熱障涂層的超聲表征原理與實驗研究.pdf

1、本文對等離子體噴涂和電子束物理氣相沉積(Electron Beam Physical Vapor Deposition，EB-PVD)法制備的熱障涂層的超聲表征進行了研究。超聲法表征熱障涂層的難點集中在兩個方面，一是涂層厚度較薄，以至于超聲波在涂層上下表面的反射回波發(fā)生混疊，導(dǎo)致常規(guī)超聲檢測技術(shù)難以測得聲速及聲衰減等參量；二是涂層的非均勻性對超聲波傳播的影響，超聲波在涂層中發(fā)生了復(fù)雜的散射與頻散，現(xiàn)有均勻?qū)訝罱橘|(zhì)模型已無法描述聲波在非均

2、勻性介質(zhì)傳播所發(fā)生的頻散現(xiàn)象，必須建立新的非均勻?qū)訝罱橘|(zhì)模型。 本文對超聲波在非均勻?qū)訝罱橘|(zhì)的傳播理論進行了研究并建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型——獲得了涂層聲壓反射系數(shù)幅度與相位的表達式，建立了相位譜極值與涂層密度的理論關(guān)系，并引入頻散因子γ來定量描述涂層中的頻散程度。 依據(jù)所建立的模型，對涂層的厚度、密度及非均勻性進行了表征，主要結(jié)果如下： (1)利用聲壓反射系數(shù)相位譜對等離子體噴涂的ZrO2-8％Y2O3涂層厚度進行

3、了測量，厚度范圍318-337μm，與金相觀察的涂層厚度范圍相符； (2)依據(jù)所建立的相位譜極值與涂層密度關(guān)系，對等離子體噴涂的Cr2O3涂層不同區(qū)域的密度進行了定性分析，結(jié)果證明了涂層各區(qū)域的孔隙和微裂紋的密集程度不同，呈現(xiàn)明顯的非均勻性； (3)對EB-PVD法制備的ZrO2-7％Y2O3涂層的密度進行了定量表征，測得涂層密度為4.79g/cm3，相對于阿基米德法測量結(jié)果的誤差為5.8％； (4)借助強流脈沖

4、離子束(High-Intensity Pulsed Ion Beams，HIPIB)輻照技術(shù)對Cr2O3涂層和ZrO2-7％Y2O3涂層進行了改性處理，得到了孔隙、微裂紋以及致密程度不同的涂層試樣。分別利用聲壓反射系數(shù)幅度譜和相位譜對不同輻照次數(shù)下涂層試樣的頻散進行了表征，并結(jié)合數(shù)值擬合技術(shù)獲得了涂層的衰減系數(shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對于原始及輻照1、5次的Cr2O3涂層和ZrO2-7％Y2O3涂層，涂層頻散程度依次降低和衰減系數(shù)依次減小，說明涂層