專利名稱：一種表征涂層垂直表面的開裂狀態(tài)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種表征涂層垂直表面的開裂狀態(tài)的方法。
背景技術(shù)：
在基體上附著一層涂層，可以在保持基體性能的前提下，利用涂層的優(yōu)異的抗蝕、抗磨、耐高溫等性能，具有擴(kuò)展材料的應(yīng)用范圍，降低設(shè)備的材料成本等優(yōu)點。如在燃?xì)廨啓C(jī)的高溫部件上制備熱障涂層，可以進(jìn)一步提高現(xiàn)代燃機(jī)的使用溫度，從而提高發(fā)動機(jī)熱效率和推重比。采用熱障涂層技術(shù)還可以減輕瞬間熱力載荷、降低對冷卻設(shè)備和技術(shù)的要求，提聞腔內(nèi)聞溫氣體的溫度，從而提聞氣體性能以及熱效率。但涂層在使用過程中，在沖蝕、熱震、拉伸等載荷的作用下，涂層會發(fā)生開裂，從而導(dǎo)致涂層從基體上剝落下來，破壞部件的結(jié)構(gòu)完整性，對部件、乃至設(shè)備的安全運(yùn)行具有重 要的危害作用。因此為保障涂層的安全服役，需要對涂層的開裂狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。涂層的開裂按位向可分為垂直涂層表面和平行涂層表面的開裂。垂直涂層表面的裂紋時有發(fā)生，造成涂層的承載能力、抗腐蝕和沖蝕等性能明顯下降。故需針對涂層垂直表面的開裂狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。在常溫常壓的工況下，可以通過視覺檢查等判別涂層出現(xiàn)的開裂，但針對某些涂層的特定服役狀態(tài)下，無法通過視線直接判別其出現(xiàn)垂直表面的開裂狀態(tài)，例如在高溫、特別是有焰流的環(huán)境下，傳統(tǒng)的判別開裂的方法有所局限。申請?zhí)枮?01010197829. 7的中國專利“一種監(jiān)測發(fā)光環(huán)境障礙涂層失效狀況的方法”是通過發(fā)光區(qū)域變暗來表征發(fā)光涂層的開裂和剝落，該檢測方法需要使用視覺設(shè)備，這在某些焰流環(huán)境中應(yīng)用受到限制。申請?zhí)枮?00810031180. 4的中國專利“熱障涂層損傷及其失效過程的聲發(fā)射實時檢測方法”采用聲學(xué)方法檢測涂層開裂，但是該方法對運(yùn)行環(huán)境的要求較高，通常需要靜音處理，也不適合一般工況下的檢測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種表征涂層垂直表面的開裂狀態(tài)的方法，適合在有焰流的高溫實際工況環(huán)境中使用。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種表征涂層垂直表面的開裂狀態(tài)的方法，包括如下步驟(1)制備摻雜有具有發(fā)光性能的元素的涂層；(2)將至少一條光纖放置在距離所述涂層預(yù)設(shè)距離的不同位置，并將光纖與光譜儀連接；(3)對涂層施加載荷，每條光纖接收涂層對應(yīng)位置發(fā)出的光譜信號并傳遞到光譜儀；(4)對每條光纖接收到的光譜信號進(jìn)行調(diào)整基線處理，并提取特征峰強(qiáng)度；(5)繪制歸一化處理后的特征峰強(qiáng)度比隨載荷的分布圖，根據(jù)特征峰強(qiáng)度比的變化判斷該光纖對應(yīng)的涂層垂直表面的開裂狀態(tài)。所述步驟(5)中，特征峰強(qiáng)度比的降低對應(yīng)涂層中的裂紋數(shù)量的增加或裂紋寬度的增大。所述表征涂層垂直表面的開裂狀態(tài)的方法，進(jìn)一步包括(6)比較不同光纖對應(yīng)的特征峰強(qiáng)度比的變化，其中特征峰強(qiáng)度比降低最明顯的位置，即為涂層垂直表面開裂最嚴(yán)重的位置。所述步驟(I)中，所述具有發(fā)光性能的元素包括稀土元素。所述步驟(I)中，所述具有發(fā)光性能的元素包括Dy和Tm。 所述步驟(I)中，所述Dy和Tm在所述涂層中的摩爾百分比為O. 5 1%。所述步驟(I)中，采用等離子噴涂方法制備所述涂層。所述步驟(I)中，所述涂層通過一過渡層與基體連接。所述步驟(2)中，將至少一條光纖放置在距離所述涂層10_20mm的不同位置。所述步驟(2)中，將至少一條光纖放置在距離所述涂層15mm的不同位置。
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本發(fā)明的表征涂層垂直表面的開裂狀態(tài)的方法，通過光纖接收摻雜有具有發(fā)光性能的元素的涂層所發(fā)出的光譜信號，根據(jù)特征峰強(qiáng)度比的變化，對涂層的開裂狀態(tài)進(jìn)行實時、定性的監(jiān)測，適合在有焰流的高溫實際工況環(huán)境中使用。


圖I示出實現(xiàn)本發(fā)明表征涂層垂直表面的開裂狀態(tài)的方法的裝置結(jié)構(gòu)圖；圖2示出其中一條光纖接收到的光譜信號圖；圖3示出根據(jù)圖2得到的特征峰強(qiáng)度比隨載荷的分布圖；圖4示出涂層中的垂直表面的裂紋位置隨載荷的分布圖；圖5 Ca)示出小載荷下涂層中的垂直表面的裂紋的掃描電鏡照片；圖5 (b)示出大載荷下涂層中的垂直表面的裂紋的掃描電鏡照片；。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖及具體實施例，對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。本發(fā)明的表征涂層垂直表面的開裂狀態(tài)的方法，包括如下步驟(I)制備摻雜有具有發(fā)光性能的元素的涂層；(2)將至少一條光纖放置在距離所述涂層預(yù)設(shè)距離的不同位置，并將光纖與光譜儀連接；(3)對涂層施加載荷，每條光纖接收涂層對應(yīng)位置發(fā)出的光譜信號并傳遞到光譜儀；(4)對每條光纖接收到的光譜信號進(jìn)行調(diào)整基線處理，并提取特征峰強(qiáng)度；(5)繪制歸一化處理后的特征峰強(qiáng)度比隨載荷的分布圖，根據(jù)特征峰強(qiáng)度比的變化判斷該光纖對應(yīng)的涂層垂直表面的開裂狀態(tài)。圖I示出實現(xiàn)本發(fā)明表征涂層垂直表面的開裂狀態(tài)的方法的裝置結(jié)構(gòu)圖，其中，U形試樣的基體4為鎳基合金，通過等離子噴涂等熱噴涂方法將涂層I附著在U形底部的基體表面上。優(yōu)選地，涂層I通過一過渡層(未示出)與基體4連接，該過渡層的材料例如為NiCrAlY,可有效增強(qiáng)該涂層I與基體4的結(jié)合力。應(yīng)該理解，其他任何能夠?qū)⒃撏繉优c基體結(jié)合在一起的材料均可用在本申請作為過渡層使用。在本發(fā)明的一個實施例中，涂層I為摻雜摩爾百分比為O. 5^1%Dy和Tm的ZrO2-Y2O3粉末制備的涂層，當(dāng)然，涂層I中也可以摻雜其它具有發(fā)光性能的稀土元素或其他的任何具有發(fā)光性能的元素。其中，過渡層和涂層I的厚度均優(yōu)選在100微米左右。隨后，將至少一條光纖2 (此處示為三條)放置在距離涂層一定距離的不同位置，該距離優(yōu)選為10-20mm，更優(yōu)選地，將該三條光纖2放置在距離涂層15mm的不同位置，并將每條光纖2與光譜儀3連接，如圖I所示。接下來，通過對U型試樣的兩臂加壓實現(xiàn)對涂層I的加載，圖I中箭頭所示為加壓方向，每條光纖2接收涂層I對應(yīng)位置發(fā)出的光譜信號并傳遞到光譜儀3。隨著加載的進(jìn)行，光譜儀3可實時 記錄來自多光纖通道的光譜信號，從而得到涂層I對應(yīng)位置的發(fā)射光譜，該光譜由波長355nm的紫外線激發(fā)。其中一條光纖對應(yīng)的光譜信號如圖2所示。此處包括藍(lán)光段和黃光段兩個主要的波譜。對圖2的光譜信號進(jìn)行調(diào)整基線處理，以峰強(qiáng)度較強(qiáng)的483nm峰位為特征峰。以未加載時的涂層發(fā)出的光譜信號為基準(zhǔn)，加載后的涂層發(fā)出的光譜信號相對未加載時的光譜信號進(jìn)行歸一化處理，從而得到特征峰強(qiáng)度的強(qiáng)度比隨載荷的分布圖，如圖3所示。隨著載荷增加，特征峰強(qiáng)度比在總體增加的趨勢下有多次降低(如圖3中A-D所示)，且隨著載荷增加，特征峰強(qiáng)度比降低的趨勢更加明顯。在掃描電鏡下對涂層的加載過程進(jìn)行實時觀測。涂層中出現(xiàn)的裂紋數(shù)量隨載荷的增加呈現(xiàn)增加趨勢，如圖4所示。圖5 (a)、圖5 (b)分別示出小載荷和大載荷下涂層中的垂直表面的裂紋的掃描電鏡照片，可以看出，在裂紋數(shù)量不變的狀態(tài)下，大載荷下的裂紋寬度增加。由此可見，涂層光譜的特征峰強(qiáng)度比的降低對應(yīng)涂層中的裂紋數(shù)量的增加或裂紋寬度的增大，而裂紋數(shù)量增加和寬度增加均表明涂層的開裂狀態(tài)，從而特征峰強(qiáng)度比的降低表征了涂層垂直表面的開裂狀態(tài)。對多條光纖記錄的光譜信號進(jìn)行比較，其中特征峰強(qiáng)度比降低最明顯的位置，即為涂層垂直表面開裂最嚴(yán)重的位置。以上所述的，僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用以限定本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的上述實施例還可以做出各種變化。即凡是依據(jù)本發(fā)明申請的權(quán)利要求書及說明書內(nèi)容所作的簡單、等效變化與修飾，皆落入本發(fā)明專利的權(quán)利要求保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種表征涂層垂直表面的開裂狀態(tài)的方法，其特征在于，包括如下步驟 (1)制備摻雜有具有發(fā)光性能的元素的涂層； (2)將至少一條光纖放置在距離所述涂層預(yù)設(shè)距離的不同位置，并將光纖與光譜儀連接; (3)對涂層施加載荷，每條光纖接收涂層對應(yīng)位置發(fā)出的光譜信號并傳遞到光譜儀； (4)對每條光纖接收到的光譜信號進(jìn)行調(diào)整基線處理，并提取特征峰強(qiáng)度； (5)繪制歸一化處理后的特征峰強(qiáng)度比隨載荷的分布圖，根據(jù)特征峰強(qiáng)度比的變化判斷該光纖對應(yīng)的涂層垂直表面的開裂狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求I所述的表征涂層垂直表面的開裂狀態(tài)的方法，其特征在于，所述步驟(5)中，特征峰強(qiáng)度比的降低對應(yīng)涂層中的裂紋數(shù)量的增加或裂紋寬度的增大。
3.如權(quán)利要求I所述的表征涂層垂直表面的開裂狀態(tài)的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括 (6)比較不同光纖對應(yīng)的特征峰強(qiáng)度比的變化，其中特征峰強(qiáng)度比降低最明顯的位置，即為涂層垂直表面開裂最嚴(yán)重的位置。
4.如權(quán)利要求I或2所述的表征涂層垂直表面的開裂狀態(tài)的方法，其特征在于，所述步驟(I)中，所述具有發(fā)光性能的元素包括稀土元素。
5.如權(quán)利要求4所述的表征涂層垂直表面的開裂狀態(tài)的方法，其特征在于，所述步驟(O中，所述具有發(fā)光性能的元素包括Dy和Tm。
6.如權(quán)利要求I所述的表征涂層垂直表面的開裂狀態(tài)的方法，其特征在于，所述步驟(O中，所述具有發(fā)光性能的元素在所述涂層中的摩爾百分比為O. 5 1%。
7.如權(quán)利要求I或2所述的表征涂層垂直表面的開裂狀態(tài)的方法，其特征在于，所述步驟(I)中，采用等離子噴涂方法制備所述涂層。
8.如權(quán)利要求I或2所述的表征涂層垂直表面的開裂狀態(tài)的方法，其特征在于，所述步驟(I)中，所述涂層通過一過渡層與基體連接。
9.如權(quán)利要求I或2所述的表征涂層垂直表面的開裂狀態(tài)的方法，其特征在于，所述步驟(2)中，將至少一條光纖放置在距離所述涂層10-20mm的不同位置。
10.如權(quán)利要求9所述的表征涂層垂直表面的開裂狀態(tài)的方法，其特征在于，所述步驟(2)中，將至少一條光纖放置在距離所述涂層15mm的不同位置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種表征涂層垂直表面的開裂狀態(tài)的方法，包括(1)制備摻雜有具有發(fā)光性能的元素的涂層；(2)將至少一條光纖放置在距離所述涂層預(yù)設(shè)距離的不同位置，并將光纖與光譜儀連接；(3)對涂層施加載荷，每條光纖接收涂層對應(yīng)位置發(fā)出的光譜信號并傳遞到光譜儀；(4)對每條光纖接收到的光譜信號進(jìn)行調(diào)整基線處理，并提取特征峰強(qiáng)度；(5)繪制歸一化處理后的特征峰強(qiáng)度比隨載荷的分布圖，根據(jù)特征峰強(qiáng)度比的變化判斷該光纖對應(yīng)的涂層垂直表面的開裂狀態(tài)。本發(fā)明通過光纖接收摻雜有具有發(fā)光性能的元素的涂層所發(fā)出的光譜信號，根據(jù)特征峰強(qiáng)度比的變化，對涂層的開裂狀態(tài)進(jìn)行實時、定性的監(jiān)測，適合在有焰流的高溫實際工況環(huán)境中使用。
文檔編號G01N21/63GK102901718SQ20121032583
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月5日
發(fā)明者王衛(wèi)澤, 韋靜靜, 洪火星, 軒福貞 申請人:華東理工大學(xué)