[发明专利]一种基于太赫兹技术的热障涂层的冲蚀形貌的测试方法

说明书

本发明提供一种基于太赫兹技术的热障涂层的冲蚀形貌的测试方法，包括利用反射式太赫兹时域光谱系统垂直发射太赫兹脉冲至一热障涂层，得到其时域光谱图；在图中提取前三次反射峰的时刻值，获取相邻两峰的时间延时；通过对前三次反射峰做傅里叶变换得到频域谱图，计算该热障涂层的陶瓷层的折射率和厚度；冲蚀热障涂层并扫描，利用时域光谱系统测量得到多个时域光谱图；在图中提取第一次反射峰的时刻值，并与上文的第一次反射峰的时刻值作差，根据差值计算热障涂层减薄的厚度；得到热障涂层的冲蚀形貌。本发明的测试方法省去测量热障涂层的折射率的步骤，且因为计算的是冲蚀后热障涂层减薄的厚度，无需利用热障涂层的折射率来计算，从而减小了误差。

技术领域

本发明涉及冲蚀测试方法，更具体的涉及一种基于太赫兹技术的热障涂层冲蚀形貌测试方法。

背景技术

航空发动机被誉为高端制造业领域“皇冠上的明珠”，随着航空发动机技术的高速发展，为了提高发动机的性能和效率，发动机的推重比不断提高，以美国第一代至第四代战斗机的发展历程为例：发动机推重比已从不足2发展到到大于10，目前燃气涡轮的进口温度已经超过1973K，服役零部件的温度越来越高，为了保护零部件不被氧化腐蚀失效，上个世纪50年代，美国国家航空航天局率先提出热障涂层概念，即：在基体表面沉积一层热障涂层，起到保护基体材料。如图1所示为一种典型的热障涂层结构，包括：自下而上依次排布的基体层1’、粘结层2’和陶瓷层3’。

热障涂层在发动机热端部件的应用服役过程中，由于恶劣的工作环境以及涂层系统自身的材料特点，往往会引起热障涂层的提前失效，当热障涂层在带硬质颗粒的气流反复作用下,处于作用区域的陶瓷层发生厚度变薄、裂纹形成甚至涂层剥落的现象，破坏了结构的完整性，会对设备的寿命直接产生影响。为了保障热障涂层的服役安全性，需要一种能够用于实际服役工况的检测方法，且能实时便捷迅速的监测涂层的受冲蚀状态，并且保证不使热端部件产生二次破坏，保障操作人员的安全。

目前常用的涂层无损检测的冲蚀测试方法主要有：磁性法和涡流法，属于接触式测量，对于热障涂层服役的环境，接触式探伤不利于工程师的操作，也不易于实现在线检测。而传统的冲蚀测试方法中的失重法，即通过冲蚀后的重量损失来表征，属于半定量表征，对于实际热障涂层的冲蚀深度和形貌无法进行定量表征。此外，由于失重法是通过对冲蚀前后涂层质量损失来表征涂层受冲蚀的程度的，实验室进行冲蚀实验时被测试样规格有限，因此实验室可以使用这类方法进行分析研究，而实际服役时涂层是沉积在高温服役部件的表面，服役换将恶劣且规格大，因此该类方法不适用实际检测，仅仅适用于在实验室中检测。

公开号为CN103063534A的专利文件，公开了一种模拟和实时测试涡轮叶片热障涂层冲蚀的试验装置，其待测的热障涂层需要在制备时掺杂纯钴粉以便于检测，利用该装置进行的冲蚀测试方法仅适用于实验室中模拟和测试热障涂层的冲蚀，而实际工程应用中往往不掺杂纯钴粉，因此不适用于实际工程应用。

公开号为CN103776382A和CN105588516A的专利文件，分别公开了多层陶瓷的膜厚测定方法和一种基于太赫兹脉冲光谱的漆膜厚度测量方法，它们利用太赫兹技术测试了多层陶瓷的厚度及漆膜厚度，可以通过反射峰的延迟时间来测量不同位置处的厚度变化，从而定量表征实际热障涂层的厚度，即冲蚀深度。但需要提前通过其他方式获取被测试材料的光学折射率参数，即需要重新进行试样制备和试验才能提取被测材料的折射率，且重新制备的试样无法保证与待测试样的折射率完全相同，存在误差，且实际工程使用时如果需要附加新实验才可以获取被测材料的折射率，则大大降低了便利性；此外这两份专利文件的内容中不涉及热障涂层的冲蚀测量的应用，热障涂层受冲蚀后剩余的涂层内部会增加新的裂纹和孔隙，这会导致陶瓷层的折射率发生变化，如果根据原来的厚度计算模型和折射率来进行冲蚀后的厚度计算，必将引入较大误差，如果继续使用该方法测量冲蚀后的涂层厚度，实际测量误差会随着冲蚀的进行不断增大。

发明内容

本发明旨在提供基于太赫兹技术的热障涂层的冲蚀形貌的测试方法，以省去单独测量热障涂层的折射率的步骤，并减小冲蚀前后热障涂层的折射率变化所带来的误差。