CN109959706A - 一种TBCs层间裂纹涡流检测对比试块及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种TBCs层间裂纹涡流检测对比试块及其制作方法，属于无损检测领域，该对比试块包括：基体、粘结层、陶瓷层和若干矩形槽；其中，粘结层喷涂在基体上，陶瓷层喷涂在粘结层上；若干矩形槽开设在粘结层表面。该对比试块制作方法包括：制作对比试块基体；基体表面喷涂粘结层；利用电火花加工技术在粘结层表面加工若干矩形槽；若干矩形槽内填充氧化铝粉和硅胶混合液，至矩形槽填充平为止，并干燥、焙烧；粘结层表面喷涂陶瓷层。本发明能够有效地模拟被检件真实裂纹的大小；涡流检测用的试块与被检件的材质、热处理状态及表面状态基本一致，其上有不同尺寸矩形槽，能有效用于设定检验灵敏度、评定裂纹的大小和位置。
Description
技术领域
本发明属于涡流检测技术领域，具体涉及一种TBCs层间裂纹涡流检测对比试块及其制作方法。
背景技术
热障涂层(Thermal Barrier Coatings，TBCs)可使航空发动机和工业燃气轮机高温部件基体温度降低100℃～300℃，使用寿命延长3倍～5倍。TBCs由表面陶瓷层和粘结层组成。表面陶瓷层主要起隔热降温作用，粘结层的作用是减小陶瓷层与高温合金基体之间因热膨胀系数不匹配造成的应力、提高基体的高温抗氧化与耐腐蚀能力。
高温部件由于工作环境恶劣，运行过程中易导致TBCs粘结层与陶瓷层间裂纹萌生。裂纹扩展造成高温部件隔热效果、抗腐蚀和氧化能力下降，进而引起涂层脱落或基体氧化腐蚀，危及燃气轮机的安全运行。因此，非常有必要对高温部件TBCs层间裂纹进行无损检测与评估。
涡流检测技术作为五大常规无损检测技术之一，对被检工件表面或近表面裂纹缺陷很灵敏，是进行高温部件TBCs层间裂纹检测的有效方法。涡流检测试块是涡流检测系统的重要组成部分，是确定涡流检测灵敏度、衡量涡流检测有效性、判定缺陷性质和大小的重要工具。目前，国内外涡流检测用的试块均采用在试块表面用电火花或激光的加工方法刻槽、打孔，模拟自然缺陷。这种对比试块适用于被检工件表面缺陷的检测和评估，不适用TBCs层间裂纹涡流检测灵敏度、裂纹位置和大小的评判。
发明内容
本发明的目的是提供一种TBCs层间裂纹涡流检测对比试块及其制作方法，用于模拟被检工件中真实裂纹的大小，调节涡流检测仪检测灵敏度、保证检测结果准确性、判定和比较被检工件中裂纹大小和位置。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现的：
一种TBCs层间裂纹涡流检测对比试块，包括自下而上依次设置的基体、粘结层和陶瓷层；其中，
基体与被检工件基体材质、热处理状态一致；粘结层的材质、喷涂工艺与被检工件一致；陶瓷层的材质、喷涂工艺、表面状态与被检工件一致；粘结层喷涂在基体上，陶瓷层喷涂在粘结层上；且粘结层表面开设有若干矩形槽。
本发明进一步的改进在于，若干矩形槽均填充有氧化铝粉和硅胶混合液，且氧化铝粉和硅胶混合液体积比为1：2～1：5，氧化铝粉的粒径小于等于20μm。
本发明进一步的改进在于，基体的厚度为10±0.5mm。
本发明进一步的改进在于，粘结层的厚度为0.25±0.05mm。
本发明进一步的改进在于，若干矩形槽分别为第一矩形槽至第五矩形槽，其宽度均为0.1±0.02mm，深度小于等于0.25mm。
本发明进一步的改进在于，第一矩形槽至第三矩形槽的长度分别为10mm±0.1mm、20mm±0.1mm、30±0.1mm；第四矩形槽和第五矩形槽的长度均为20±0.1mm。
本发明进一步的改进在于，第一矩形槽至第三矩形槽距试块边缘25±0.5mm，相邻矩形槽间距为25±0.5mm；第三矩形槽和第四矩形槽之间间距为25±0.5mm，第四矩形槽距试块边缘25±0.5mm；第四矩形槽和第五矩形槽之间间距为25±0.5mm，第五矩形槽与试块边缘相连接。
一种TBCs层间裂纹涡流检测对比试块的制作方法，该方法基于上述一种TBCs层间裂纹涡流检测对比试块，包括以下步骤：
第一步：制备与被检工件基体材质、热处理状态一致的基体；
第二步：基体上喷涂粘结层；
第三步：利用电火花加工方法在粘结层表面加工若干矩形槽；
第四步：若干矩形槽内填充氧化铝粉和硅胶混合液，并干燥；
第五步：重复第四步，直至矩形槽填充平；
第六步：高温炉内800～900℃焙烧2h；
第七步：粘结层表面喷涂陶瓷层，得到TBCs层间裂纹涡流检测对比试块。
本发明进一步的改进在于，第三步中，若干矩形槽采用电火花加工而成。
本发明进一步的改进在于，第四步中，矩形槽内每次填充的氧化铝粉和硅胶混合液厚度小于0.1mm。
本发明具有如下有益的技术效果：
1、本发明能有效地模拟被检工件真实裂纹的大小。
2、TBCs层间裂纹试块基体与被检件的材质、热处理状态基本一致；粘结层的材质、喷涂工艺与被检工件基本一致；陶瓷层的材质、喷涂工艺、表面状态与被检工件基本一致。
3、试块上有不同尺寸的矩形槽，能有效用于设定检测灵敏度和评估裂纹的大小。
4、TBCs层间裂纹试块粘结层、陶瓷层厚度可变，能有效用于评判裂纹位置。
5、所用氧化铝粉和硅胶均为常见材料或试剂，本领域普通技术人员都能够较为方便地获得。
附图说明
图1为本发明一种TBCs层间裂纹涡流检测对比试块的结构示意图；
图中：1-基体，2-粘结层，3-陶瓷层，4～8-第一矩形槽至第五矩形槽。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做出进一步的说明。
实施例1
如图1所示，一种TBCs层间裂纹涡流检测对比试块，包括：基体1、粘结层2、陶瓷层3和第一矩形槽至第五矩形槽4～8；所述第一矩形槽至第五矩形槽4～8开设在粘结层2表面。
本实施例具体可以这样实现：
1)依据被检工件的基体材质选取涡流检测对比试块的基体材料，要求涡流检测对比试块的基体材料牌号、热处理状态与被检工件的被检部位一致；
2)在基体1表面喷涂粘结层2，粘结层厚度为0.25±0.05mm；
3)利用电火花在粘结层2表面加工第一矩形槽至第五矩形槽4～8，第一矩形槽至第五矩形槽4～8的深度均为：0.1±0.02mm；
4)第一矩形槽至第五矩形槽4～8内填充氧化铝粉和硅胶混合液，并干燥；
5)重复步骤4)，直至第一矩形槽至第五矩形槽4～8填充平；
6)高温炉内830±10℃焙烧2h；
7)粘结层2表面喷涂陶瓷层3，陶瓷层厚度为0.35±0.05mm。
应用对比试块的涡流检测过程如下：
1)连接涡流探头，开启涡流仪；
2)在对比试块上调试仪器灵敏度；
3)对被检件进行检测；
4)借助对比试块对被检件中的裂纹进行评定；
5)检测完毕再采用对比试块校对涡流仪，如无变化，可以验收被检件，如有变化，应重新对被检件进行检测；
6)关闭涡流仪。
实施例2
如图1所示，一种TBCs层间裂纹涡流检测对比试块，包括：基体1、粘结层2、陶瓷层3和第一矩形槽至第五矩形槽4～8；所述第一矩形槽至第五矩形槽4～8开设在粘结层表面。
本实施例具体可以这样实现：
1)依据被检工件的基体材质选取涡流检测对比试块的基体材料，要求涡流检测对比试块的基体材料牌号、热处理状态与被检工件的被检部位一致；
2)在基体1表面喷涂粘结层2，粘结层厚度为0.25±0.05mm；
3)利用电火花在粘结层2表面加工第一矩形槽至第五矩形槽4～8，第一矩形槽至第五矩形槽4～8的深度均为：0.2±0.02mm；
4)第一矩形槽至第五矩形槽4～8内填充氧化铝粉和硅胶混合液，并干燥；
5)重复步骤4)，直至第一矩形槽至第五矩形槽4～8填充平；
6)高温炉内870±10℃焙烧2h；
7)粘结层2表面喷涂陶瓷层3，陶瓷层厚度为0.45±0.05mm。
应用对比试块的涡流检测过程如下：
1)连接涡流探头，开启涡流仪；
2)在对比试块上调试仪器灵敏度；
3)对被检件进行检测；
4)借助对比试块对被检件中的裂纹进行评定；
5)检测完毕再采用对比试块校对涡流仪，如无变化，可以验收被检件，如有变化，应重新对被检件进行检测；
6)关闭涡流仪。
上述实施例只为说明本发明的技术构思和特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种TBCs层间裂纹涡流检测对比试块，其特征在于，包括自下而上依次设置的基体(1)、粘结层(2)和陶瓷层(3)；其中，
基体(1)与被检工件基体材质、热处理状态一致；粘结层(2)的材质、喷涂工艺与被检工件一致；陶瓷层(3)的材质、喷涂工艺、表面状态与被检工件一致；粘结层(2)喷涂在基体(1)上，陶瓷层(3)喷涂在粘结层(2)上；且粘结层(2)表面开设有若干矩形槽。
2.根据权利要求1所述的一种TBCs层间裂纹涡流检测对比试块，其特征在于，若干矩形槽均填充有氧化铝粉和硅胶混合液，且氧化铝粉和硅胶混合液体积比为1：2～1：5，氧化铝粉的粒径小于等于20μm。
3.根据权利要求1所述的一种TBCs层间裂纹涡流检测对比试块，其特征在于，基体(1)的厚度为10±0.5mm。
4.根据权利要求1所述的一种TBCs层间裂纹涡流检测对比试块，其特征在于，粘结层(2)的厚度为0.25±0.05mm。
5.根据权利要求1所述的一种TBCs层间裂纹涡流检测对比试块，其特征在于，若干矩形槽分别为第一矩形槽(4)至第五矩形槽(8)，其宽度均为0.1±0.02mm，深度小于等于0.25mm。
6.根据权利要求5所述的一种TBCs层间裂纹涡流检测对比试块，其特征在于，第一矩形槽(4)至第三矩形槽(6)的长度分别为10mm±0.1mm、20mm±0.1mm、30±0.1mm；第四矩形槽(7)和第五矩形槽(8)的长度均为20±0.1mm。
7.根据权利要求5所述的一种TBCs层间裂纹涡流检测对比试块，其特征在于，第一矩形槽(4)至第三矩形槽(6)距试块边缘25±0.5mm，相邻矩形槽间距为25±0.5mm；第三矩形槽(6)和第四矩形槽(7)之间间距为25±0.5mm，第四矩形槽(7)距试块边缘25±0.5mm；第四矩形槽(7)和第五矩形槽(8)之间间距为25±0.5mm，第五矩形槽(8)与试块边缘相连接。
8.一种TBCs层间裂纹涡流检测对比试块的制作方法，其特征在于，该方法基于权利要求1至7中任一项所述的一种TBCs层间裂纹涡流检测对比试块，包括以下步骤：
第一步：制备与被检工件基体材质、热处理状态一致的基体(1)；
第二步：基体(1)上喷涂粘结层(2)；
第三步：利用电火花加工方法在粘结层(2)表面加工若干矩形槽；
第四步：若干矩形槽内填充氧化铝粉和硅胶混合液，并干燥；
第五步：重复第四步，直至矩形槽填充平；
第六步：高温炉内800～900℃焙烧2h；
第七步：粘结层(2)表面喷涂陶瓷层(3)，得到TBCs层间裂纹涡流检测对比试块。
9.根据权利要求8所述的一种TBCs层间裂纹涡流检测对比试块的制作方法，其特征在于，第三步中，若干矩形槽采用电火花加工而成。
10.根据权利要求8所述的一种TBCs层间裂纹涡流检测对比试块的制作方法，其特征在于，第四步中，矩形槽内每次填充的氧化铝粉和硅胶混合液厚度小于0.1mm。
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