熱障涂層高溫CMAS腐蝕失效的聲發(fā)射檢測(cè)與模式識(shí)別.pdf

1、熱障涂層(Thermal barrier coatings，簡(jiǎn)稱(chēng)TBCs)是一種應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)高溫金屬部件表面的耐高溫、隔熱陶瓷材料，能增加燃?xì)膺M(jìn)口溫度從而有效地提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和熱效率。但復(fù)雜、多樣的微觀結(jié)構(gòu)和苛刻的服役環(huán)境，使預(yù)測(cè)熱障涂層的剝落失效具有極大的挑戰(zhàn)性。飛機(jī)在飛行過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法避免從外部吸入Ca、Mg、Al、Si的混合氧化物顆粒(簡(jiǎn)稱(chēng)CMAS)并粘附在葉片表面涂層上，在高溫下融化、滲透到陶瓷層中，使涂層結(jié)構(gòu)、性能、成分

2、發(fā)生變化而導(dǎo)致涂層剝落失效。但這一失效過(guò)程的失效形式及其演化規(guī)律并不清楚，因此急需一種無(wú)損檢測(cè)方法，為理解 CMAS腐蝕失效機(jī)理提供可靠的參考依據(jù)。本文結(jié)合聲發(fā)射技術(shù)對(duì)高溫 CMAS腐蝕熱障涂層的失效過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。采用聚類(lèi)分析、頻譜分析和小波分析等信號(hào)處理方法識(shí)別熱障涂層的失效模式，并對(duì)失效過(guò)程進(jìn)行具體分析。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　第一，模擬真實(shí)的火山灰成分，配制出實(shí)驗(yàn)室專(zhuān)用的CMAS粉末，檢測(cè)出研磨后的CMAS粉末平均粒徑為

3、15.601μm。通過(guò)自主研制的高溫梯度實(shí)驗(yàn)爐，實(shí)現(xiàn)了帶有溫度梯度的熱障涂層高溫 CMAS腐蝕實(shí)驗(yàn)，同時(shí)基于波導(dǎo)桿技術(shù)實(shí)現(xiàn)了熱障涂層高溫CMAS腐蝕失效過(guò)程的聲發(fā)射檢測(cè)。
　　第二，先基于幅值和AE事件數(shù)分析熱障涂層高溫CMAS腐蝕的AE信號(hào)特征。通過(guò)與未涂覆CMAS的涂層和純金屬基底的信號(hào)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)CAMS導(dǎo)致涂層的損傷最嚴(yán)重。再采用k-means聚類(lèi)分析得到頻率是識(shí)別熱障涂層高溫CMAS腐蝕失效模式的最佳特征參量。通過(guò)頻譜分析

4、發(fā)現(xiàn)基底變形信號(hào)的頻率在0.09~0.13 MHz，表面垂直裂紋的頻率在0.20~0.25 MHz，剪切型界面裂紋的頻率在0.25~0.32 MHz，張開(kāi)型界面裂紋的頻率在0.38~0.45 MHz。最后，觀察涂層的微觀形貌，驗(yàn)證涂層中相應(yīng)的失效模式，并發(fā)現(xiàn)剪切型界面裂紋信號(hào)的頻率段包括陶瓷層/粘結(jié)層處的界面裂紋和陶瓷層中的水平裂紋，涂層的剝落失效主要由這兩種裂紋引起。
　　第三，基于小波包識(shí)別熱障涂層高溫 CMAS腐蝕的失效模式