基于微米CT成像技術(shù)的渦輪葉片熱障涂層三維結(jié)構(gòu)分析.pdf

1、熱障涂層作為航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的高溫防護(hù)關(guān)鍵技術(shù)之一，典型雙層結(jié)構(gòu)熱障涂層由陶瓷隔熱面層和金屬粘結(jié)底層組成，起抗高溫氧化和抗熱腐蝕功能，熱障涂層的結(jié)構(gòu)決定其性能。由于熱障涂層在制備過(guò)程與使用過(guò)程中存在結(jié)構(gòu)組成、內(nèi)部缺陷、孔隙及孔隙率、涂層厚度不均勻、表面形貌等問(wèn)題，熱障涂層噴涂質(zhì)量的無(wú)損檢測(cè)與評(píng)價(jià)無(wú)疑非常重要。
　　本文對(duì)渦輪葉片熱障涂層樣品進(jìn)行了微米CT實(shí)驗(yàn)研究：
　　(1)對(duì)兩個(gè)渦輪葉片熱障涂層樣品進(jìn)行了掃描電鏡及能譜分

2、析，從掃描電鏡實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以清晰分辨出陶瓷隔熱層、粘結(jié)層與基體合金三個(gè)區(qū)域分布，同時(shí)可以看到熱障涂層樣品陶瓷隔熱層存在大量孔隙，通過(guò)掃描電鏡實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算兩個(gè)樣品陶瓷隔熱層的平均厚度分別為123.90μm和111.80μm。
　　(2)對(duì)兩個(gè)渦輪葉片熱障涂層樣品進(jìn)行了微米CT掃描與重建實(shí)驗(yàn)，從三個(gè)不同方向分析了熱障涂層內(nèi)部孔隙、分層等缺陷特征，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以分辨出樣品陶瓷隔熱層、粘結(jié)層和基體合金的區(qū)別，但粘結(jié)層與基體合金之間密度差異較

3、小，造成它們之間對(duì)比度較低。
　　(3)以CT重建圖像為基礎(chǔ)，陶瓷隔熱層與其他區(qū)域密度存在明顯差異，利用圖像分割直接將陶瓷隔熱層從熱障涂層系統(tǒng)中提取出來(lái)，雖然粘結(jié)層與基體合金較難分割，但粘結(jié)層與基體合金交界面處存在大量孔隙，以孔隙最多的一層位置作為它們的分界面進(jìn)行分割提取。在三維分割的基礎(chǔ)上，計(jì)算陶瓷隔熱層的平均厚度，兩個(gè)樣品陶瓷隔熱層的厚度分別為121.83μm和117.55μm，與掃描電鏡結(jié)果對(duì)比，相對(duì)誤差分別為-1.7％和5

4、.1%。通過(guò)圖像閾值提取出陶瓷隔熱層中的內(nèi)部孔隙，統(tǒng)計(jì)得到兩個(gè)樣品陶瓷隔熱層的體積孔隙率分別為28.75%和23.13%，并對(duì)其內(nèi)部孔隙進(jìn)行三維可視化。在三維分割的基礎(chǔ)上，提出了陶瓷隔熱層上表面、下表面和粘結(jié)層的下表面(與陶瓷隔熱層結(jié)合面)形貌提取方法，計(jì)算了樣品陶瓷隔熱層的上、下表面與粘結(jié)層下表面的表面粗糙度，1號(hào)樣品的三個(gè)表面粗糙度分別為：5.6μm、5.7μm、10.1μm，2號(hào)樣品的三個(gè)表面粗糙度分別為：6.3μm、5.5μm、