超声检测涂层厚度中小波变换模极大值法的研究

超声测量涂层厚度时,由于涂层上、下界面超声信号会产生干涉,在时域内难以识别出涂层界面回波。采用Mexh小波进行连续小波变换来分析超声A扫描信号,求其模极大值,并以此作为识别涂层界面反射回波信号的标准。进而可由超声波在其中的传播速率及其两界面反射回波的时间差计算涂层厚度。对铝涂层的金相测量验证了上述超声测厚方法的可行性。     

薄层结构超声信号的小波分析

针对薄层结构超声检测中,薄层上下界面反射波发生混叠,界面回波难以识别的难题,采用连续小波变换模极大值（Wavelet Transform Modulus Maxima-WTMM）方法,对Al表面厚度约270 μm的环氧树脂薄层进行了厚度检测.通过对Marr和Morlet两种基本小波的比较,发现Marr小波特别适合于突变信号的检测,提出了一条针对薄层厚度进行超声测量的技术路线.实例分析表明,该技术具有较高的界面回波辨识能力,并有较强的噪声适应性,能准确测量薄层的厚度,具有较好的应用价值.     

基于涡流法的航空发动机关键部件热障涂层厚度测量试验研究

热障涂层材料可显著提高航空发动机重要部件的耐高温性、耐氧化性、耐磨损性等性能，在实际工程应用中，热障涂层厚度对基体材料的使用性能有重要的影响。采用多频多参数涡流法对热障涂层厚度测量，研制弹压式涡流测厚探头，研究不同测量频率及热障涂层厚度下的涡流测量信号，选取2个最佳激励频率反演热障涂层厚度，为验证多频多参数涡流法的测量精度，利用扫描电镜测量涂层厚度，对比分析两者测量获得的涂层厚度。结果表明:粘接层和陶瓷层的相对误差分别在15%和10%之内，均在测试允许范围，多频多参数涡流法可望实现热障涂层材料厚度的有效测量。     

小波分析在固体导弹发动机壳体多层界面缺陷检测中的应用

针对固体导弹发动机壳体多层界面胶结结构的超声检测信号,应用小波变换模极大值提取特征参数的方法,用奇异性指数(Lip指数)表征脱粘缺陷信号的特征,进行发动机壳体层间缺陷的识别。试验结果表明,该方法能有效实现固体导弹发动机壳体多层界面胶结结构缺陷的分析与识别,并对其它多层胶接结构质量的缺陷定位有一定的应用价值。     

热障涂层隔热性能测试方法分析

分别利用4种不同的隔热性能测试方法,对氧乙炔火焰喷涂工艺制备的ZrO2陶瓷热障涂层的隔热性能进行了测试,通过红外测温仪和热电偶连接温度记录仪两种不同方式,测试试样金属基体温度,获得4组不同涂层厚度试样金属基体的温度变化曲线,并结合陶瓷涂层的服役工况对测试结果进行了分析,结果表明,测试方法不同,隔热性能测试所得数据也有所差异,但这4种测试方法均可不同程度的反映热障涂层的隔热效果及变化趋势,在接近实际服役工况条件下,可定性评估涂层隔热性能。     

小波分析在图像边缘检测中的应用

基于小波的多尺度特性和小波变换模极大值理论,并以某核电站的射线检测焊接图像为例,研究小波在图像边缘检测的应用。经过理论论证和实例仿真表明,小波可很好地检测线型图像边缘,但存在误检点。     

超声频率对等离子喷涂热障涂层结合强度的影响

在等离子喷涂过程中实时引入超声激励，进行ZrO2热障涂层制备。喷涂过程中保证超声激励能量不变。改变超声频率，并与不加超声进行对比，研究电弧超声频率对涂层结合强度的影响。结果表明，适当的超声频率对于涂层结合强度的提高和稳定起到了促进作用。     

基于内聚力单元与XFEM的热障涂层失效分析

为了更好的理解热障涂层的失效机理,文中运用ABAQUS有限元软件来分析热障涂层的失效情况,使用内聚力单元和扩展有限元（XFEM）两种方法研究热障涂层TGO界面开裂与陶瓷涂层（TC）和氧化层（TGO）内随机裂纹的萌生与扩展,研究竖直裂纹与水平裂纹的关系.结果表明,热障涂层TGO界面的开裂首先出现在TGO/TBC波谷处.陶瓷涂层和氧化层内随机裂纹的萌生同样发生在TGO/TBC波谷处.竖直裂纹的存在可以抑制水平裂纹的萌生与扩展,且其在TGO/TBC波谷处的扩展长度比在TGO/TBC波峰处的扩展长度更长,说明TGO/TBC波谷区域是个危险区域,在此区域容易引发裂纹的萌生与扩展.     

基于虚拟现实的热障涂层交互式设计

传统的热障涂层设计方法是基于实物涂层反复试验,此种设计方法周期长、成本高,并且很少强调设计者与所设计涂层之间的交互性,设计者难以参与到涂层高温服役的各个环节之中,无法及时有效地给出有针对性的改进方案.本文给出一种新型的热障涂层设计方案,采用虚拟现实技术,在制造热障涂层之前,先构造出虚拟涂层即热障涂层的虚拟样机,综合考虑涂层的材料组分、结构设计和高温服役期间传热、烧蚀问题,使设计者能及时有效地参与到研制热障涂层的各个环节之中,进行一种交互式的设计.     

热障涂层孔隙率的控制研究

以Ni基合金涂层打底、ZrO_2-Y_2O_3涂层作工作层,采用等离子喷涂技术在1Cr18Ni9Ti不锈钢板上制备了热障涂层。研究了喷涂用粉末的制作方法及其粒度分布和喷涂工艺参数对涂层孔隙率的影响。研究表明,只要将涂层的孔隙率控制在一合适的范围内,热障涂层将具有良好的综合性能,如隔热性能、硬度、粘附强度、抗冲击性能和抗热震性能等。     

粘结层和陶瓷层厚度对纳米结构热障涂层性能的影响

采用超音速火焰喷涂+大气等离子喷涂工艺,在K403高温合金表面制备不同层厚比的NiCrA-lY/纳米7YSZ热障涂层,研究了涂层厚度变化对热障涂层表面粗糙度、结合强度、热震性能和热循环寿命的影响规律。结果表明:当粘结层厚度一定时,随着陶瓷层厚度的增加,其表面粗糙度增加,涂层结合强度下降;当粘结层厚度为50μm时,热障涂层的抗热震性能随陶瓷层厚度增加而降低,粘结层厚度提高至100μm时,热障涂层的抗热震性能随陶瓷层厚度增加先提高,后降低,热障涂层在1100℃的热循环寿命测试结果也基本对应这一规律;当粘结层厚50μm且陶瓷层/粘结层的层厚比在(1～2)∶1的范围内,或者粘结层厚100μm且陶瓷层/粘结层的层厚比在(2～2.5)∶1范围内时,热障涂层具有较优异的性能。     

热障涂层太赫兹无损检测技术研究进展

太赫兹技术是近年来兴起的一种先进无损检测方法,因其优异的非接触、非电离、高精度和可实现自动化在线检测等技术优势,目前已经在热障涂层性能评价和寿命预测方面展现出巨大的潜力。简要介绍了热障涂层太赫兹无损检测技术的发展概况,分别从陶瓷厚度测量,TGO和冲蚀监测,孔隙、裂纹及应力状态表征方面进行重点分析和总结。指出目前利用太赫兹技术进行单层和多层陶瓷顶层厚度的监测技术已经较为成熟,可以逐步推广到工程应用中。在TGO监测方面,围绕利用太赫兹时域反射峰的时间差和振幅衰减进行TGO厚度监测取得了一定进展,但是检测精度有待进一步提高。在冲蚀监测方面,已经可以较为精确地对冲蚀造成的减薄进行定量检测,不过虽然已经可以对涂层内部渗入的CMAS进行定性判定,但是定量表征方面尚缺乏试验研究。在孔隙监测方面,探索了孔隙率大小对热障涂层的太赫兹频段光学参数变化的影响,提出相对展宽比是在孔隙率测量方面较折射率、消光系数和介电常数,既保留较高测量精度又兼具工程实用性的表征参量,但是目前对孔隙的微结构特征缺乏全方面表征。在裂纹监测方面,通过小波降噪及频域加Hanning窗函数滤波进行反卷积处理,已经可以分辨平行裂纹的位置和宽度,但是对于多条裂纹的监测尚有难度。在应力状态表征方面,发现折射率的改变与应力变化呈现线性关系,并且根据折射率的变化可以反推出光学应变系数,进而获取应力情况,但是目前反射式测量系统还需要进一步开发。最后针对目前热障涂层太赫兹无损检测技术应用现状、存在的问题及未来发展方向进行了总结和展望。     

热生长下热障涂层残余应力及失效分析

针对典型热障涂层结构以界面开裂和涂层剥落为主要失效模式,考虑界面凹凸微观形貌特征,借助材料转换的方法实现氧化生长,利用粘弹塑性有限元法,研究了氧化层热生长和蠕变等因素对热障涂层残余应力的影响,并从应力应变循环演化的角度对热障涂层系统中微裂纹的萌生位置进行了预测。结果表明,随着氧化层厚度的增大,垂直于界面方向的残余应力迅速增大;材料蠕变对热障涂层系统应力释放作用显著;从残余应力和应变演化的角度进行评价,结构中的微裂纹会率先出现在粘接层凸峰以及陶瓷层/氧化层/黏结层界面的中间位置,仿真分析结果与试验结果一致。     

等离子工艺热障涂层的热疲劳分析

热障涂层作为先进的热防护技术,在航空发动机热端部件上有重要的应用,它与先进气膜冷却技术、先进单晶合金材料技术并称为航空发动机涡轮叶片三大关键技术。为了保证发动机安全可靠地工作,研究并测试热障涂层的力学参数和热疲劳特性是其工程应用的前提与基础。本文以等离子喷涂工艺制备的热障涂层为研究对象,利用共振原理和复合梁理论,获得了热障涂层表层一陶瓷层从常温到1150℃高温条件下的杨氏模量。同时,鉴于热障涂层的热疲劳失效模式为剥落,着重对热障涂层的热疲劳特性进行研究。以带热障涂层的圆管试样为模拟件进行了热疲劳试验,试验载荷选择50℃／1050℃的梯形波。利用所测试的材料参数和有限元方法进行了热变形分析,提取了热疲劳寿命控制参量,对模拟试样的热疲劳寿命进行了预测,结果显示,预测结果较为精确。     

基于临界失效能密度判据的热障涂层热震损伤行为研究

目的探索热障涂层系统(TBCs)在热震过程中的损伤行为。方法基于材料能量储存极限,推导了适用于平面复杂应力情形的温度相关性临界失效能密度判据,进而利用该临界失效能密度判据与ABAQUS有限元软件相结合,研究了热生长氧化层(TGO)凸起的热障涂层系统在冷却热震过程中的损伤行为。结果对于TGO层凸起的热障涂层系统,计算了冷却热震过程中陶瓷层(TC)和TGO层的失效能密度分布云图,并根据最大失效能分布情况分析了TBCs在热震过程中各层材料的可能破坏位置,所得结果与实验吻合较好。在对TBCs的冷却热震损伤行为模拟计算中发现,当TC层的强度比较低时,热震会使TC层上表面产生往内部扩展的垂直裂纹;当TC层强度达到某一定值时,首先发生热震破坏的位置由TC层上表面变成了TGO层与粘结层(BC)的界面处,即TBCs的各层破坏顺序发生了变化。结论使用临界失效能密度准则来判断热障涂层在冷却热震过程中的损伤行为,比单纯使用某一方向应力更为准确,并能准确判断损伤起始位置和演化情况,从而更全面地反映热障涂层在热震过程中的损伤破坏行为。     

新型锆酸盐基热障涂层材料的研究进展

简要回顾了传统7±1 %Y_2O_3稳定的ZrO_2(YSZ)热障涂层的研究现状,指出YSZ涂层在高温热循环下存在着相变,抗烧结能力差等缺点.鉴于新型稀土锆酸盐系列由于具有热导率低、抗烧结能力强等优点而被认为有望作为新一代热障涂层候选材料,重点概述了目前国内外在这种热障涂层材料的陶瓷块体制备及涂层材料方面的研究现状,并进一步探讨了未来新型稀土锆酸盐基热障涂层的发展方向.     

EB-PVD热障涂层的弹性模量和断裂韧性研究

用压痕法测量EB-PVD热障涂层的弹性模量及断裂韧性。发现热障涂层的Vickers显微硬度和弹性模量随施压载荷增大而减小,当载荷为2.94N时,显微硬度和弹性模量接近稳态值,分别为6.3GPa和172GPa;断裂韧性平均值约为1.81MPa·m1/2。压痕法测得陶瓷层断裂韧性数据波动较大,其主要原因是陶瓷层显微结构不均匀,使压痕裂纹在涂层不同局部区域所遇到的扩展阻力不同。     

Application of Plasma-Sprayed Complex Perovskites as Thermal Barrier Coatings

In an effort to improve the performance of heat engines at high temperatures, advanced surface coatings have been developed from complex perovskites. Materials of Ba(Mg_1/3Ta_2/3)O₃ and La(Al_1/4Mg_1/2Ta_1/4)O₃ composition were synthesized and applied as ceramic topcoats of thermal barrier coating (TBC) systems by atmospheric plasma spraying (APS) in single layer and in double-layer combination with conventional yttria stabilized zirconia (YSZ). Microstructural and phase analyses reveal that plasma spraying of complex perovskites is accompanied with the formation of vertical crack networks and secondary oxide phases which influence the failure mechanism of the TBCs. The low value of fracture toughness for the complex perovskites and the thermally grown oxide at the topcoat-bondcoat interface of the TBCs are, however, the major factors which lead to the coating failure on thermal cycling at about 1250 °C.     

EB-PVD热障涂层的表观压痕尺寸效应

采用Knoop压痕法评价沉积于镍基单晶高温合金基体上的EB—PVD热障涂层的显微硬度。测试结果表明，热障涂层系统的显微硬度存在压痕尺寸效应，即表观显微硬度随施压载荷的增加而显著降低。用弹／塑性模型Knoop压痕能量平衡对表观压痕尺寸效应进行分析，并从实验测试结果分析得出与载荷无关的显微硬度值。     

热不匹配应力对热障涂层表面裂纹扩展的影响

本文采用扩展有限元方（XFEM）法研究了高温下热失配应力对热障涂层表面裂纹扩展的影响。结果表明在热失配应力的影响下,表面裂纹的位置、倾斜角度和长度对裂纹扩展的长度、能量释放率和裂尖的应力水平有着显著的影响;对于初始长度相同的裂纹,界面波谷处裂纹扩展长度最长,能量释放率最大;倾斜角度越大,裂纹扩张长度越短,应变能越大;裂纹初始长度越大,裂纹的扩展长度越长且扩展速率越快,能量释放率越大。存在多条表面裂纹的情况下其裂纹扩展相互影响。