[发明专利]一种基于太赫兹技术的热障涂层平行裂纹监测方法

说明书

本发明提供一种基于太赫兹技术的热障涂层内部平行裂纹监测方法，其特征在于，包括：利用反射式太赫兹时域光谱系统垂直发射太赫兹脉冲至热障涂层，得到其时域光谱图；计算其陶瓷层的折射率n和厚度D；对热障涂层预制平行裂纹，利用反射式太赫兹时域光谱系统垂直发射太赫兹脉冲至热障涂层，得到其时域光谱图；在时域光谱图中提取第二次和第三次反射峰的时间差，根据裂纹宽度计算模型计算出平行裂纹的裂纹宽度；判断裂纹属于涂层内部平行裂纹还是界面平行裂纹，根据判断计算平行裂纹上表面与陶瓷层上表面的距离。本发明的监测方法可以在测量时同时得到时间延时和折射率，从而实现热障涂层平行裂纹在线监测，并且可以确定平行裂纹的具体位置和宽度。

技术领域

本发明涉及平行裂纹监测方法，更具体的涉及一种基于太赫兹技术的热障涂层平行裂纹监测方法。

背景技术

航空发动机技术被誉为高端制造业领域的尖端技术，素有工业皇冠上的明珠之称，随着航空发动机技术的高速发展，为了提高发动机的性能和效率，发动机的推重比不断提高，以美国第1代至第4代战斗机的发展历程为例：发动机推重比已从不足2发展到到大于10，目前燃气涡轮的进口温度已经超过1973K，服役零部件的温度越来越高，为了保护零部件不被氧化腐蚀失效，20世纪50年代，美国国家航空航天局(NASA)率先提出热障涂层概念，即：在基体材料表面采用热障涂层进行保护。典型的热障涂层结构如附图1所示，包括：基体层1’、粘结层2’和陶瓷层3’。

热障涂层在发动机热端部件的应用服役过程中，由于恶劣的工作环境以及涂层系统自身的材料特点，往往会引起热障涂层的提前失效。热障涂层在反复高温热震循环作用下,处于服役区域的陶瓷层会出现开裂甚至完全脱落的现象，其中轴向应力会使陶瓷顶层内部产生平行裂纹(以下简称：内部平行裂纹)，而热循环氧化物(TGO)的出现会导致陶瓷层和粘结层的界面产生平行裂纹(以下简称：界面平行裂纹)，两类平行裂纹会对热端部件的服役寿命产生影响，安全性受到威胁。为了确保热障涂层的服役安全，需要一种能够应用于实际服役工况的检测方法，能快速便捷地监测涂层的平行裂纹宽度和位置，对危险区域能够及时识别和维修，并且保证在检测过程中不产生二次破坏，保障技术操作人员的安全。

目前常用的涂层无损检测方法主要有：磁性法，涡流法和超声法，磁性法和涡流法属于接触测量，而超声法需要借助耦合剂进行测试。对于热障涂层服役的环境，这些传统探伤方式各有缺点，主要集中在不利于实际操作，也不易于实现在线检测。而传统的实验室表征方法多数采用显微镜观察，效果好，但属于有损检测。例如，公开号为CN102901718A的中国专利文件，公开了一种表征涂层垂直表面的开裂状态的方法，该开裂状态测试方法主要针对如何检测垂直裂纹的开裂状态，属于半定量表征且无法确定平行裂纹的具体位置和宽度，也不涉及太赫兹技术。公开号为CN106324034A公开的中国专利文件，公开了热障涂层裂纹红外检测方法，利用红外检测方法检测热障涂层的缺陷并进行成像，但需要通过专业夹具进行夹持试样，且需要对试样进行升温测试，属于有损检测，且测试过程复杂，且升温过程可能影响涂层结构和性能。

发明内容

本发明旨在提供一种基于太赫兹技术的热障涂层平行裂纹监测方法，以实现热障涂层平行裂纹在线监测，并确定平行裂纹的具体位置和宽度。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于太赫兹技术的热障涂层内部平行裂纹监测方法，包括：

S1：利用反射式太赫兹时域光谱系统垂直发射太赫兹脉冲至一完整的热障涂层，得到完整的热障涂层的时域光谱图；

S2：计算完整的热障涂层的陶瓷层的折射率n和厚度D；

S3：取下所述热障涂层，对所述热障涂层预制平行裂纹；

S4：利用所述反射式太赫兹时域光谱系统垂直发射太赫兹脉冲至所述存在平行裂纹的热障涂层，得到存在平行裂纹的热障涂层的时域光谱图；

S5：在存在平行裂纹的热障涂层的时域光谱图中提取第二次和第三次反射峰的时间差ΔT，根据裂纹宽度计算模型计算出平行裂纹的裂纹宽度ΔD；