CN113049616A - 一种热障涂层内部裂纹的无损检测方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热障涂层内部裂纹的无损检测方法及系统。该方法包括获取X射线照射到热障涂层的角度集合；根据不同角度下热障涂层的晶格变化状态确定热障涂层内部裂纹位置。采用本发明的热障涂层内部裂纹的无损检测方法及系统，采用X射线法对热障涂层内部裂纹进行无损检测，解决了超声检测准确度不高，磁性检测法受限于热障涂层材料以及浸透检测法对于涂层内的裂纹状态无法检测的问题。

Description

一种热障涂层内部裂纹的无损检测方法及系统
技术领域
本发明涉及裂纹检测技术领域，特别是涉及一种热障涂层内部裂纹的无损检测方法及系统。
背景技术
热障涂层是一层陶瓷涂层，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，并且能够将器件(如发动机)的热效率提高到60％以上。无损检测是指在不损害或不影响被检测对象使用性能，不伤害被检测对象内部组织的前提下，利用材料内部结构异常或缺陷存在引起的热、声、光、电、磁等反应的变化，以物理或化学方法为手段，借助现代化的技术和设备器材，对试件内部及表面的结构、性质、状态及缺陷的类型、性质、数量、形状、位置、尺寸、分布及其变化进行检查和测试的方法。
目前对涂层裂纹的无损检测方法有超声波法、磁性检测法和浸透法。超声检测是利用超声波与缺陷的作用进行检测，而涂层系统自身就是多孔结构，无论APS制备的涂层还是电子束物理气相沉积(Electron Beam-Physical Vapor Deposition，EB-PVD)制备的涂层，其结构中都含有大量裂纹或孔洞，因此超声检测涂层裂纹准确度不高。磁性检测法需要样品具有磁性，而目前最常用的氧化钇稳定氧化锆(Yttria Stabilized Zirconia，YSZ)热障涂层自身的磁性并不能满足该检测的检测条件。浸透检测则主要应用于表面具有裂纹的情况，对于涂层内的裂纹状态无法检测。
发明内容
本发明的目的是提供一种热障涂层内部裂纹的无损检测方法及系统，采用X射线法对热障涂层内部裂纹进行无损检测。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种热障涂层内部裂纹的无损检测方法，包括：
获取X射线照射到热障涂层的角度集合；所述角度集合包括多个角度，所述角度为X射线与热障涂层表面的角度；
根据不同角度下热障涂层的晶格变化状态确定热障涂层内部裂纹位置。
可选的，所述根据不同角度下热障涂层的晶格变化状态确定热障涂层内部裂纹位置，具体包括：
根据所述角度确定热障涂层内晶格的晶格常数；
依次比较相邻两个角度下的晶格常数是否发生变化，确定晶格常数第一次发生变化的晶格在热障涂层的位置和晶格常数第二次发生变化的晶格在热障涂层的位置；
根据所述晶格常数第一次发生变化的晶格在热障涂层的位置确定热障涂层内部裂纹开始的位置；
根据所述晶格常数第二次发生变化的晶格在热障涂层的位置确定热障涂层内部裂纹结束的位置。
可选的，在所述根据所述晶格常数第二次发生变化的晶格在热障涂层的位置确定热障涂层内部裂纹结束的位置，之后还包括：
根据所述热障涂层内部裂纹开始的位置和所述热障涂层内部裂纹结束的位置确定裂纹长度。
可选的，所述根据所述角度确定热障涂层内晶格的晶格常数，具体包括：
获取X射线波长；
将所述X射线波长和所述角度代入布拉格方程得到晶面距离；
根据所述晶面距离和晶系的面间距公式确定晶格常数。
本发明还提供一种热障涂层内部裂纹的无损检测系统，包括：
角度集合获取模块，用于获取X射线照射到热障涂层的角度集合；所述角度集合包括多个角度，所述角度为X射线与热障涂层表面的角度；
热障涂层内部裂纹位置确定模块，用于根据不同角度下热障涂层的晶格变化状态确定热障涂层内部裂纹位置。
可选的，所述热障涂层内部裂纹位置确定模块，具体包括：
晶格常数确定单元，用于根据所述角度确定热障涂层内晶格的晶格常数；
晶格常数变化确定单元，用于依次比较相邻两个角度下的晶格常数是否发生变化，确定晶格常数第一次发生变化的晶格在热障涂层的位置和晶格常数第二次发生变化的晶格在热障涂层的位置；
热障涂层内部裂纹开始的位置确定单元，用于根据所述晶格常数第一次发生变化的晶格在热障涂层的位置确定热障涂层内部裂纹开始的位置；
热障涂层内部裂纹结束的位置确定单元，用于根据所述晶格常数第二次发生变化的晶格在热障涂层的位置确定热障涂层内部裂纹结束的位置。
可选的，所述热障涂层内部裂纹位置确定模块，还包括：
裂纹长度计算单元，用于根据所述热障涂层内部裂纹开始的位置和所述热障涂层内部裂纹结束的位置确定裂纹长度。
可选的，晶格常数确定单元，具体包括：
X射线波长获取子单元，用于获取X射线波长；
晶面距离计算子单元，用于将所述X射线波长和所述角度代入布拉格方程得到晶面距离；
晶格常数确定子单元，用于根据所述晶面距离和晶系的面间距公式确定晶格常数。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提出了一种热障涂层内部裂纹的无损检测方法及系统，采用X射线法对热障涂层内部裂纹进行无损检测，根据X射线照射到热障涂层的不同角度下热障涂层的晶格变化状态确定热障涂层内部裂纹位置，解决了超声检测准确度不高，磁性检测法受限于热障涂层材料以及浸透检测法对于涂层内的裂纹状态无法检测的问题。
此外，本发明通过依次比较相邻两个角度下的晶格常数是否发生变化，确定热障涂层内部裂纹开始的位置和热障涂层内部裂纹结束的位置，根据开始位置和结束位置能够计算出裂纹长度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中热障涂层内部裂纹的无损检测方法流程图；
图2为本发明实施例中热障涂层内部裂纹的无损检测系统结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种热障涂层内部裂纹的无损检测方法及系统，采用X射线法对热障涂层内部裂纹进行无损检测。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例
图1为本发明实施例中热障涂层内部裂纹的无损检测方法流程图，如图1所示，本发明提供的一种热障涂层内部裂纹的无损检测方法，包括：
步骤101：获取X射线照射到热障涂层的角度集合；角度集合包括多个角度，角度为X射线与热障涂层表面的夹角。本实施例是从0-90°进行X射线照射。
步骤102：根据不同角度下热障涂层的晶格变化状态确定热障涂层内部裂纹位置。
本发明将待测热障涂层样品放于样品台上，待测热障涂层样品表面应尽量平整，形状以及制备方法无特殊要求；X射线照射到样品上，X射线进入样品，与样品中裂纹发生作用射出样品；X射线接收器接收射出X信号，将信号传入数字处理系统，数字处理系统能够产生XRD图谱。
步骤102，具体包括：
根据角度确定热障涂层内晶格的晶格常数(a,b,c)。确定晶格常数方法为：获取X射线波长；将X射线波长λ和角度θ代入布拉格方程2dsinθ＝λ得到晶面距离d；根据晶面距离和晶系的面间距公式确定晶格常数。晶系的面间距公式包括立方晶系面间距公式、单斜晶系面间距公式、三斜晶系面间距公式、六方晶系面间距公式等。晶系的面间距公式为晶面距离d、晶格常数(a,b,c)和晶面指标又称密勒指数(h,k,l)的关系公式。
依次比较相邻两个角度下的晶格常数是否发生变化，确定晶格常数第一次发生变化的晶格在热障涂层的位置和晶格常数第二次发生变化的晶格在热障涂层的位置。由于每一种物体的晶格常数是确定的，裂纹处会对裂纹附近的晶格产生拉伸或压缩，因此裂纹附近的晶格常数变化会很大，比如正常的YSZ的晶格常数为a＝2，b＝3，c＝4，有裂纹影响会变成a＝6，b＝3，c＝4。
根据晶格常数第一次发生变化的晶格在热障涂层的位置确定热障涂层内部裂纹开始的位置。
根据晶格常数第二次发生变化的晶格在热障涂层的位置确定热障涂层内部裂纹结束的位置。由于每个物体的晶格常数是固定的，每一次发生波动应该是晶格常数变大或变小，如有裂纹，裂纹区间的晶格常数都会与物体的晶格常数不同，当裂纹结束时也就是晶格常数第二次发生变化，晶格常数应该会恢复到物体所应该有的晶格常数。
根据热障涂层内部裂纹开始的位置和热障涂层内部裂纹结束的位置确定裂纹长度。通过在待测热障涂层样品上建立坐标系的方式确定裂纹长度，每一个晶格在坐标系都有一个对应坐标，根据坐标确定裂纹长度。
图2为本发明实施例中热障涂层内部裂纹的无损检测系统结构图，如图2所示，本发明提供的一种热障涂层内部裂纹的无损检测系统，包括：
角度集合获取模块201，用于获取X射线照射到热障涂层的角度集合；角度集合包括多个角度，角度为X射线与热障涂层表面的夹角。
热障涂层内部裂纹位置确定模块202，用于根据不同角度下热障涂层的晶格变化状态确定热障涂层内部裂纹位置。
热障涂层内部裂纹位置确定模块202，具体包括：
晶格常数确定单元，用于根据角度确定热障涂层内晶格的晶格常数。
晶格常数确定单元，具体包括：
X射线波长获取子单元，用于获取X射线波长；
晶面距离计算子单元，用于将X射线波长和角度代入布拉格方程得到晶面距离；
晶格常数确定子单元，用于根据晶面距离和晶系的面间距公式确定晶格常数。
晶格常数变化确定单元，用于依次比较相邻两个角度下的晶格常数是否发生变化，确定晶格常数第一次发生变化的晶格在热障涂层的位置和晶格常数第二次发生变化的晶格在热障涂层的位置。
热障涂层内部裂纹开始的位置确定单元，用于根据晶格常数第一次发生变化的晶格在热障涂层的位置确定热障涂层内部裂纹开始的位置。
热障涂层内部裂纹结束的位置确定单元，用于根据晶格常数第二次发生变化的晶格在热障涂层的位置确定热障涂层内部裂纹结束的位置。
裂纹长度计算单元，用于根据热障涂层内部裂纹开始的位置和热障涂层内部裂纹结束的位置确定裂纹长度。
对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种热障涂层内部裂纹的无损检测方法，其特征在于，包括：
获取X射线照射到热障涂层的角度集合；所述角度集合包括多个角度，所述角度为X射线与热障涂层表面的角度；
根据不同角度下热障涂层的晶格变化状态确定热障涂层内部裂纹位置。
2.根据权利要求1所述的热障涂层内部裂纹的无损检测方法，其特征在于，所述根据不同角度下热障涂层的晶格变化状态确定热障涂层内部裂纹位置，具体包括：
根据所述角度确定热障涂层内晶格的晶格常数；
依次比较相邻两个角度下的晶格常数是否发生变化，确定晶格常数第一次发生变化的晶格在热障涂层的位置和晶格常数第二次发生变化的晶格在热障涂层的位置；
根据所述晶格常数第一次发生变化的晶格在热障涂层的位置确定热障涂层内部裂纹开始的位置；
根据所述晶格常数第二次发生变化的晶格在热障涂层的位置确定热障涂层内部裂纹结束的位置。
3.根据权利要求2所述的热障涂层内部裂纹的无损检测方法，其特征在于，在所述根据所述晶格常数第二次发生变化的晶格在热障涂层的位置确定热障涂层内部裂纹结束的位置，之后还包括：
根据所述热障涂层内部裂纹开始的位置和所述热障涂层内部裂纹结束的位置确定裂纹长度。
4.根据权利要求2所述的热障涂层内部裂纹的无损检测方法，其特征在于，所述根据所述角度确定热障涂层内晶格的晶格常数，具体包括：
获取X射线波长；
将所述X射线波长和所述角度代入布拉格方程得到晶面距离；
根据所述晶面距离和晶系的面间距公式确定晶格常数。
5.一种热障涂层内部裂纹的无损检测系统，其特征在于，包括：
角度集合获取模块，用于获取X射线照射到热障涂层的角度集合；所述角度集合包括多个角度，所述角度为X射线与热障涂层表面的角度；
热障涂层内部裂纹位置确定模块，用于根据不同角度下热障涂层的晶格变化状态确定热障涂层内部裂纹位置。
6.根据权利要求5所述的热障涂层内部裂纹的无损检测系统，其特征在于，所述热障涂层内部裂纹位置确定模块，具体包括：
晶格常数确定单元，用于根据所述角度确定热障涂层内晶格的晶格常数；
晶格常数变化确定单元，用于依次比较相邻两个角度下的晶格常数是否发生变化，确定晶格常数第一次发生变化的晶格在热障涂层的位置和晶格常数第二次发生变化的晶格在热障涂层的位置；
热障涂层内部裂纹开始的位置确定单元，用于根据所述晶格常数第一次发生变化的晶格在热障涂层的位置确定热障涂层内部裂纹开始的位置；
热障涂层内部裂纹结束的位置确定单元，用于根据所述晶格常数第二次发生变化的晶格在热障涂层的位置确定热障涂层内部裂纹结束的位置。
7.根据权利要求6所述的热障涂层内部裂纹的无损检测系统，其特征在于，所述热障涂层内部裂纹位置确定模块，还包括：
裂纹长度计算单元，用于根据所述热障涂层内部裂纹开始的位置和所述热障涂层内部裂纹结束的位置确定裂纹长度。
8.根据权利要求6所述的热障涂层内部裂纹的无损检测系统，其特征在于，晶格常数确定单元，具体包括：
X射线波长获取子单元，用于获取X射线波长；
晶面距离计算子单元，用于将所述X射线波长和所述角度代入布拉格方程得到晶面距离；
晶格常数确定子单元，用于根据所述晶面距离和晶系的面间距公式确定晶格常数。
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CN114295679A (zh) * 2022-01-07 2022-04-08 北京航空航天大学 一种热障涂层内部裂纹检测方法及系统
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