反演理论计算出微波信号的反射系数相位与热障涂层孔隙率的关系，其作用是建立热障涂层孔隙率与微波信号反射系数相位之间的对应关系，从而由微波信号的反射系数相位来表征热障涂层的孔隙率，本方法可以实现对热障涂层的非破坏、无污染检测。

背景技术

热障涂层由于隔热性好、抗氧化等优点，被广泛应用到发动机涡轮叶片等热端部件上。而孔隙率是影响热障涂层隔热效果和失效的主要因素之一，因此急需一种无损检测方法对热障涂层的孔隙率进行评价。

等离子喷涂制备热障涂层的方法由于具有喷涂速度快、生产效率高等优点，被广泛应用。但是等离子喷涂制备的热障涂层厚度不均匀，并且容易产生孔隙。热障涂层的孔隙率高会加剧燃气中硫化物对涂层的腐蚀作用，并且对热障涂层的相对稳定是不利的。为了保证热障涂层的品质，需要对热障涂层的孔隙率进行检测。C.Funke等在1997年第94-95卷第1-3期Surface and Coatings Technology的“Characterization of Zr02-7wt.％Y2O3thermal barrier coatings with different porosities and FEM analysis of stress redistribution during thermal cycling of TBCs”，B.Rogé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 ZrO2-8wt.％Y2O3and 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期佳木斯大学学报(自然科学版)的“涂层性能超声无损评价”等已发表的论文中采用了多种检测技术对热障涂层的孔隙率进行了评价。这些检测技术主要包括汞孔隙率计、图像分析技术、超声技术、电容技术和电化学阻抗谱技术。

这些已发表对热障涂层孔隙率评价的技术中，图像分析技术为有损检测方法，汞孔隙率计、超声技术、电容技术和电化学阻抗谱技术均为接触式检测，并且对热障涂层孔隙率评价时需要耦合剂。微波技术用于热障涂层孔隙率评价时，为无损检测技术范畴，并且探头和热障涂层间不需要耦合剂，检测结构简单、操作方便，不会对热障涂层表面造成污染。

发明内容

本发明的目的是为了解决热障涂层孔隙率无法进行快速、准确、无污染、在位检测的现状，为对热障涂层孔隙率进行无损评估，提出了微波反射系数相位法评价热障涂层孔隙率的检测方法。基于微波信号在热障涂层中的传播理论及在金属基体表面的边界条件，利用反演理论利用反射系数相位来表征热障涂层的孔隙率，在实际检测中热障涂层的厚度d为已知量，根据权利要求书中2-3中的公式对工作频率进行选择，使反射系数相位能最敏感的表征热障涂层孔隙率。

本发明所采用的检测模型参见图1，包括：金属基体1、热障涂层2、终端开口矩形波导探头3、同轴电缆4、微波网络分析仪5和计算机6，终端开口矩形波导探头3安装在热障涂层2表面上，通过同轴电缆4与微波网络分析仪5相连，微波网络分析仪5中的微波入射信号和反射信号通过数据线存储到计算机6中。

本发明的利用微波反射系数相位法对热障涂层孔隙率进行评价的方法是通过以下步骤实现的：

a、利用微波网络分析仪测量热障涂层的反射系数幅值A和相位φ，所测量的同组热障涂层的厚度d相同。