一种表征自修复热障涂层高温服役过程中自修复效果的无损测试方法技术

一种表征自修复热障涂层高温服役过程中自修复效果的无损测试方法，其特征在于，利用原位声发射信号测试的手段，通过声发射信号特征参数变化反映涂层的自修复效果；采用如下实时动态在线的检测方法：当涂层在高温服役过程中，其内部发生裂纹的萌生与扩展，则得到裂纹扩展的真实信号；而当涂层内部发生自修复时，所述声发射信号特征参数有明显的变化，则实时动态地反映涂层的自修复效果，进一步运用声发射信号的一系列数学处理手段，来进行涂层自修复效果的形态判别及模式识别。本发明专利技术可定性真实地给出自修复热障涂层在高温服役条件下的自修复的信息。

A nondestructive testing method for characterizing the self-repairing effect of self-repairing thermal barrier coatings during high temperature service

A non-destructive testing method for characterizing the self-repairing effect of self-repairing thermal barrier coatings during high temperature service is presented. Its characteristics are that the self-repairing effect of coatings is reflected by the change of acoustic emission signal characteristic parameters by means of in-situ acoustic emission signal testing. The following real-time dynamic on-line testing method is adopted: when the coatings are in high temperature service, the initiation and expansion of internal cracks occur in the coatings. The real signal of crack propagation can be obtained, and the characteristic parameters of AE signal can be changed obviously when self-repairing occurs inside the coating, which can reflect the self-repairing effect of the coating in real time and dynamically. Furthermore, a series of mathematical processing methods of AE signal are used to identify the morphology and pattern of the self-repairing effect of the coating. The self-repairing information of the self-repairing thermal barrier coating under high temperature service condition can be qualitatively and truly given by the invention.

【技术实现步骤摘要】
一种表征自修复热障涂层高温服役过程中自修复效果的无损测试方法
本专利技术涉及一种无机涂层断裂力学性能的无损表征手段，涉及一种原位无损实时动态在线的测试技术，具体涉及一种表征自修复热障涂层高温服役过程中自修复效果的无损测试方法。
技术介绍
热障涂层是一种重要的金属与无机复合的多层结构材料，广泛应用在航空发动机、地面重型燃气轮机（简称“两机”）高温合金叶片或其它高温热端部件上，对叶片或其它高温热端部件起到高温隔热、抗氧化、抗磨损或腐蚀等功效。随着对“两机”性能要求的不断攀升，对热障涂层也相应提出了越来越高的要求。长寿命高可靠热障涂层一直是热障涂层的迫切需求，而要实现热障涂层的长寿命，就要设法实现涂层的延寿，延长并推迟其失效对应的临界时间点。而热障涂层的失效通常是由于裂纹的萌生，扩展引起的，要实现推迟涂层的失效，就势必要延缓或抑制涂层内部的裂纹扩展。基于此，利用材料自修复的基本思想实现对材料的延寿效果，利用涂层内部自身产生或通过物理或化学反应产生或类似于胶囊一样释放某种自修复物质，起到填充裂纹，钝化裂纹尖端的效果，迟缓裂纹扩展，从而实现热障涂层的延寿。然而目前国内外还缺乏实时动态无损地检测自修复热障涂层的自修复效果的方法或手段来分析自修复裂纹发生自修复的临界时间点、自修复裂纹所处的位置及裂纹的类型。而往往采取有损的方法来表征涂层的自修复效果，如当涂层在高温服役到一定时间点后，取出试样，对其进行切割、镶嵌、磨抛光，利用扫描电子显微镜分析截面的微观结构及成分的变化，从而来推断或预测涂层的自修复效果。然而，这样的机械操作势必会掩盖掉涂层内部的一些缺陷的动态信息，不能真实地反映涂层内部微结构演化的特征。目前对热障涂层自修复的检测通常是采用截面SEM观测的手段，分析自修复裂纹形态的变化，以及自修复裂纹内部物质的成分与结构分析，还涉及到部分通过高温氧化增重来反映涂层的自修复效果。采用原位声发射技术属于一种在线实时动态的无损检测，目前还没有这方面的报道或技术公开。
技术实现思路
为了定性真实地给出自修复热障涂层在高温服役条件下的自修复的信息，本专利技术提供了一种表征自修复热障涂层在高温服役条件下的自修复效果的无损测试方法。为达到上述目的，本专利技术是基于以下方案予以实现的：一种表征自修复热障涂层高温服役过程中自修复效果的无损测试方法，其特征在于，利用原位声发射信号测试的手段，通过声发射信号特征参数变化反映涂层的自修复效果；采用如下实时动态在线的检测方法：当涂层在高温服役过程中，其内部发生裂纹的萌生与扩展，则得到裂纹扩展的真实信号；而当涂层内部发生自修复时，所述声发射信号特征参数有明显的变化，则实时动态地反映涂层的自修复效果，进一步运用声发射信号的一系列数学处理手段，来进行涂层自修复效果的形态判别及模式识别。本专利技术一种表征自修复热障涂层高温服役过程中自修复效果的无损测试方式主要是利用原位声发射信号测试的手段，通过声发射信号特征参数变化反映涂层的自修复效果，并可对采集到的声发射信号进行一系列的数学处理。例如包括后文所述的滤波分析，聚类分析、快速傅里叶变换、小波分析或小波包分析、神经网络分析等。优选地，模拟热障涂层在实际服役工况下的考核条件，采用强热流密度循环热考核测试对自修复热障涂层进行实际高温服役工况的动态循环热考核。优选地，还包括如下步骤：原位连接声发射信号测试装置，在装置的远端观察声发射信号特征参数的变化。优选地，还包括如下步骤：采用氧-丙烷火焰对自修复涂层试样的表面进行加热，表面加热到指定温度，保温一段时间，对涂层试样基体背面进行冷却，待涂层试样表面加热结束后，迅速切换工位，这时涂层表面及试样基体背面同时通入压缩空气。优选地，所述声发射信号特征包括如下信号参数中的一种或多种：振铃数、计数率、绝对能量、累积能量、信号幅值、峰值频率、中心频率、声发射信号熵。优选地，对于所述声发射信号特征，当获取到自修复热障涂层高温服役过程中声发射信号特征参数，除了进行一些聚类分析外，还对所述声发射信号进行快速傅里叶变换、小波(包）分析、神经网络分析中的一种或多种后处理操作，以对自修复热障涂层高温服役过程中自修复发生前后的声发射信号进行区分和识别。以下结合附图和下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。附图说明图1表示声发射信号处理自修复涂层的自修复模态流程图。图2表示高温强热流密度考核(BRT)条件下自修复涂层的声发射信号检测示意图。图3表示前1~18个高温强热流密度循环热考核过程中涂层的声发射信号。图4表示的BRT条件下涂层失效的声发射信号图。图5示出了自修复前后相应的声发射信号波形及对应的傅里叶变换（FastFourierTransformation，FFT）图谱；其中，a)为自修复前声发射信号波形，b)对应a)的傅里叶变换图谱，c)为自修后前声发射信号波形，d)对应c)的傅里叶变换图谱。图6示出了自修复前后相应的声发射信号波形对应的小波分析图谱及频率段分布图；其中，a)为自修复前声发射信号波形小波分析图谱，b)对应a)的频率段分布图，c)为自修复后声发射信号波形小波分析图谱，d)对应c)的频率段分布图。具体实施方式图1表示声发射信号处理自修复涂层的自修复模态流程图。图2表示高温强热流密度考核(BRT)条件下自修复涂层的声发射信号检测示意图。本专利技术一实施形态中，表征自修复热障涂层在高温服役条件下的自修复效果的无损测试方法，包括以下步骤：模拟热障涂层在实际服役工况下的考核条件，采用强热流密度循环热考核测试（BurnerRigTest，BRT）对自修复热障涂层进行实际高温服役工况的动态循环热考核。首先，涂层1要发生自修复效应。涂层发生自修复效应，一般是指涂层内部自身产生或通过物理或化学反应产生或类似于胶囊一样释放某种自修复物质，起到填充裂纹，钝化裂纹尖端的效果，从而从声发射信号特征参数的变化上能够反映出来，借此来判定或推测涂层发生自修复的临界时间点，裂纹位置，裂纹类型等信息。在考核装置上，原位连接声发射信号测试装置，在装置的远端观察声发射信号特征参数的变化。上述“原位”主要强调的是，采用实时动态在线的检测方法，即当涂层1在高温服役过程中，其内部发生裂纹的萌生与扩展，能够得到裂纹扩展的真实信号，而当涂层内部发生自修复时，声发射信号特征参数会有明显的变化，从而实时动态地反映涂层的自修复效果。上述声发射信号特征，主要包括振铃数、计数率、绝对能量、累积能量、信号幅值、峰值频率、中心频率、声发射信号熵等信号参数。通过对声发射信号特征参数的变化规律的捕捉，运用声发射信号处理技术，如滤波分析、聚类分析、快速傅里叶变换（FastFourierTransformation，FFT）、小波(包）分析、或神经网络分析等声发射分析处理手段，对比自修复涂层在自修复前后的信号特征的变化，分析自修复发生的临界时间点，自修复裂纹的位置及自修复裂纹的类型。上述方法中，所采用的BRT装置参见图2。具体而言，本专利技术一实施形态中，采用氧-丙烷火焰2对自修复涂层试样的表面进行加热，表面加热到指定温度，保温一段时间（3~5min），背面通过声发射工装夹具套筒尾部的空心弹簧对涂层试样基体背面进行冷却，待涂层试样表面加热结束后，迅速切换工本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表征自修复热障涂层高温服役过程中自修复效果的无损测试方法，其特征在于，利用原位声发射信号测试的手段，通过声发射信号特征参数变化反映涂层的自修复效果；采用如下实时动态在线的检测方法：当涂层在高温服役过程中，其内部发生裂纹的萌生与扩展，则得到裂纹扩展的真实信号；而当涂层内部发生自修复时，所述声发射信号特征参数有明显的变化，则实时动态地反映涂层的自修复效果，进一步运用声发射信号的一系列数学处理手段，来进行涂层自修复效果的形态判别及模式识别。

【技术特征摘要】
1.一种表征自修复热障涂层高温服役过程中自修复效果的无损测试方法，其特征在于，利用原位声发射信号测试的手段，通过声发射信号特征参数变化反映涂层的自修复效果；采用如下实时动态在线的检测方法：当涂层在高温服役过程中，其内部发生裂纹的萌生与扩展，则得到裂纹扩展的真实信号；而当涂层内部发生自修复时，所述声发射信号特征参数有明显的变化，则实时动态地反映涂层的自修复效果，进一步运用声发射信号的一系列数学处理手段，来进行涂层自修复效果的形态判别及模式识别。2.根据权利要求1所述的无损测试方法，其特征在于，模拟热障涂层在实际服役工况下的考核条件，采用强热流密度循环热考核测试对自修复热障涂层进行实际高温服役工况的动态循环热考核。3.根据权利要求2所述的无损测试方法，其特征在于，还包括如下步骤：原位连接声发射信号测试装置，在装置的远端观察声发射信号特征参数的变化。4.根据权利要求1至3中任意一项所述的无损测试...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亮，明辰，王有伟，宋二红，邱吴劼，黄健，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31