[发明专利]一种多陶瓷热障涂层的残余应力检测方法

说明书

本发明提供了一种多陶瓷热障涂层的残余应力检测方法，利用荧光粒子发射谱特征峰在受到应力后，荧光粒子基质晶格畸变导致其发射谱特征峰定量偏移，通过确定应力与荧光发射谱特征峰位移的定量对应关系，构建TBCs应力测试基础。选具有发光特性的荧光粉末作为应力响应单元。通过对服役后热障涂层荧光发射谱峰信息采集，进而实现多陶瓷热障涂层陶瓷层内部残余应力的测试。

技术领域

本发明涉及陶瓷热障涂层应力检测技术领域，尤其涉及多陶瓷热障涂层的残余应力检测方法。

背景技术

随着发动机推重比及进气口温度的不断增加，传统8YSZ材料在大于1200℃使用时会发生明显烧结和相结构转变，为了延长TBCs使用寿命同时适应更高温度需求，双陶瓷TBCs结构应用而生。即就是新材料被制备于8YSZ材料之上保护底下的8YSZ材料及底层高温合金，8YSZ材料可以缓和上层陶瓷层及基体之间的热膨胀不匹配，从而适用更高温度的使用工况。但是双陶瓷TBCs服役环境更加复杂，失效位置更多位于陶瓷层内部，因此陶瓷层内部的应力的演化过程是失效的机理的研究核心。材料断裂的精确计算设计混沌理论等数学上无法精确求解的理论，纯粹理论方法对于涂层失效的研究效果是有限的，这就需要实验上提供足够的热障涂层热循环过程中的应力信息。尽管现有很多方法能测量材料的应力，但是TBC热循环过程中的应力很复杂，加上各种测量方法本身的限制，对TBC的应力测量仍有很高难度。近年来，有关涂层应力测量的研究工作也比较多，衍射法因测试过程不损害涂层具有明显优势，最常用的X射线衍射(X-ray diff raction)、拉曼光谱(Raman spectra)和中子衍射(Neutron diff raction)技术等。而X射线和拉曼主要缺点是其探测深度较浅，通常为几十微米，仅能反映涂层表层应力状态，且尽管中子衍射可探测涂层深部的残余应力，但是能够达到较高分辨率的中子源在世界范围屈指可数，极大限制了其在TBC中的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种多陶瓷热障涂层的残余应力检测方法，通过陶瓷材料中混合一定比例易受晶体场影响且对环境变化特别敏感的荧光材料，利用等离子喷涂技术将混合好粉末材料喷涂于细长结构的长方体条状基体上，构建荧光发光峰与应力状态关系，通过对服役后热障涂层荧光发射谱峰信息采集，进而实现陶瓷热障涂层陶瓷层内部残余应力的测试，且通过依次沉积不同掺杂体系的陶瓷热障涂层材料，实现多陶瓷涂层的应力检测。

本发明多陶瓷热障涂层的残余应力检测方法，包括以下步骤：

(1)混料：将陶瓷层材料粉末与发光特性荧光材料粉末混合，利用混料机将复合粉末混合均匀，得到混合陶瓷粉末；

(2)喷涂：对细长状金属基体进行喷砂处理，然后利用等离子喷涂系统，将步骤(1)所得混合陶瓷粉末喷于所述金属基体上，得到陶瓷热障涂层；

(3)构建荧光发光峰与应力状态关系：将步骤(2)制备的陶瓷热障涂层样品置于电子万能试验机进行三点弯曲变形实验，对涂层面朝上和朝下分别进行应力加载，对加载后的涂层选取每5～10mm固定间隔点的试样，利用荧光分度计进行荧光检测，得到涂层发射光谱，分析不同应力状态下荧光发射光谱特征峰位移与未施加应力的喷涂态峰位移偏差，构建并拟合应力与发射光谱特征峰位移关系，得到应力检测依据，获得应力与受力后荧光峰偏移关系；所述应力为压应力或拉应力；

(4)应力检测：陶瓷热障涂层服役一段时间后，检测其荧光发射光谱特征峰位移，通过获得不同掺杂体系的发射谱峰信息，利用已知应力与特征峰关系，反推涂层应力，实现陶瓷热障涂层残余应力检测；

(5)重复步骤(1)～(3)，在金属基体依次沉积不同掺杂体系的混合陶瓷粉末，得到不同陶瓷热障涂层，构建不同陶瓷热障涂层的应力与发射光谱特征峰位移关系；然后按照步骤(4)的方法，实现多陶瓷热障涂层残余应力检测。