[发明专利]一种表征自修复热障涂层高温服役过程中自修复效果的无损测试方法

说明书

一种表征自修复热障涂层高温服役过程中自修复效果的无损测试方法，其特征在于，利用原位声发射信号测试的手段，通过声发射信号特征参数变化反映涂层的自修复效果；采用如下实时动态在线的检测方法：当涂层在高温服役过程中，其内部发生裂纹的萌生与扩展，则得到裂纹扩展的真实信号；而当涂层内部发生自修复时，所述声发射信号特征参数有明显的变化，则实时动态地反映涂层的自修复效果，进一步运用声发射信号的一系列数学处理手段，来进行涂层自修复效果的形态判别及模式识别。本发明可定性真实地给出自修复热障涂层在高温服役条件下的自修复的信息。

技术领域

本发明涉及一种无机涂层断裂力学性能的无损表征手段，涉及一种原位无损实时动态在线的测试技术，具体涉及一种表征自修复热障涂层高温服役过程中自修复效果的无损测试方法。

背景技术

热障涂层是一种重要的金属与无机复合的多层结构材料，广泛应用在航空发动机、地面重型燃气轮机（简称“两机”）高温合金叶片或其它高温热端部件上，对叶片或其它高温热端部件起到高温隔热、抗氧化、抗磨损或腐蚀等功效。随着对“两机”性能要求的不断攀升，对热障涂层也相应提出了越来越高的要求。

长寿命高可靠热障涂层一直是热障涂层的迫切需求，而要实现热障涂层的长寿命，就要设法实现涂层的延寿，延长并推迟其失效对应的临界时间点。而热障涂层的失效通常是由于裂纹的萌生，扩展引起的，要实现推迟涂层的失效，就势必要延缓或抑制涂层内部的裂纹扩展。基于此，利用材料自修复的基本思想实现对材料的延寿效果，利用涂层内部自身产生或通过物理或化学反应产生或类似于胶囊一样释放某种自修复物质，起到填充裂纹，钝化裂纹尖端的效果，迟缓裂纹扩展，从而实现热障涂层的延寿。

然而目前国内外还缺乏实时动态无损地检测自修复热障涂层的自修复效果的方法或手段来分析自修复裂纹发生自修复的临界时间点、自修复裂纹所处的位置及裂纹的类型。而往往采取有损的方法来表征涂层的自修复效果，如当涂层在高温服役到一定时间点后，取出试样，对其进行切割、镶嵌、磨抛光，利用扫描电子显微镜分析截面的微观结构及成分的变化，从而来推断或预测涂层的自修复效果。然而，这样的机械操作势必会掩盖掉涂层内部的一些缺陷的动态信息，不能真实地反映涂层内部微结构演化的特征。目前对热障涂层自修复的检测通常是采用截面SEM观测的手段，分析自修复裂纹形态的变化，以及自修复裂纹内部物质的成分与结构分析，还涉及到部分通过高温氧化增重来反映涂层的自修复效果。采用原位声发射技术属于一种在线实时动态的无损检测，目前还没有这方面的报道或技术公开。

发明内容

为了定性真实地给出自修复热障涂层在高温服役条件下的自修复的信息，本发明提供了一种表征自修复热障涂层在高温服役条件下的自修复效果的无损测试方法。

为达到上述目的，本发明是基于以下方案予以实现的：

一种表征自修复热障涂层高温服役过程中自修复效果的无损测试方法，其特征在于，利用原位声发射信号测试的手段，通过声发射信号特征参数变化反映涂层的自修复效果；采用如下实时动态在线的检测方法：当涂层在高温服役过程中，其内部发生裂纹的萌生与扩展，则得到裂纹扩展的真实信号；而当涂层内部发生自修复时，所述声发射信号特征参数有明显的变化，则实时动态地反映涂层的自修复效果，进一步运用声发射信号的一系列数学处理手段，来进行涂层自修复效果的形态判别及模式识别。

本发明一种表征自修复热障涂层高温服役过程中自修复效果的无损测试方式主要是利用原位声发射信号测试的手段，通过声发射信号特征参数变化反映涂层的自修复效果，并可对采集到的声发射信号进行一系列的数学处理。例如包括后文所述的滤波分析，聚类分析、快速傅里叶变换、小波分析或小波包分析、神经网络分析等。

优选地，模拟热障涂层在实际服役工况下的考核条件，采用强热流密度循环热考核测试对自修复热障涂层进行实际高温服役工况的动态循环热考核。

优选地，还包括如下步骤：原位连接声发射信号测试装置，在装置的远端观察声发射信号特征参数的变化。