本文關(guān)鍵詞：熱障涂層高溫CMAS腐蝕失效的聲發(fā)射檢測與模式識別

  更多相關(guān)文章： 熱障涂層 CMAS腐蝕 聲發(fā)射技術(shù) 失效模式

【摘要】：熱障涂層(Thermal barrier coatings,簡稱TBCs)是一種應(yīng)用在發(fā)動機高溫金屬部件表面的耐高溫、隔熱陶瓷材料,能增加燃氣進口溫度從而有效地提高發(fā)動機的性能和熱效率。但復(fù)雜、多樣的微觀結(jié)構(gòu)和苛刻的服役環(huán)境,使預(yù)測熱障涂層的剝落失效具有極大的挑戰(zhàn)性。飛機在飛行過程中,發(fā)動機無法避免從外部吸入Ca、Mg、Al、Si的混合氧化物顆粒(簡稱CMAS)并粘附在葉片表面涂層上,在高溫下融化、滲透到陶瓷層中,使涂層結(jié)構(gòu)、性能、成分發(fā)生變化而導致涂層剝落失效。但這一失效過程的失效形式及其演化規(guī)律并不清楚,因此急需一種無損檢測方法,為理解CMAS腐蝕失效機理提供可靠的參考依據(jù)。本文結(jié)合聲發(fā)射技術(shù)對高溫CMAS腐蝕熱障涂層的失效過程進行實時監(jiān)測。采用聚類分析、頻譜分析和小波分析等信號處理方法識別熱障涂層的失效模式,并對失效過程進行具體分析。主要研究內(nèi)容如下:第一,模擬真實的火山灰成分,配制出實驗室專用的CMAS粉末,檢測出研磨后的CMAS粉末平均粒徑為15.601μm。通過自主研制的高溫梯度實驗爐,實現(xiàn)了帶有溫度梯度的熱障涂層高溫CMAS腐蝕實驗,同時基于波導桿技術(shù)實現(xiàn)了熱障涂層高溫CMAS腐蝕失效過程的聲發(fā)射檢測。第二,先基于幅值和AE事件數(shù)分析熱障涂層高溫CMAS腐蝕的AE信號特征。通過與未涂覆CMAS的涂層和純金屬基底的信號對比,發(fā)現(xiàn)CAMS導致涂層的損傷最嚴重。再采用k-means聚類分析得到頻率是識別熱障涂層高溫CMAS腐蝕失效模式的最佳特征參量。通過頻譜分析發(fā)現(xiàn)基底變形信號的頻率在0.09~0.13 MHz,表面垂直裂紋的頻率在0.20~0.25 MHz,剪切型界面裂紋的頻率在0.25~0.32 MHz,張開型界面裂紋的頻率在0.38~0.45 MHz。最后,觀察涂層的微觀形貌,驗證涂層中相應(yīng)的失效模式,并發(fā)現(xiàn)剪切型界面裂紋信號的頻率段包括陶瓷層/粘結(jié)層處的界面裂紋和陶瓷層中的水平裂紋,涂層的剝落失效主要由這兩種裂紋引起。第三,基于小波包識別熱障涂層高溫CMAS腐蝕的失效模式。先根據(jù)不同類型信號的頻率分布,選取小波基和分解尺度。然后分別對四類信號進行小波包時頻分析得到其時頻分布特點。之后,再提取特征小波包能譜系數(shù)識別熱障涂層的四類失效模式,即表面垂直裂紋,剪切型界面裂紋,張開型界面裂紋,基底變形。最后,分析發(fā)現(xiàn)熱障涂層CMAS腐蝕失效主要在降溫時,而且在這個失效過程中涂層先產(chǎn)生的是界面裂紋和水平裂紋,溫度降到400°C左右時開始出現(xiàn)表面垂直裂紋。
【關(guān)鍵詞】：熱障涂層 CMAS腐蝕 聲發(fā)射技術(shù) 失效模式
【學位授予單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-19
• 1.1 引言9
• 1.2 熱障涂層及研究現(xiàn)狀9-12
• 1.2.1 熱障涂層概念與結(jié)構(gòu)9-10
• 1.2.2 熱障涂層的制備工藝10-11
• 1.2.3 熱障涂層的失效機理11-12
• 1.3 熱障涂層的CMAS腐蝕失效12-14
• 1.3.1 CMAS腐蝕失效的危害12-13
• 1.3.2 CMAS腐蝕失效機制13-14
• 1.3.3 CMAS腐蝕失效的研究方法14
• 1.4 熱障涂層失效的檢測及其發(fā)展14-17
• 1.4.1 熱障涂層失效的檢測14-15
• 1.4.2 聲發(fā)射檢測原理15-16
• 1.4.3 基于聲發(fā)射檢測識別熱障涂層失效模式的研究現(xiàn)狀16-17
• 1.5 選題依據(jù)及其主要內(nèi)容17-19
• 第2章 熱障涂層高溫CMAS腐蝕的聲發(fā)射信號檢測19-25
• 2.1 CMAS的實驗室制備方法和熱障涂層樣品19-21
• 2.2 高溫波導桿的選取21-22
• 2.3 熱障涂層CMAS腐蝕實驗方案22-23
• 2.4 金相試樣制備23-24
• 2.5 本章小結(jié)24-25
• 第3章 熱障涂層高溫CAMS腐蝕聲發(fā)射信號的特征參量提取25-40
• 3.1 聲發(fā)射信號特征分析25-27
• 3.2 熱障涂層高溫CMAS腐蝕的聲發(fā)射信號特征27-30
• 3.3 基于聚類分析的聲發(fā)射信號特征參量選取30-34
• 3.3.1 聲發(fā)射信號聚類分析過程30-31
• 3.3.2 基于k-means算法的AE信號聚類分析31-32
• 3.3.3 熱障涂層高溫CMAS腐蝕聲發(fā)射信號的聚類分析32-34
• 3.4 基于頻譜法分析熱障涂層高溫CMAS腐蝕的失效模式34-38
• 3.5 熱障涂層微觀形貌分析38-39
• 3.6 本章小結(jié)39-40
• 第4章 基于小波包變換的熱障涂層高溫CMAS腐蝕失效模式識別40-56
• 4.1 小波分析40-43
• 4.1.1 小波變換基本原理40-41
• 4.1.2 多分辨分析41-43
• 4.2 小波包分析43-44
• 4.2.1 小波包變換的基本原理43-44
• 4.2.2 小波包能譜系數(shù)44
• 4.3 熱障涂層高溫CMAS腐蝕聲發(fā)射信號的小波包分析44-54
• 4.3.1 小波基的選擇44-45
• 4.3.2 利用小波包變換對聲發(fā)射信號進行時頻分析45-48
• 4.3.3 基于小波包特征能譜系數(shù)分析熱障涂層失效模式48-49
• 4.3.4 熱障涂層高溫CMAS腐蝕失效過程的聲發(fā)射評價49-51
• 4.3.5 熱障涂層CMAS腐蝕的熱力學分析和分層機制圖51-54
• 4.4 本章小結(jié)54-56
• 第5章 總結(jié)與展望56-58
• 5.1 工作總結(jié)56-57
• 5.2 展望57-58
• 參考文獻58-64
• 致謝64-65
• 附錄A：文中主要程序65-70
• 附錄B：個人簡歷與攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術(shù)論文70

，

本文編號：937001