鎳基高溫合金基體YSZ涂層厚度超聲測量研究.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)動機(jī)的熱端部件。由于涂層厚度對涂層的使用壽命、結(jié)合強(qiáng)度等有重要影響，對其進(jìn)行無損檢測是控制熱障涂層質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。超聲檢測技術(shù)以其測量簡單方便、檢測范圍廣等特點(diǎn)成為目前常用的涂層厚度無損檢測方法，然而由于鎳基高溫合金在制備過程中會產(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，會對超聲的傳播造成影響，進(jìn)而對涂層厚度測量造成影響。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超聲回波信號進(jìn)行優(yōu)選，實現(xiàn)了對涂層厚度為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縱波聲速、底面回波幅值的影響;
　　(2)對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)行超聲測量，發(fā)現(xiàn)涂層厚度相對測量誤差最大為52.5％，標(biāo)準(zhǔn)差最大為28.2μm;與之相比，對不銹鋼基體表面厚度為90μm的YSZ涂層進(jìn)行測量，測量結(jié)果相對誤差最大為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涂層厚度超聲測量有很大影響;
　

4、　(3)對鎳基高溫合金基體進(jìn)行超聲C掃描測試與EBSD實驗分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)在超聲傳播方向上僅有一個晶體取向時，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晶體取向時，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軟件對涂層超聲檢測進(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)系與實驗結(jié)果相符。
　　(4)根據(jù)聲壓反射系