基于微米CT成像技術的渦輪葉片熱障涂層三維結構分析.pdf

1、熱障涂層作為航空渦輪發(fā)動機葉片的高溫防護關鍵技術之一，典型雙層結構熱障涂層由陶瓷隔熱面層和金屬粘結底層組成，起抗高溫氧化和抗熱腐蝕功能，熱障涂層的結構決定其性能。由于熱障涂層在制備過程與使用過程中存在結構組成、內部缺陷、孔隙及孔隙率、涂層厚度不均勻、表面形貌等問題，熱障涂層噴涂質量的無損檢測與評價無疑非常重要。
　　本文對渦輪葉片熱障涂層樣品進行了微米CT實驗研究：
　　(1)對兩個渦輪葉片熱障涂層樣品進行了掃描電鏡及能譜分

2、析，從掃描電鏡實驗結果中可以清晰分辨出陶瓷隔熱層、粘結層與基體合金三個區(qū)域分布，同時可以看到熱障涂層樣品陶瓷隔熱層存在大量孔隙，通過掃描電鏡實驗結果計算兩個樣品陶瓷隔熱層的平均厚度分別為123.90μm和111.80μm。
　　(2)對兩個渦輪葉片熱障涂層樣品進行了微米CT掃描與重建實驗，從三個不同方向分析了熱障涂層內部孔隙、分層等缺陷特征，實驗結果可以分辨出樣品陶瓷隔熱層、粘結層和基體合金的區(qū)別，但粘結層與基體合金之間密度差異較

3、小，造成它們之間對比度較低。
　　(3)以CT重建圖像為基礎，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，雖然粘結層與基體合金較難分割，但粘結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行分割提取。在三維分割的基礎上，計算陶瓷隔熱層的平均厚度，兩個樣品陶瓷隔熱層的厚度分別為121.83μm和117.55μm，與掃描電鏡結果對比，相對誤差分別為-1.7％和5

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