層狀介質(zhì)特性超聲表征的原理及實驗研究.pdf

1、利用超聲檢測方法對材料表面改性層特性(如厚度、彈性模量、結(jié)合強度、殘余應力等)進行表征是改性層質(zhì)量評價研究的熱點。表面改性層的厚度一般較薄，且存在一個甚至多個異質(zhì)薄層，不同界面的超聲回波相互疊加與干涉，增加了超聲特征參量提取的難度。本文基于多層介質(zhì)中超聲波的傳播特性，通過求解聲波波動方程得出了聲波在水/涂層/基體三層結(jié)構(gòu)中傳播時聲壓反射系數(shù)的表達式。進一步得出了聲壓反射系數(shù)模|r(f)|極小值與涂層聲速和厚度之間的關(guān)系。利用計算得到的涂

2、層聲速數(shù)值，對不同輻照次數(shù)涂層試樣中的衰減變化進行了分析。 利用該方法對不銹鋼基體上噴涂的厚度為50μm的Cr2O3陶瓷涂層進行了無損評價。采用強流脈沖離子束(HIPIB)輻照的方式獲得了3塊特性不同的涂層試樣。利用超聲水浸聚焦方法獲得了不同輻照次數(shù)下涂層試樣的回波信號及其反射系數(shù)譜，計算了各涂層中的聲速數(shù)值，并比較了超聲波衰減系數(shù)與頻率之間的關(guān)系。結(jié)果表明，隨著輻照次數(shù)的增加，涂層中的聲速不斷增大，對應于0、1、5次輻照試樣，

3、涂層中的聲速值分別為2002m/s、2099m/s和2197m/s。涂層中衰減系數(shù)與頻率之間滿足α=Afn的關(guān)系，輻照后A和n的數(shù)值都隨輻照次數(shù)的增加而減小，對應于0、1、5次輻照試樣分別為0.046、0.026、0.020和1.702、1.658、1.649。涂層中總的衰減值隨著輻照次數(shù)的增加而不斷減小。對應于0、1、5次輻照試樣，當超聲波的頻率為20MHz時，涂層中的衰減值分別為7.51Np/mm、3.76Np/mm和2.86Np/