热喷涂涂层厚度的超声无损检测方法研究(3)

长期以来人们在实践中形成了许多实用的无损检测方法，最常用的无损检测方法有五种：超声检测、射线检测、涡流检测、磁粉检测和渗透检测。这些无损检测方法已成为工业生产中的常规检测手段，另外随着科学技术的不断发展，也形成了许多新型的检测手段，比如红外检测、声震检测、激光全息检测等。在所有的无损检测方法中，超声波检测方法具有设备简单、使用方便、简单易操作、检测范围广和安全性好等优点，超声波检测仪器输出的数据转化为时域波形信号，可通过计算机的信号处理、模式识别和人工智能等先进技术，使超声波检测的可靠性和精确度越来越高［３】。近年来超声波检测零部件的质量问题已成为热点与焦点，因此与零部件质量相关的一些性能参数，比如热喷涂涂层的厚度等参数也已成为超声波检测的重要热点问题。

无损检测技术带来的经济效益是明显的。据测算，我国企业不良产品的年损失约２０００亿元。若能在生产过程中广泛采用无损检测技术，及早发现不良产品，就可以将损失减少到最小程度。如上海热电行业大量采用无损检测技术后，每年的经济效益一百万元计：另外，无损检测的经济效益还表现在产品的竞争能力上。在无损检测技术的支持下提高品产的质量和可靠性，是保障产品进入国际市场的决定性因素之一。以汽车工业为例，德国奔驰汽车公司对汽车的几千个零件全部进行无损检测后，运行公里数增加一倍，大大提高了产品在国际市场上的竞争力。日本小汽车生产中３０％以上的零件采用无损检测后质量迅速超过美国，销售市场扩大而且严重威胁美国的汽车工业【４Ｊ。

１．２涂层测厚的研究意义和存在的问题

１．２．１涂层厚度检测的研究意义

热喷涂涂层广泛应用于航空航天、油气输送、汽车制造及生物医学工程等诸多领域，例如用于材料表面保护涂层、复合结构胶接层、稀有金属箔状材料和心脏瓣膜等，在工程技术领域中占有愈来愈重要的地位。由于表面涂层质量的检测是其质量评定和满足功能使用的基本依据，因此建立表征与评价薄层质量的基本原理和方法，可为表面涂层科技发展提供技术支撑，成为该技术进一步发展的有

无勋检测

第１罩绪论

力保障。在表征表面涂层质量的一系列性能指标中，涂层厚度不但是表征涂层本身几何尺寸的一个参量，而且对涂层的性能及寿命均有很大的影响。试验证吲５】：在车轴表面进行滚压处理后分别喷涂０．５ｍｍ和１．０ｍｍ的Ｃｒ－Ｎｉ合金涂层进行车轴尺寸修复，通过扫描电子显微镜分析涂层磨损表面及疲劳断口形貌，用Ｘ射线光电子能谱仪分析磨损后表面氧化物的组成，结果表明，Ｏ．５ｍｍ厚的修复涂层具有较高的耐微动疲劳和磨损能力，能延长车轴使用寿命，而微动应力使１．０ｍｍ的涂层磨损表面超声较厚的加工硬化层和较严重的氧化破损和裂纹，对车轴的疲劳性能反而不利。表１．１中列出了《工业建筑防腐蚀设计规范》中有关钢结构设计中防护涂层的最低厚度，从中可以看出，如果在选定的构件类别下，喷涂不同厚度的涂层所能抗腐蚀的程度不同，因而钢结构构件的使用寿命也随之有所不同。由此可知，热喷涂涂层厚度的测量已然成为其质量评价中至关重要的参数之一，涂层测厚技术的研究具有很大的实际意义。

表１—１钢结构设计中防护涂层的最低厚度（／．ｚｍ）

Ｔａｂｌｅ１－１Ｍｉｎｉｍａｌｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｇｕａｒｄｃｏａｔｅｄｌａｙｅｒｉｎｓｔｅｅｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎ（／．ｚｍ）

１．２．２涂层测厚中存在的问题

近年来国内外对各种材料的热喷涂涂层在生产服役过程中的厚度测量问题还未给与足够的重视，多采用抽样破坏性的检测，难以对每个零件进行全面有效的检测，不可避免地埋下了安全隐患。这是涂层厚度检测过程中存在的一个问题，另外如图１．１扫描电镜下热喷涂涂层形貌所示，热喷涂涂层本身很薄，有的厚度值甚至在纳米量级，且涂层呈层状结构，无明显晶粒（见图１．１ａ）），但结构却很疏松，再加上其制备工艺带来的低密度、高孔隙率等特点（见图１．１ｂ）），所以层片状的涂层尽管无晶粒组织仍会导致很大程度上的声衰减【６１；并且涂层表面粗糙不平整，涂层与基体的界面也不一定是平整的界面，因此其厚度值可能在一定范围内，这也是涂层厚度检测中的不可忽略的一个问题。

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图ｌ－１ＳＥＭＦ热喷滁淙层形貌

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１．３超声检测涂层厚度的技术优势与发展

１３ｌ超声无损测厚技术的优势

涂层厚度关系到涂层的使用寿命、嫁层利料消耗及成本、涂层的应力及涂层结合强度等，成为涂层质量评价中至关重要的参数之一。在过去的几十年中，针对不同的具体结构、对象，国内外对沫层厚度榆测的研究覆盖了包括机械量具测量、显微镜测量等有损检测方法和磁性、涡流检测、红外线辐射测量技术、超声频谱、激光超声及振动、热播等多种无损检测方法。例如，非磁性金属基体表面非导电覆盖层厚度测量多采用涡流法：漆层多采用磁阻法测涂层厚度；ｘ射线荧光光谱法厚度测量广泛应用于测量点镀层的厚度。这些方法一般只适用于某些特定的材料，应用范围小．而超声无损检测方法不受被测材料的限制，应用广泛。这是超声无损检测涂层厚度的一大优势口】：且超声测厚技术除具有无损和１００％检测的优点之外，还因超声波具有方向性好、穿透能力强、能量较高和对人体无害等特点，成为涂层厚度无损检测研究的重要方向。

１３．２超声检测涂层厚度技术的研究发展

目前，表面热喷涂涂层的超声无损测厚方法主要有脉冲回波法、兰姆波法和

表面被法。德国的Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ等［８１利用表面波法对表面滁层厚度进行了超声无损表征与评价：意大利的ＦｅｒｅｙｄｏｔｍＬａｋｅｓｔａｉｎ等人唧曾利用表面波法对等离子喷涂

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第１覃绪论

金属涂层的厚度进行了测量；ＥｄｕａｒｄｏＭｏｒｅｎｏ等ＩｌＵＪ利用兰姆波法实现了复合材料表面薄层的厚度测量；国内的刘镇清和张锐【１１以２】在橡胶层的超声测量方面也作了深入的研究，大连理工大学也在陶瓷涂层等表面薄层的超声测量方面做了很多基础理论研究工作【１３】。涂层的超声无损测厚技术和方法具有重大的研究意义，也是今后超声测厚课题中的主要研究方向。

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