专利名称：热障涂层孔隙率的微波相位检测方法
技术领域：
本发明涉及热障涂层孔隙率的微波相位检测方法，属于微波无损检测技术领域。 利用反演理论计算出微波信号的反射系数相位与热障涂层孔隙率的关系，其作用是建立热障涂层孔隙率与微波信号反射系数相位之间的对应关系，从而由微波信号的反射系数相位来表征热障涂层的孔隙率，本方法可以实现对热障涂层的非破坏、无污染检测。
背景技术：
热障涂层由于隔热性好、抗氧化等优点，被广泛应用到发动机涡轮叶片等热端部件上。而孔隙率是影响热障涂层隔热效果和失效的主要因素之一，因此急需一种无损检测方法对热障涂层的孔隙率进行评价。等离子喷涂制备热障涂层的方法由于具有喷涂速度快、生产效率高等优点，被广泛应用。但是等离子喷涂制备的热障涂层厚度不均勻，并且容易产生孔隙。热障涂层的孔隙率高会加剧燃气中硫化物对涂层的腐蚀作用，并且对热障涂层的相对稳定是不利的。为了保证热障涂层的品质，需要对热障涂层的孔隙率进行检测。C. Funke等在1997年第94-95
1~3 Surface and Coatings Technology StJ "Characterization of Zr02-7wt. % Y203thermal barrier coatings with different porosities and FEM analysis of stress redistribution during thermal cycling of TBCs，，，B. Roge 等在 2003 年第 12 卷第 4 期 Journal of Thermal Spray Technology 的 “Nondestructive Measurement of Porosity in Thermal Barrier Coatings”，B. Jayaraj 等在 2004 年第 372 卷第 1-2 期 Materials Science and Engineering A 的“Electrochemical impedance spectroscopy of porous Zr02-8wt. % Y203and thermally grown oxide on nickel aluminide”， J. Zhang 等在 2005 年第 190 卷第 1 期 Surface and Coatings Technology 的“Evaluation of thickness， porosity and pore shape of plasma sprayed TBC by electrochemical impedance spectroscopy”和朱萍等在第23卷第4期佳木斯大学学报(自然科学版)的 “涂层性能超声无损评价”等已发表的论文中采用了多种检测技术对热障涂层的孔隙率进行了评价。这些检测技术主要包括汞孔隙率计、图像分析技术、超声技术、电容技术和电化学阻抗谱技术。这些已发表对热障涂层孔隙率评价的技术中，图像分析技术为有损检测方法，汞孔隙率计、超声技术、电容技术和电化学阻抗谱技术均为接触式检测，并且对热障涂层孔隙率评价时需要耦合剂。微波技术用于热障涂层孔隙率评价时，为无损检测技术范畴，并且探头和热障涂层间不需要耦合剂，检测结构简单、操作方便，不会对热障涂层表面造成污染。
发明内容
本发明的目的是为了解决热障涂层孔隙率无法进行快速、准确、无污染、在位检测的现状，为对热障涂层孔隙率进行无损评估，提出了微波反射系数相位法评价热障涂层孔隙率的检测方法。基于微波信号在热障涂层中的传播理论及在金属基体表面的边界条件，利用反演理论利用反射系数相位来表征热障涂层的孔隙率，在实际检测中热障涂层的厚度 d为已知量，根据权利要求书中2-3中的公式对工作频率进行选择，使反射系数相位能最敏感的表征热障涂层孔隙率。本发明所采用的检测模型参见
图1，包括金属基体1、热障涂层2、终端开口矩形波导探头3、同轴电缆4、微波网络分析仪5和计算机6，终端开口矩形波导探头3安装在热障涂层2表面上，通过同轴电缆4与微波网络分析仪5相连，微波网络分析仪5中的微波入射信号和反射信号通过数据线存储到计算机6中。本发明的利用微波反射系数相位法对热障涂层孔隙率进行评价的方法是通过以下步骤实现的a、利用微波网络分析仪测量热障涂层的反射系数幅值A和相位Φ，所测量的同组热障涂层的厚度d相同。b、根据反射系数幅值的计算公式j^Imd^+ReCT)2和反射系数相位的计算公式 —tan—1 计算出反射系数r。其中，A为反射系数幅值；Φ为反射系数相位；r为反射系数。C、根据反射系数Γ的计算公式关系
权利要求
1.热障涂层孔隙率的微波相位检测方法，其特征在于所述的检测方法步骤如下a、利用微波网络分析仪测量热障涂层的反射系数幅值A和相位Φ，所测量的同组热障涂层的厚度d相同；b、根据反射系数幅值的计算公式W= Vlm(T)^ReCT)2和反射系数相位的计算公式 —计算出反射系数Γ ‘其中，A为反射系数幅值；Φ为反射系数相位；Γ为反射系数；η----77οC、根据反射系数Γ的计算公式关系Γ= ；;^，阻抗η的计算公式
全文摘要
本发明涉及微波反射系数相位法对热障涂层孔隙率的测量方法，属于微波无损检测技术领域。本发明利用微波网络分析仪对热障涂层的微波反射系数的相位和幅值进行检测，根据相关的公式计算出热障涂层的孔隙率，建立微波信号反射系数相位与热障涂层孔隙率的关系，从而利用微波反射系数相位表征热障涂层的孔隙率。本方法为无损检测方法，可以对热障涂层进行非破坏、无污染检测。
文档编号G01N15/08GK102564914SQ20111035126
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月8日 优先权日2011年11月8日
发明者何存富, 吴斌, 杨玉娥 申请人:北京工业大学