[发明专利]一种测量热障涂层气孔率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及热障涂层表征技术领域，具体地，涉及一种测量热障涂层气孔率的方法。

背景技术

热障涂层材料是一种很重要的陶瓷涂层材料，它通常涂覆在高温合金基体表面上对高温合金起到隔热，耐高温腐蚀，抗氧化等作用，被广泛应用在航空发动机，涡轮机，汽轮机叶片上。对于具有现代化远程空间作业能力的大飞机来说，发动机是制约其发展的一个瓶颈技术，这就需要提高发动机燃烧室的进出口温度，从而提高其推重比，而涂覆在镍基单晶高温合金上的热障涂层材料发挥着越来越大的作用。

直到今天，热障涂层陶瓷层体系组成主要由8YSZ、新型锆酸盐、新型铝酸盐等材料体系构成，而打底层体系通常由合金MCrAlY(M＝Ni和/或Co组成)，而通常热障涂层主要有双层，梯度，多层结构组成。

热障涂层隔热是热障涂层很重要的一方面，而陶瓷层的气孔率对于热障涂层的隔热起到非常至关重要的作用，一般来说，气孔的分布，大小，形态对热障涂层的隔热都会起到深远的影响，而对热障涂层气孔率的测量是表征热障涂层隔热很重要的一方面。

但是，目前测量热障涂层还是借用古老的岩相图像分析方法，通过测量气孔相的面积与总的面积的比值进而得到涂层的气孔率，具有较大的随机性和误差大的特点。

发明内容

鉴于以上存在的问题，本发明所要解决的技术问题在于提供一种测量热障涂层气孔率的方法，其操作简单，结果准确，可信度高。

为了解决上述技术问题，本发明提供的测量热障涂层气孔率的方法，包括：制备热障涂层试样；对所述热障涂层试样进行截面扫描以得到原始扫描照片；将所述原始扫描照片导入到Matlab程序中转换为[0，1]矩阵；将转换后得到的[0，1]矩阵导入到Excel中，通过替换功能将0替换为设定值，得到所述设定值的方格的个数；用方格总个数除以矩阵的大小得到气孔率。

本发明采用借助于大型通用数字化处理软件Matlab结合二次开发得到了真实扫描图像的二值化矩阵，通过计算矩阵中0的数目占矩阵的比例，计算出热障涂层的气孔率。该方法可以广泛应用于其它类型的涂层及多孔材料(包括大孔材料，介孔材料，微孔材料)体系中。

进一步地，本发明还包括按照所述热障涂层试样移动的顺序选取典型的位置连续拍照多幅具有相同放大倍数的扫描照片，对多幅扫描照片分别计算各自的气孔率。

本发明还包括对根据所述多幅扫描照片得到的多个气孔率进行概率统计分布处理。优选地，采用weibull概率统计分布处理表征所述热障涂层试样的气孔分布的模态特征。

根据本发明，通过weibull概率统计分布表征了涂层气孔分布的模态特征，通过模态特征分布可以进一步分希热喷涂热障涂层的组织结构特性。

根据下述具体实施方式并参考附图，将更好地理解本发明的上述内容及其它目的、特征和优点。

附图说明

图1示出了本发明测量热障涂层气孔率的方法的一实施形态中的将陶瓷层放大1000倍的SEM原始照片；

图2为图1中的SEM原始照片通过MATLAB程序转换而得到的黑白图像；

图3为图2的黑白图像所对应的网格图像；

图4为图3的网格图像所对应的[0，1]矩阵，即导入到Excel中进行处理得到的[0，1]矩阵，该矩阵大小为128×128；

图5示出了经过Excel处理得出气孔所占的方格数操作界面，通过Excel中的替换功能能够快速计算出气孔相所占的方格个数。

具体实施方式

以下结合附图和下述实施方式进一步说明本发明，应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。

针对目前采用金相试验室广泛使用的岩相图像分析系统测量涂层气孔率存在较大误差，具有较大的随机性等弱点，本发明开发了一种新型的Matlab程序并辅之以二次开发精确得到了热障涂层的陶瓷层的气孔率。

该方法包括：将局部放大的具有一定放大倍数的扫描照片先导入到Matlab程序中，在Matlab平台中通过程序语言将扫描图相转换为[0，1]数字图像，然后将得到的[0，1]矩阵复制到Excel表格中，通过替换功能将0替换为设定的“pore”，得到“pore”方格的个数，最后用方格总个数除以矩阵的大小得到气孔率。该方法能够通过定量的计算相对面积大小从而得到气孔率。

进一步地，对于热障涂层陶瓷层由于气孔分布不均匀，通过局部放大求气孔率，进而通过weibull概率统计规律表征涂层的气孔分布情况具有十分重要的意义。