[发明专利]一种超声回波相位一阶导数谱测定涂层界面刚度的方法

说明书

一种超声回波相位一阶导数谱测定涂层界面刚度的方法，其属于超声无损检测技术领域。该方法通过超声波垂直入射至涂层试样进行检测，采集了耦合介质/涂层和涂层/基体界面的混叠回波Psubgt;R/subgt;，对Psubgt;R/subgt;进行快速傅里叶变换获得展开相位Φsubgt;R/subgt;，将Φsubgt;R/subgt;对频率f求一阶偏导构建超声回波相位一阶导数谱UEPDS，提取UEPDS中极值频率，依据极值频率与界面刚度Ksubgt;n/subgt;之间的理论关系，反演界面刚度大小，间接实现涂层/基体界面结合强度的定量测量。本方法降低了材料声衰减、界面粗糙度等因素对检测结果的影响，具有较高定量精度、适用范围广、检测深度范围大、操作容易等优势的同时摆脱了传统构建URCAS或URCPS时对高质量参考信号的依赖。

技术领域

一种超声回波相位一阶导数谱测定涂层界面刚度的方法，其属于超声无损检测技术领域。

背景技术

发展简便、可靠、且易于工程应用的涂层界面结合强度定量检测方法，是保证高温、高压、高磨损等环境涂层服役性能的关键。目前，常用于测量涂层/基体材料界面结合强度的方法以破坏性方法为主，包括拉伸法、划痕法、压入法和弯曲法等。无损检测方法如激光散斑干涉法、红外热成像法、射线检测等的研究和应用目前也取得良好的进展，但这些方法存在适用范围有限、检测效率低、设备成本高等多方面的局限性。

超声无损检测是一种基于机械振动位移的检测技术，对界面局部的应力和位移很敏感，对于表征涂层与基体界面结合强度具有较好的适用性，目前采用超声无损检测技术表征界面结合强度成为研究热点。现有超声检测界面结合强度方法包括激光超声层裂技术、超声显微镜技术、超声表面波技术等。这些方法分别测量声波模式变换/表面位移差异、垂直反射波与漏表面波之间的干涉效应形成的V(z,t)曲线、表面波频在涂层结构中的散射规律，间接表征了涂层/基体结合强度，但这些方法存在明显的局限性。激光超声层裂技术会对材料产生微损伤，激光超声设备复杂昂贵，在实际工业中难以应用。超声显微镜技术因其检测频率高衰减大的特性，通常只能检测微米级厚度的涂层，超声显微镜同样存在设备复杂昂贵的问题，目前更适合于实验室研究。超声表面波技术单次只能在一个波长范围内进行测量，检测效率较低，同时存在横向分辨力不足的问题，大多搭配激光超声技术提高分辨率，这增大了设备的成本和复杂性。