热障涂层纳米CT三维成像研究

发布时间：2017-12-05 20:01

  本文关键词：热障涂层纳米CT三维成像研究

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【摘要】：热障涂层是高推重比航空发动机涡轮叶片高温防护的关键技术之一,具有典型的层状结构特征,热障涂层的三维结构对其性能有非常重要的影响,直接影响涂层的使用寿命,因此寻求热障涂层层状结构三维表征的新方法,完成对涂层形貌、组成、厚度、孔隙及孔隙率等质量指标的评价具有十分重要的意义。本文以等离子喷涂法制备的双层结构热障涂层为研究对象,进行以下研究:(1)通过金相显微镜和扫描电子显微镜进行表面微观结构分析,观察了热障涂层层状结构,在扫描电镜下对热障涂层试样表层厚度进行了局部测量,得到热障涂层厚度为211.0μm,其中陶瓷隔热层厚度为114.5μm,粘结层厚度为96.5μm。采用能谱分析仪对陶瓷隔热层、粘结层和基体合金进行能谱分析,确定不同结构的元素分布及百分比含量,并对热障涂层X射线线衰减系数进行了理论计算分析。(2)对同一热障涂层试样分别进行了成像分辨率为1.57μm和0.99μm的纳米CT成像,投影图像重建后得到热障涂层的断层图像。通过断层图像从二维上分析了热障涂层的结构、特征缺陷和交界面形貌。然后结合图像处理方法实现了陶瓷隔热层、粘结层和基体合金的分割提取。对分割结果进行三维重构,得到热障涂层各层结构的三维形貌。热障涂层界面形貌可用表面粗糙度描述,分别计算了不同分辨率下陶瓷隔热层外表面、陶瓷隔热层-粘结层交界面和粘结层-基体合金交界面的表面粗糙度。当分辨率为1.57μm时,得到的三个表面粗糙度依次为:9.30μm、5.76μm和4.69μm。当分辨率为0.99μm时,得到三个表面粗糙度依次为:9.37μm、6.09μm和4.07μm。(3)在三维分割的基础上,对不同分辨率下的热障涂层、陶瓷隔热层和粘结层在厚度方向统计像素点个数进行厚度分析。当分辨率为1.57μm时,得到各层厚度依次为:227.08μm、126.21μm和100.87μm。当分辨率为0.99μm时,得到各层厚度依次为:229.98μm、124.96μm和105.02μm。陶瓷隔热层和粘结层厚度均匀性可用厚度方差表征,得到粘结层厚度分布比较均匀。(4)采用灰度阈值分割法分别计算了不同分辨率下热障涂层、陶瓷隔热层和粘结层的体积孔隙率。当分辨率为1.57μm时,得到各层孔隙率依次为:3.13%、3.10%和3.18%。当分辨率为0.99μm时,得到各层孔隙率依次为:3.41%、3.38%和3.45%。并通过可视化方法显示了热障涂层内部孔隙的三维分布,最后以孔隙体积和孔隙直径对孔隙特征进行了定量表征。研究结果表明,纳米CT技术可用于定量分析涡轮叶片热障涂层的三维形貌、厚度、孔隙及孔隙率等参数的表征。
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP391.41

【参考文献】

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本文编号：1255989