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热障涂层厚度的检测

发布日期:2018-06-11 作者:振中电熔 点击:

  热障涂层(Thermal Ceramic Coating)是一层陶瓷涂层,它沉积在耐高温金属或超合金的表面,热障涂层对于基底材料起到隔热作用,降低基底温度,使得用其制成的器件(如发动机涡轮叶片) 能在高温下运行,并且可以提高器件(发动机等)热效率达到60%以上。

  

  在传热学的基础上建立涂层试样的一维热传导模型,确立了涂层厚度与表面温度差值-帧数直线的斜率、截距以及涂层热扩散率之间的定量关系。以不同厚度的热障涂层试样为例,采用新型脉冲激光透射法激励,对热像仪采集到的不同激励功率下涂层表面温度差值-帧数曲线线性拟合,求得拟合直线的斜率和截距值,最后计算得到热障涂层厚度值,结果表明激光透射法红外热波检测技术能很好地应用于热障涂层厚度的快速、精确、非接触检测。

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  热障涂层是目前最为先进的高温防护涂层之一,被广泛应用于燃气轮机热通道部件表面防护中。其中厚度是表征涂层质量的关键技术指标,它关系到涂层使用寿命、结合强度和制造成本等的评估和计算。

  

  目前,热障涂层厚度的检测方法包括有损和无损两种,有损检测具有破坏性,且检测数据较片面。无损检测主要有涡流法、超声波法和红外法等。涡流法原理为提离效应,受粘结层特性影响较大;超声波法需提取频谱极值,干扰因素较多,检测误差较大。另外,上述两种方法均不适合非接触快速检测。

  

  红外热波技术对涂层厚度检测具有非接触、快速、观测面积大、准确率高等优势,非常适合外场在线检测。涂层厚度红外热波检测一般采用反射法涂层侧热激励,但由于热障涂层陶瓷层具有半透明性,采用可见光或激光激励时热吸收效果较差,涂层表面需喷涂水溶性黑漆,漆层厚度带来检测误差,同时在役部件涂层存在漆污染风险。

  

  另外涂层侧激励对于燃机过渡段、火焰筒等内腔涂层,存在尺寸限制,难以实施。基体侧闪光灯透射法激励热障涂层厚度检测可克服上述反射法缺点,但当涂层基体合金为导热性差的高温合金、且厚度较大时,闪光灯能量密度较低,能量穿透时间较长,闪光灯透射法激励难以实施。脉冲激光具有能量密度高、非接触、方向性强等优点。


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