涂层声学特性检测与弹性常数反演表征方法研究

论文摘要

涂层材料现已广泛应用于航空航天、机械、石油、化工、核电及微器件与微制造等领域，其主要功能是防腐蚀、耐摩擦、抗氧化等表面防护。鉴于涂层在工业领域的应用越来越广泛，现代工业对装备可靠性、安全性的要求不断提高，涂层强度和失效分析越来越重要，同时涂层力学性能的表征可以及时对工业镀覆技术进行改进提供指导。在需要评价的力学性能中，弹性常数是最重要的参数之一。V(f,z)分析方法是一种频域处理方法，本课题应用该分析方法对涂层材料的弹性常数进行了反演表征方法研究。主要研究内容如下：(1)针对涂层类材料弹性常数测量系统小步进、高精度要求，优化了实验室原有的小尺寸材料弹性常数测量系统，研制了水平校准装置，提高了被测试件的水平度，保证系统满足涂层类材料弹性常数测量的高精度要求。分析了V(f,z)分析方法的理论模型，并以块体不锈钢为被测试件进行了实验研究，实验结果表明，应用V(f,z)分析方法可以得到被测试件的频散曲线。(2)根据涂层试件研究需要对涂层加工原理与加工工艺进行了研究。搭建了实验室用小型电镀镍系统。优化了电镀镍的工艺流程，针对不同的基体进行了电镀镍实验，制作了半无限域涂层材料和薄板涂层材料。电镀结果表明，采用简化的电镀镍工艺，可以制作出满足测试要求的涂层材料。(3)利用涂层材料弹性常数超声无损检测系统，分别采用点聚焦PVDF探头和线聚焦PVDF探头对半无限域涂层材料和薄板涂层材料进行了实验研究。利用V(f,z)分析方法求得了涂层材料的频散曲线。通过改变涂层镍的纵波波速和横波波速，得到不同的理论频散曲线，将其与实验求得的频散曲线相拟合，进而反算出涂层镍的弹性常数。实验结果表明，应用V(f,z)分析方法求得实验频散曲线，进而反演涂层的弹性常数是可行的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.2.1 谐振频谱法
• 1.2.2 纳米压痕法
• 1.2.3 拉伸试验法
• 1.2.4 弯曲试验法
• 1.2.5 超声波速法
• 1.3 本课题来源及主要研究内容
• 第2章 涂层材料超声传播特性与V（f,z）分析方法的理论建模
• 2.1 半无限域涂层材料的理论模型
• 2.2 薄板涂层材料的理论模型
• 2.3 V（f,z）分析方法
• 2.4 本章小结
• 第3章 涂层材料弹性常数超声无损检测系统
• 3.1 测量系统改进
• 3.2 基于V（f,z）分析方法的不锈钢试件弹性常数测量
• 3.3 本章小结
• 第4章 涂层试件的制备
• 4.1 涂层试件加工原理
• 4.1.1 法拉第定律
• 4.1.2 电流效率
• 4.2 电镀系统搭建及加工工艺
• 4.2.1 系统的主要功能
• 4.2.2 系统的主要技术参数
• 4.2.3 系统的操作步骤
• 4.2.4 电镀镍的工艺流程
• 4.3 电解质溶液
• 4.3.1 电解质溶液中的物质传递方式
• 4.3.2 电解质溶液的电导率
• 4.4 涂层试件加工质量研究
• 4.5 本章小结
• 第5章 涂层材料频散曲线的实验测量与弹性常数反演的实验研究
• 5.1 涂层材料频散曲线的实验测量
• 5.1.1 半无限域涂层材料频散曲线的实验测量
• 5.1.2 薄板涂层材料频散曲线的实验测量
• 5.2 涂层材料弹性常数的反演
• 5.2.1 半无限域涂层材料弹性常数的反演
• 5.2.2 薄板涂层材料弹性常数的反演
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所获得的学术成果
• 致谢