一种融合太赫兹数据的热障涂层制备方法

本发明属于热障涂层制备与无损检测，尤其涉及一种融合太赫兹数据的热障涂层制备方法。

背景技术：

1、热障涂层是由隔热性好的陶瓷热防护层和金属过渡层组成的“层合型”金属陶瓷复合涂层系统，因其良好的耐高温、隔热和抗腐蚀性能，被广泛应用于航空发动机涡轮叶片、燃烧室和其它热端部件表面等高温环境中来保护合金材料。热障涂层的应用不仅提高了航空发动机的燃油效率，还极大的延长了航空涡轮发动机涡轮叶片等热端部件的使用寿命。由于热障涂层优异的性能，使其成为航空发动机领域的关键热防护技术之一。尽管热障涂层已成功应用于航空发动机涡轮叶片等热端部件表面，但随着航空工业的快速发展，航空发动机向着高推重比、高强度和长寿面发展，热障涂层的工作温度和周期不断提高、工作环境也变的更加恶劣和极端。在高温、长周期和恶劣的环境中，热障涂层容易因外部冲击和内部产生的应力而过早失效，严重影响热障涂层的服役寿命。一旦热障涂层发生开裂而过早失效，航空发动机合金材料将会直接暴露在高温环境中，这将对整个航空发动机的安全性和可靠性造成威胁。因此，如何进一步改善热障涂层服役性能，延长热障涂层服役寿命，成为学界和工业界亟待解决的问题。

2、目前，传统的热障涂层制备工艺中大气等离子喷涂、电子束物理气相沉积和等离子喷涂-物理气相沉积应用最为广泛。公开已发表的专利和论文：中国专利公开号为cn114752882a和cn114574798a等均在传统制备工艺的基础上进行改进，使得热障涂层的微观结构或表层结构发生改变，从而改善热障涂层服役性能。粉末镶嵌结构热障涂层在传统等离子喷涂传工艺制备的基础上，引入第二相粉末镶嵌颗粒，使得涂层的服役性能得到改善。但在涂层的制备过程中，喷涂设备具体一定的误差性，使得粉末镶嵌颗粒在涂层中分布不均匀，粉末镶嵌颗粒含量少的涂层区域出现应力集中，导致涂层开裂，从而过早失效。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种融合太赫兹数据的热障涂层制备方法，从太赫兹成像技术结合数据驱动的角度来指导热障涂层喷涂，实现对多层粉末镶嵌结构热障涂层在喷涂过程中即时检测、涂层性能数据即时反馈、涂层喷涂参数即时优化的功能。改变热障涂层喷涂工艺方法，使得粉末镶嵌颗粒均匀镶嵌在涂层基体内，优化热障涂层微观结构，从而改善热障涂层的服役性能。并且建立喷涂参数调用模型，使得喷涂过程更简便、快捷，以解决上述现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种融合太赫兹数据的热障涂层制备方法，包括：

3、对不同镶嵌颗粒致密度的热障涂层试样进行制备；

4、通过上位机采集制备过程中的喷涂参数；

5、将热障涂层试样的镶嵌颗粒致密度与对应的喷涂参数存储到喷涂参数调用模型中；

6、设置输入镶嵌颗粒致密度，将所述输入镶嵌颗粒致密度输入多层粉末镶嵌结构热障涂层喷涂参数调用模型，输出对应的喷涂参数，根据输出的喷涂参数控制等离子喷涂装置进行喷涂，以生成目标热障涂层。

7、可选的，热障涂层试样制备的过程包括：

8、步骤s11：通过等离子喷涂装置采用双送粉通道在金属过渡层上进行第一层涂层的喷涂；

9、步骤s12：通过太赫兹成像模块对喷涂后的第一层涂层进行分区域太赫兹成像检测，得到太赫兹图像；

10、步骤s13：通过图像处理模块对所述太赫兹图像进行特征提取，生成粉末镶嵌颗粒特征，并根据粉末镶嵌颗粒特征生成粉末镶嵌颗粒致密度数据；

11、步骤s14：所述控制模块根据所述粉末镶嵌颗粒致密度数据对第二层涂层的喷涂参数进行调整，并通过等离子喷涂装置根据第二层涂层的喷涂参数进行喷涂；

12、步骤s15：重复步骤s12至步骤s14，直到完成设置喷涂层数，生成多层粉末镶嵌结构热障涂层，其中所述热障涂层依次包括合金基底、金属过渡层和多层粉末镶嵌结构陶瓷涂层。

13、可选的，进行分区域太赫兹成像检测的过程包括：

14、对喷涂后的第一涂层进行等间距划分，并通过扫描机构对第一涂层表面进行逐区域扫描，生成涂层位置和样貌信息；

15、根据涂层位置和样貌信息，太赫兹发射器发射太赫兹波，经分束器、抛物面镜后聚焦在第一涂层表面，第一涂层表面反射回太赫兹波，最后由太赫兹接收器接收；

16、太赫兹接收器采集到的太赫兹数据传输到锁相放大器，锁相放大器将太赫兹数据转换为电压信号并传输至上位机，通过上位机根据太赫兹数据特征信息进行数据融合分析成像，得到太赫兹图像。

17、可选的，通过麻雀搜索算法优化的支持向量机对所述太赫兹图像进行特征分割提取，生成粉末镶嵌颗粒特征。

18、可选的，对所述太赫兹图像进行特征分割提取之前还包括：

19、使用labelimg图像软件对太赫兹图像样本进行特征标记，获得样本集；将样本集划分为训练集和测试集，通过训练集和测试集对麻雀搜索算法优化的支持向量机进行训练，得到优化后的ssa-svm分割模型；通过优化后的ssa-svm分割模型对太赫兹图像进行特征分割提取。

20、可选的，根据粉末镶嵌颗粒特征生成粉末镶嵌颗粒致密度数据的过程包括：

21、提取所述粉末镶嵌颗粒特征的像素面积，根据所述粉末镶嵌颗粒特征的像素面积计算得到所述粉末镶嵌颗粒致密度数据；

22、其中，粉末镶嵌颗粒致密度的计算方式为：

23、

24、其中，ρ为粉末镶嵌颗粒致密度，α为误差系数，a为单个区域总像素面积，a1为粉末镶嵌颗粒特征像素面积。

25、可选的，所述控制模块根据所述粉末镶嵌颗粒致密度数据对第二层涂层的喷涂参数进行调整。

26、所述控制模块采用plc结合增量式pid算法对喷涂参数进行调整，其中所述喷涂参数包括送粉量和送粉速率。

27、可选的，所述送粉量的计算过程为：

28、

29、其中，qi+1表示第i+1层此区域涂层喷涂粉末镶嵌颗粒送粉量，vx表示喷枪移动速率，a表示设置涂层粉末镶嵌结构总致密度，ai表示经图像处理模块计算第i层涂层的此区域的粉末镶嵌颗粒致密度，dv为此涂层区域的体积，ρ为单个粉末镶嵌颗粒密度，g为自由加速度，xd为涂层各个区域的间距。

30、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

31、本发明所提供的方法可实现准确、快速、便捷的制备多层粉末镶嵌结构热障涂层，并且使得粉末镶嵌颗粒准确的均匀镶嵌在涂层基体上，增大了涂层的应变容限。本发明从太赫兹成像技术结合数据驱动的角度来指导热障涂层喷涂，并且建立喷涂参数调用模型，改进热障涂层送粉工艺，改变热障涂层微观结构，从而改善热障涂层的服役性能。

技术特征：

1.一种融合太赫兹数据的热障涂层制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

技术总结本发明公开了一种融合太赫兹数据的热障涂层制备方法，包括：对不同镶嵌颗粒致密度的热障涂层试样进行制备；通过上位机采集制备过程中的喷涂参数；将热障涂层试样的镶嵌颗粒致密度与对应的喷涂参数存储到喷涂参数调用模型中；设置输入镶嵌颗粒致密度，将所述输入镶嵌颗粒致密度输入多层粉末镶嵌结构热障涂层喷涂参数调用模型，输出对应的喷涂参数，根据输出的喷涂参数控制等离子喷涂装置进行喷涂，以生成目标热障涂层。技术研发人员：叶东东,许书恒,王卫泽,潘家保,刘厚励,李瑞,徐华超,徐洲,武轶文,印长东,徐建飞,王培勇,黄新春,黄章峰,李朝雄受保护的技术使用者：安徽工程大学技术研发日：技术公布日：2024/10/17