[发明专利]一种基于太赫兹光谱技术的热障涂层中CMAS的检测方法

说明书

本发明提供一种基于太赫兹光谱技术的热障涂层中CMAS的检测方法，包括：制备一组未受CMAS腐蚀的和N组受CMAS腐蚀程度不同的热障涂层试样，N至少为2且N为正整数；选取其中一组热障涂层试样进行太赫兹光谱测试；计算热障涂层试样在太赫兹频段的光学特征参数；对其余热障涂层试样重复上述步骤，分析未受CMAS腐蚀的和受CMAS腐蚀程度不同的热障涂层试样在太赫兹频段的光学特征参数的变化规律；对待测样品重复上述步骤，并根据变化规律判断待测样品是否受CMAS腐蚀及腐蚀程度。本发明可以实现对热障涂层中CMAS的高效无损检测，具有不破坏和污染样品，数据处理过程简便，检测结果精度高及检测过程无辐射对人体安全等优点。

技术领域

本发明涉及热障涂层中CMAS的检测领域，具体涉及一种基于太赫兹光谱技术的热障涂层中CMAS的检测方法。

技术背景

热障涂层广泛应用于航空发动机、燃气轮机的热端部件防护，而随着航空发动机推重比和燃气轮机效率的不断提高，等离子喷涂和电子束物理气相沉积氧化钇部分稳定氧化锆(YSZ)热障涂层已成为先进航空发动机和燃气轮机中高温部件制造的关键技术。飞机在飞行过程中，发动机无法避免的从外界吸入Ca、Mg、Al、Si的混合氧化物颗粒(CMAS)，并黏附在叶片表面涂层上，在高温下融化、渗透到陶瓷层中，使涂层结构、性能、成分发生变化，导致涂层剥落失效。随着热障涂层的服役温度越来越高，沉积物CMAS熔融沉积在热障陶瓷层表面并导致涂层过早的剥离失效逐渐引起广泛的关注。CMAS渗入导致热障涂层成分偏析(Y₂O₃溶解于CMAS中)、YSZ陶瓷层内部孔隙收缩严重，会导致YSZ热障涂层的加速相变和烧结；同时CMAS冷却凝固过程中会对涂层产生较大应力，加快热障陶瓷层内部开裂和逐步剥离。故准确检测并判断热障涂层是否被CMAS腐蚀及腐蚀程度对于提前预知热障涂层是否可以继续服役有着极其重要的意义。

目前热障涂层中腐蚀产物的无损检测技术包括X射线衍射仪(XRD)和X射线能谱分析仪(EDS)、荧光光谱仪等。然而这些技术在实际检测过程中都存在一定的不足，例如XRD只能检测晶体物相组成，对于非晶体物质无法检测，而CMAS在腐蚀初期就是以非晶相为主；EDS配套设备体积大，不适合现场检测；荧光光谱仪则需要在涂层内部预先渗入荧光元素，进而可能对涂层结构和性能造成影响等。

现有技术中，在热障涂层的CMAS腐蚀领域，公开了多条抗CMAS腐蚀涂层相关的专利。但是，目前，在热障涂层检测领域，仅仅针对涂层中孔隙率、残余应力、裂纹等进行检测，尚不存在针对CMAS腐蚀进行检测方面的技术。

太赫兹(THz)波是频率在0.1-10THz(波长为0.03-3m)之间的电磁波，在电磁波谱中位于微波和红外辐射之间。现有的太赫兹技术具有以下优良特性：

(1)高透性：太赫兹辐射对非金属非极性物质具有良好的穿透能力，对热障涂层中的腐蚀产物检测的精度较高。

(2)安全性：太赫兹辐射的光子能量较低(毫电子伏特)，不会产生电离损伤，与X射线相比，对人体没有伤害。

(3)非接触性：太赫兹设备的检测方式为非接触式，并且在检测过程中不需要在样本表面涂抹其他辅助物质，避免了对样本的污染和伤害。正由于太赫兹技术具有以上优点，已经日益成为一种新型的无损检测手段。

利用有机物在太赫兹波段的活跃特性，开发了多种检测技术，如公开号为CN106872395A的专利文件所公开的玉米转基因成分、公开号为CN105241841A的专利文件所公开的颗粒剂中草药龙眼肉的检测方法等。对于无机物的检测，公开号为CN106970040A的专利文件公开了一种基于太赫兹技术的矿石成分分析系统。

太赫兹技术中数据处理有一定的复杂性，目前尚不清楚太赫兹检测结果是否受CMAS的腐蚀程度影响，也不存在采用太赫兹技术检测CMAS的技术。

发明内容

本发明旨在提供一种基于太赫兹光谱技术的热障涂层中CMAS的检测方法，以简化检测步骤并加强对CMAS检测的针对性。