鎳基高溫合金基體YSZ涂層厚度超聲測(cè)量研究.pdf

1、使用物理氣相沉積方法在鎳基高溫合金表面涂覆氧化釔部分穩(wěn)定的氧化鋯(Y2O3 partially stabilized zirconia，YSZ)涂層，已被廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的熱端部件。由于涂層厚度對(duì)涂層的使用壽命、結(jié)合強(qiáng)度等有重要影響，對(duì)其進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)是控制熱障涂層質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。超聲檢測(cè)技術(shù)以其測(cè)量簡(jiǎn)單方便、檢測(cè)范圍廣等特點(diǎn)成為目前常用的涂層厚度無(wú)損檢測(cè)方法，然而由于鎳基高溫合金在制備過程中會(huì)產(chǎn)生枝晶偏析及固溶強(qiáng)化，其組織結(jié)構(gòu)存在一

2、定的各向異性及非均勻性，會(huì)對(duì)超聲的傳播造成影響，進(jìn)而對(duì)涂層厚度測(cè)量造成影響。本文采用超聲脈沖回波技術(shù)，借助超聲C掃描以及EBSD分析技術(shù)對(duì)鎳基高溫合金基體的各向異性及非均勻性進(jìn)行表征，進(jìn)而分析基體對(duì)聲壓反射系數(shù)幅度譜的影響，并根據(jù)聲壓反射系數(shù)幅度譜主頻的偏離程度對(duì)超聲回波信號(hào)進(jìn)行優(yōu)選，實(shí)現(xiàn)了對(duì)涂層厚度為80-120μm鎳基高溫合金基體試樣的準(zhǔn)確表征。主要內(nèi)容如下:
　　(1)推導(dǎo)出超聲底面回波信號(hào)幅值與基體材料彈性模量之間的函數(shù)關(guān)

3、系式，從理論角度分析了基體彈性各向異性對(duì)縱波聲速、底面回波幅值的影響;
　　(2)對(duì)鎳基高溫合金基體表面厚度為60、80、100、120μm的YSZ涂層分別進(jìn)行超聲測(cè)量，發(fā)現(xiàn)涂層厚度相對(duì)測(cè)量誤差最大為52.5％，標(biāo)準(zhǔn)差最大為28.2μm;與之相比，對(duì)不銹鋼基體表面厚度為90μm的YSZ涂層進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果相對(duì)誤差最大為9.3％，標(biāo)準(zhǔn)差為3.32μm，表明鎳基高溫合金基體的各向異性及非均勻性對(duì)涂層厚度超聲測(cè)量有很大影響;
　

4、　(3)對(duì)鎳基高溫合金基體進(jìn)行超聲C掃描測(cè)試與EBSD實(shí)驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)在超聲傳播方向上僅有一個(gè)晶體取向時(shí)，超聲底面回波聲壓反射系數(shù)幅度譜的幅值隨晶體取向的變化而變化，主頻基本保持不變;在超聲傳播方向上有多個(gè)晶體取向時(shí)，聲壓反射系數(shù)幅度譜有混疊現(xiàn)象，主頻發(fā)生明顯偏移。進(jìn)一步采用CIVA軟件對(duì)涂層超聲檢測(cè)進(jìn)行數(shù)值模擬研究，鎳基高溫合金基體晶體取向變化與聲壓反射系數(shù)幅度譜幅值及主頻之間的依賴關(guān)系與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。
　　(4)根據(jù)聲壓反射系