[发明专利]一种SiC/Al复合材料超声检测缺陷的定性和定量分析方法

说明书

本发明涉及SiC/Al复合材料缺陷无损检测领域，发明了一种能够真实反应铝基复合材料中特有缺陷性质的超声检测用专用试块和特有缺陷性质识别方法。其特征为：(1)设计了一种经两次烧结法，制备出专用检测试块。区别于通用检测用平底孔试块，该试块能够正确呈现出SiC/Al复合材料中的SiC团聚、Al偏析和/或Al线两类特有缺陷的性质与当量。(2)设计超声相位分析方法，经过专用试块和实际缺陷测试验证，证明并实现了两类缺陷的超声定性识别。该发明为铝基复合材料超声定性、定量检测和铝基复合材料超声检测标准的制定提供了试块和测试方法基础。

技术领域

本发明涉及铝基复合材料模拟试块的制备及超声图像处理分析技术领域，特别提供一种SiC增强铝基复合材料的超声检测方法。

背景技术

SiC/Al复合材料兼具高比强度、高比刚度、高导热等优异的综合性能，被广泛应用于航空航天领域的关键零部件，是国家重大需求且关乎国运民生的重要材料。SiC/Al复合材料一般通过粉末冶金、铸造等方法制备成致密坯锭，后期再进行挤压、锻造、轧制等变形加工。然而由于制备工艺等原因，铝基复合材料在制备过程中可能会产生缺陷，不同类型缺陷将对材料的强度和韧性等力学性能指标造成不同程度影响。超声波检测具有操作简单、检测效率高、成本较低廉等诸多优点而得到广泛应用。在实际检测中，由于缺陷的性质难以辨明，往往会对一些含有非危险性缺陷的产品进行返修或报废从而造成浪费。不仅如此，若不能明确缺陷的性质及缺陷在工件中的空间排布就无法优化制备工艺，不能从源头根除缺陷，这样就使得超声波检测对缺陷的定性分析显得尤为重要。明确缺陷性质、当量和缺陷的空间排布，将会为实际生产节省大量的财力和时间，为超声检测在实际中的应用提供更广阔的空间。

SiC增强铝基复合材料中常见的缺陷有4种：孔洞、裂纹、夹杂和SiC颗粒分布不均匀(SiC团聚、Al偏析和Al线)，其中孔洞、裂纹、夹杂类缺陷会使材料的性能显著降低，但可以通过优化制备工艺来减少甚至杜绝此类缺陷的产生。由于搅拌、混料死区或其它因素导致的偶发性SiC分布不均匀型缺陷很难避免，而针对此种类型缺陷的定性分析的研究较少。因此，本发明针对SiC/Al复合材料进行超声无损检测，试图利用超声检测中的波形相位关系揭示颗粒分布不均匀引起的缺陷类型，缺陷当量大小与实际缺陷的关系，以及缺陷在工件中的空间排布。从科研角度来说，解决SiC/Al复合材料中SiC团聚、Al偏聚、Al线缺陷等特有缺陷有效定性检测和定量的问题，辅助科研人员通过优化制备工艺的方式，从源头上解决材料中存在的缺陷；从工程应用的角度来说，率先建立超声检测标准，助力SiC/Al复合材料制件的工程化应用。

杨平华等人在发明专利“颗粒增强金属基复合材料中增强体含量的无损测量方法”(公开号为CN 109212039A)中，发明了一种通过声速成像的方式辨别复合材料中增强体含量的方法。田晓风等人在发明专利“一种颗粒增强铝基复合材料品质一致性的超声波快速检测方法”(公开号为CN101435798A)中，发明了通过超声声速变化的情况辨别组织的均匀性，品质一致性的评价手段。马自立等人在发明专利“利用超声波检测铝基复合材料均匀性及工艺稳定性的方法”(公开号为CN 105806950A)中，发明了通过对铝基复合材料的声速值、一次底波增益、草状回波等参量的变化来评定材料组织的均匀性和工艺的稳定性。然而，上述方法均未提及SiC/Al复合材料超声检测缺陷的定性方法。

发明内容

本发明目的在于提供一种准确、高效的超声波检测SiC/Al复合材料缺陷的定性分析方法，解决现有的铝基复合材料中由于SiC分布不均匀引起的SiC团聚、Al偏析和Al线缺陷有效定性和定量检测的问题。

本发明技术方案如下：

一种结构功能一体化的SiC/Al复合材料模拟试块，用于定性、定量分析，其特征在于，所述试块的制备方法为：

1、将SiC粉末与铝合金粉末按照一定比例(5-70vol.％SiC)充分混合，然后将粉末装入模具中进行冷压成型；