[发明专利]热障涂层结合强度的高阶非线性参数表征方法

说明书

本发明的目的是提供一种涂层结合强度的透射式纵波高阶非线性参数表征方法，用于检测涂层的结合强度，在航空航天等领域具有广泛的应用。本发明的涂层结合强度透射式纵波高阶非线性参数表征方法包括：根据透射式纵波的传播距离与被测材料声速确定激励信号的参数。高功率超声收发仪发射脉冲串信号，利用透射式纵波入射到热障涂层中，纵波与涂层与基体的结合界面处相互作用，产生高次谐波信号。实验过程中，记录涂层在不同状态下的非线性参数，与标准曲线比对，预测涂层的结合强度。

一、技术领域

本发明属于超声无损检测技术和涂层结合强度领域，具体涉及热障涂层结合强度的透射式纵波有限幅度方法，是一个利用多个非线性参数检测涂层的结合强度。

二、背景技术

热障涂层结合强度纵波高阶非线性参数表征方法是一种实时检测热障涂层结合强度的超声无损检测技术。利用超声波传播过程中，声波与结合界面的相互作用，引起超声波的散射或反射等现象，产生了谐波信号，使声波出现非线性。该方法在航空航天等领域都有广泛的应用，如飞机发动机涡轮的疲劳损伤检测，汽车或火车的轮毂等疲劳损伤的检测，以及轴和连接件等机械构件封的检测。

热障涂层结合强度纵波高阶非线性参数表征方法使用频段为1MHz-20MHz的超声波，检测接收信号基波幅值和高次谐波幅值、二阶非线性系数和三阶非线性系数等都随热障涂层的结合强度变化而变化的趋势。

近年来的研究表明，表面涂层的损伤及涂层与基体材料间的界面粘接状况与超声信号的非线性效应密切相关。随着表面涂层内部及涂层与基体材料间的粘接界面损伤的产生和演化，单一频率的超声波在传播时，由于材料的非线性将产生高频谐波，即2倍、3倍等整数倍频率的高阶谐波。目前在非线性理论的应用上研究者多使用二阶经典非线性系数研究声波非线性现象，在1755年，Euler提出了非线性声学的概念，Lagrange(1760)、Stokes(1848)和Rayleigh(1910)等研究了非线性声学理论。邓明晰利用兰姆波的非线性方法对层状固体结构表面性质进行表征。郭怡利用二阶谐波技术对固体火箭发动机界面粘接质量进行超声无损评价，税国双利用非线性超声对金属表面涂层损伤进行评价，仅少数研究者使用三阶非线性系数，Koen E-A Van Den Abeele对弹性脉冲波在介质中传播的二阶非线性和高阶非线性现象以及二阶非线性系数和高阶非线性系数对评估材料的早期损伤，M.Amura和阎红娟利用二阶和三阶非线性系数对金属材料的疲劳寿命进行评价，Gang Ren等对测量过程中的超声的二阶和三阶非线性系数的关系进行分析。整体而言目前非线性超声理论研究集中于非线性波动方程，而且非线性波动方程仅推导出二阶非线性系数，尚无对高阶非线性系数的推导过程，尤其尚未发现使用三阶非线性超声波检测对涂层结合强度进行表征的专利和文献，针对这个问题，提出了利用二阶非线性系数和三阶非线性系数同时对涂层的结合强度进行评价，对涂层结合强度的研究具有很重要的意义。

三、发明内容

本发明目的是提供一种热障涂层结合强度的纵波高阶非线性表征方法，用于在线检测热障涂层结合强度实验过程中高阶非线性超声参数变化趋势。

本发明的热障涂层结合强度的纵波高阶非线性参数的表征方法包括：利用超声非线性系统收发仪发射与接收超声波信号，利用透射式纵波有限幅度法原理将超声波入射到热障涂层试件中，纵波与热障涂层和基体的结合界面处相互作用产生了高次谐波成分，利用高次谐波幅值与二阶、三阶非线性超声系数检测与表征涂层结合强度的大小。

四、附图说明

图1涂层结合强度检测方法流程图；

图2透射式纵波有限幅度法原理。

五、具体实施方式

图1为涂层结合强度非线性超声检测系统示意图，各部分为热障涂层试件，超声波换能器，高功率超声收发仪，计算机，示波器。根据被测涂层与基体的厚度确定激励信号周期数，频率和幅值等。将热障涂层安装在如图1中所在的位置，将换能器安装在图1换能器位置，连接非线性超声检测系统。