熱障涂層納米CT三維成像研究.pdf

1、熱障涂層是高推重比航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片高溫防護(hù)的關(guān)鍵技術(shù)之一，具有典型的層狀結(jié)構(gòu)特征，熱障涂層的三維結(jié)構(gòu)對(duì)其性能有非常重要的影響，直接影響涂層的使用壽命，因此尋求熱障涂層層狀結(jié)構(gòu)三維表征的新方法，完成對(duì)涂層形貌、組成、厚度、孔隙及孔隙率等質(zhì)量指標(biāo)的評(píng)價(jià)具有十分重要的意義。
　　本文以等離子噴涂法制備的雙層結(jié)構(gòu)熱障涂層為研究對(duì)象，進(jìn)行以下研究：
　　(1)通過金相顯微鏡和掃描電子顯微鏡進(jìn)行表面微觀結(jié)構(gòu)分析，觀察了熱障涂層層狀結(jié)構(gòu)

2、，在掃描電鏡下對(duì)熱障涂層試樣表層厚度進(jìn)行了局部測(cè)量，得到熱障涂層厚度為211.0μm，其中陶瓷隔熱層厚度為114.5μm，粘結(jié)層厚度為96.5μm。采用能譜分析儀對(duì)陶瓷隔熱層、粘結(jié)層和基體合金進(jìn)行能譜分析，確定不同結(jié)構(gòu)的元素分布及百分比含量，并對(duì)熱障涂層X射線線衰減系數(shù)進(jìn)行了理論計(jì)算分析。
　　(2)對(duì)同一熱障涂層試樣分別進(jìn)行了成像分辨率為1.57μm和0.99μm的納米CT成像，投影圖像重建后得到熱障涂層的斷層圖像。通過斷層圖像

3、從二維上分析了熱障涂層的結(jié)構(gòu)、特征缺陷和交界面形貌。然后結(jié)合圖像處理方法實(shí)現(xiàn)了陶瓷隔熱層、粘結(jié)層和基體合金的分割提取。對(duì)分割結(jié)果進(jìn)行三維重構(gòu)，得到熱障涂層各層結(jié)構(gòu)的三維形貌。熱障涂層界面形貌可用表面粗糙度描述，分別計(jì)算了不同分辨率下陶瓷隔熱層外表面、陶瓷隔熱層-粘結(jié)層交界面和粘結(jié)層-基體合金交界面的表面粗糙度。當(dāng)分辨率為1.57μm時(shí)，得到的三個(gè)表面粗糙度依次為：9.30μm、5.76μm和4.69μm。當(dāng)分辨率為0.99μm時(shí)，得到三

4、個(gè)表面粗糙度依次為：9.37μm、6.09μm和4.07μm。
　　(3)在三維分割的基礎(chǔ)上，對(duì)不同分辨率下的熱障涂層、陶瓷隔熱層和粘結(jié)層在厚度方向統(tǒng)計(jì)像素點(diǎn)個(gè)數(shù)進(jìn)行厚度分析。當(dāng)分辨率為1.57μm時(shí)，得到各層厚度依次為：227.08μm、126.21μm和100.87μm。當(dāng)分辨率為0.99μm時(shí)，得到各層厚度依次為：229.98μm、124.96μm和105.02μm。陶瓷隔熱層和粘結(jié)層厚度均勻性可用厚度方差表征，得到粘結(jié)層厚

5、度分布比較均勻。
　　(4)采用灰度閾值分割法分別計(jì)算了不同分辨率下熱障涂層、陶瓷隔熱層和粘結(jié)層的體積孔隙率。當(dāng)分辨率為1.57μm時(shí)，得到各層孔隙率依次為：3.13％、3.10%和3.18%。當(dāng)分辨率為0.99μm時(shí)，得到各層孔隙率依次為：3.41%、3.38%和3.45%。并通過可視化方法顯示了熱障涂層內(nèi)部孔隙的三維分布，最后以孔隙體積和孔隙直徑對(duì)孔隙特征進(jìn)行了定量表征。研究結(jié)果表明，納米CT技術(shù)可用于定量分析渦輪葉片熱障涂層