等離子噴涂Al-BN可磨耗封嚴(yán)涂層孔隙狀況超聲表征.pdf

1、較強(qiáng)推力、更優(yōu)節(jié)油比成為目前航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的核心目標(biāo)?？赡ズ姆鈬?yán)涂層（以下簡(jiǎn)稱封嚴(yán)涂層）由于在保證發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率的同時(shí)還可大幅度降低工作端基體的工作溫度和燃?xì)鈸p耗，延長(zhǎng)機(jī)器的服役壽命，已大量應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)中?？赡ズ男浴⒖箾_蝕性及抗熱震性是封嚴(yán)涂層的3項(xiàng)關(guān)鍵性能指標(biāo)，而涂層內(nèi)部孔隙狀況對(duì)這3項(xiàng)指標(biāo)均有重要影響，準(zhǔn)確可靠的封嚴(yán)涂層孔隙狀況無(wú)損測(cè)試方法成為該領(lǐng)域的迫切工程需求。本文采用超聲方法對(duì)等離子噴涂法制備的Al/BN封嚴(yán)涂層的孔隙率、

2、孔隙尺寸以及孔隙分布狀況進(jìn)行了研究，該封嚴(yán)涂層的主要組份為金屬相鋁、潤(rùn)滑相氮化硼以及一定比例的孔隙。
　　超聲法表征封嚴(yán)涂層孔隙狀態(tài)的難點(diǎn)集中在兩個(gè)方面，一是涂層厚度較薄，通常應(yīng)選用較高的檢測(cè)頻率，但含孔結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致高頻超聲波不易穿透，然而較低頻率由于脈沖寬度相對(duì)較寬，在時(shí)域信號(hào)中表面回波會(huì)與界面波發(fā)生混疊，因此，從混疊信號(hào)中提取孔隙信息成為解決問(wèn)題的關(guān)鍵;二是該涂層孔隙狀況復(fù)雜，孔隙率范圍為15-30％，孔隙尺寸在幾微米至數(shù)十微米

3、之間，涂層中超聲衰減較為嚴(yán)重，超聲回波信號(hào)幅度很低，利用時(shí)域信號(hào)回波高度來(lái)計(jì)算衰減系數(shù)的傳統(tǒng)方法已不可行，需要尋找更為適合的分析方法以及更合適的特征參量。
　　本研究首先分析了聲壓反射系數(shù)功率譜特征參量與衰減系數(shù)之間，以及孔隙率、孔隙尺寸與衰減系數(shù)之間的理論關(guān)系，并以衰減系數(shù)為橋梁，給出了以孔隙率、孔隙尺寸為自變量、功率譜極值為因變量的函數(shù)關(guān)系。在實(shí)驗(yàn)方面，利用掃描電鏡獲得涂層的孔隙率、孔隙形貌等信息，尺寸為40mm×29mm×1

4、.2mm的涂層試樣，整個(gè)觀測(cè)區(qū)域內(nèi)孔隙率變化范圍是16.20％-29.17％,水平方向孔隙尺寸5～70μm。對(duì)不同孔隙狀態(tài)區(qū)域進(jìn)行超聲信號(hào)采集及分析，并提取聲壓反射系數(shù)功率譜的諧振頻率和功率譜極值，繪制其與孔隙率、孔隙尺寸之間的關(guān)系曲線。以金相照片為基礎(chǔ)，進(jìn)一步通過(guò)兩種不同方式對(duì)相同孔隙分布、不同孔隙率，以及相同孔隙率、不同孔隙分布的封嚴(yán)涂層進(jìn)行建模，利用仿真方法分析，得到涂層孔隙率、孔隙尺寸以及孔隙分布與聲壓反射系數(shù)功率譜諧振頻率、功