[发明专利]一种热障涂层中残余应力的无损检测方法

说明书

本发明公开了一种热障涂层中不同深处残余应力的无损检测方法，用于对航空发动机的热障涂层中不同深处的残余应力采用X射线衍射仪器进行无损检测：首先将热障涂层试片放置于样品台上并固定，样品的法线方向与入射线的法线方向一致，并设定扫描范围，通过调整陶瓷X光管的功率、X射线的频率、测角仪重现性、可控最小步进、PIXcel3D超能探测器的最大计数率、样品台方向校正等因素，然后发射特定频率的X射线，在此基础上根据X射线衍射峰位的位移量与宏观应力之间的关系来测定热障涂层中的不同深处残余应力。本发明提供了热障涂层中的残余应力无损检测方法，具有很高的测量精度和效率，而且重现性好，广泛应用于航空发动机的热障涂层残余应力的无损检测。

技术领域

本发明涉及一种热障涂层残余应力的无损检测方法，特别涉及用于航空发动机上的热障涂层中残余应力的无损检测。

背景技术

热障涂层是航空发动机叶片上具有重要保护作用的涂层，由含铬陶瓷层、金属粘结层，以及金属底层构成。在使用过程中由于热应力或者残余应力积累到一定程度就会使热障涂层界面处产生热生长氧化、裂纹甚至使其剥离，对使用安全带来极大隐患。因此对热障涂层内部应力进行实时检测具有重要意义。对于热障涂层中残余应力的检测是一个十分复杂的问题，主要是由于涂层薄、硬且脆，其在测试过程中容易受到破坏而得不到实际的残余应力数据。测试应力的方法虽然有很多，例如普通XRD法、拉曼光谱法等，虽然各有特点，但是准确性较差。原因是热障涂层内部孔隙复杂，且涂层的较深内部也存在着残余应力，普通的射线或者电磁波无法穿透到涂层的深处，因此对残余用力检测设备和方法都有特定的要求。目前尚没有准确可靠的方法对热障涂层中不同深处的残余应力进行可靠的无损测方法。

中国专利CN105486437A中公开了一种采用拉曼光谱法检测硅片界面处的应力状态，该方法适用于检测硅片材料浅表处的残余应力，无法检测涂层较深处的残余应力。中国专利CN201610128220中公开的检测残余用力的方法，需要用钻孔法对试样进行破坏，无法满足热障涂层无损检测的要求。中国专利CN108181032A需要设置没有经过任何残余应力消除处理的标准件，且所测结果为表面残余应力比值，不能测得热障涂层某一界面的准确应力值。因此上述现有技术只能用于质量要求不高的场合，不能实现准确地检测出热障涂层不同深处的残余用力。

发明内容

本发明为了克服现有检测技术只能浅表层检测的不足，公开了热障涂层中残余应力的无损检测方法，用于对航空发动机的热障涂层中的不同深处的残余应力采用X射线衍射仪器进行无损检测。

具体技术方案为：

利用X射线衍射仪器对航空发动机上的热障涂层进行检测，包括如下步骤：

将热障涂层样品水平放置于X射线衍射仪器的样品台上固定，样品的法线方向与入射线的法线方向一致，设定扫描范围和测量方式，分别测量不同倾侧角的X射线衍射图谱；根据目标探测涂层深度，调整陶瓷X光管的输出功率、X射线的频率、测角仪重现性、可控最小步进、PIXcel3D超能探测器的最大计数率、样品台方向校正因素，然后发射指定频率的X射线，根据X射线衍射峰位的位移量与宏观应力之间的关系测定热障涂层中目标探测涂层深度的残余应力，可探测涂层的最大深度为100μm。

进一步地，陶瓷X光管的输出功率为2-8KW，发射X射线的频率范围为1.95×10¹⁸HZ-2.0×10¹⁹HZ。

进一步地，测角仪重现性：0.00002-0.00010度。

进一步地，可控最小步进：0.00005-0.0012度。

进一步地，采用PIXcel3D超能探测器：最大计数率＞110cps。

进一步地，目标探测涂层深度的计算公式：