[01242996]航空航天高性能覆层零件表界面完整性无损检测技术与装备

航空航天隔热、吸波、耐磨抗疲劳等表面覆层的功能零件，要求在高低温、高速条件下可靠工作，功能零件覆层的表界面完整性是保证零件高性能使役的核心参数。

定量、定域、定式表征、测试和分析覆层的表界面完整性，不仅能够揭示覆层高性能形成的本质特征和变化规律，也是制造体系闭环控制和质量管理的主动保障。

覆层的表界面完整性参数主要包括：表界面特征（表界面形貌及厚度、成分、微观结构等）和表界面特性（弹性模量、密度、显微硬度、残余应力等物理与化学性质）。

无损检测作为一种不损及使用功能和使用可靠性的表界面完整性检测技术，检测原理基于检测信号的空间域和时间域反问题求解。

近年来，无损检测的内涵已由常规的无损探伤发展到无损表征与评价。常规的无损探伤由于忽略了覆层材料特性影响使反问题求解简单成熟，工业应用广泛。

功能覆层零件受到多界面、超薄、非均质介质等覆层几何与材料耦合的约束作用，表界面完整性无损检测的信号响应机制复杂、信号采集和利用受限，造成了反问题求解不适定性的突出难题，限制了定量、定域、定式表征与评价目标的实现。

本项目经10多年研究，采用超声、压电、涡流等无损检测方法，针对航空航天覆层的功能零件-飞机天线罩吸波涂层、航空发动机涡轮叶片热障涂层和发动机通道封严涂层，以及运载火箭低温阀门防卡滞层的表界面形貌及厚度、成分、微观结构、弹性模量、密度等表界面完整性参数进行无损表征与评价，发展出无损表征与评价的新原理和新方法，满足了高性能精密覆层零件表界面完整性精准检测和调控的技术需求。

主要技术发明如下：

1. 创新性的提出了航空航天功能零件覆层表界面完整性的特征信号量正则化的无损检测原理，实现了高性能精密覆层零件的无损检测理论的源头创新。

建立了超声、压电、涡流无损检测信号激励对覆层材料特性与预设的表界面完整性的特征响应原理模型，发明了多界面、超薄、非均质介质材料与覆层表界面所具有的特征检测信号量的非一致响应辨识方法，提出了将覆层表界面完整性无损检测的不适定问题转化为适定问题的特征信号量正则化检测原理，为航空航天功能零件覆层的表界面完整性无损检测技术与装备研发提供理论支撑。

2. 发明了飞机天线罩具有多层结构的吸波涂层表界面形貌及厚度的超声无损检测技术与装备。

针对飞机天线罩多层结构吸波涂层的多界面、超薄的异种覆层材料特点，建立了超声信号激励对亚层层数、界面形貌及亚层厚度的吸波涂层的超声特征响应原理模型，发明了基于声压反射系数功率谱的薄层声阻抗和超声在薄层介质中往返时间的时频域非一致响应辨识方法，将多界面、超薄覆层超声时域测厚转化为基于声压反射系数幅度谱的频域测厚适定问题，发明了超声检测多层吸波涂层测厚装备，实现了飞机天线罩多层结构吸波涂层厚度的超声无损检测，保证了航空多层结构吸波功能覆层的精密制造。

发明了运载火箭低温阀门防卡滞层的表面微观结构的压电和涡流复合无损检测技术与装备。针对运载火箭不锈钢低温阀门等零件防卡滞层制造的超薄、表面微裂纹及孔隙的覆层材料特点，建立了奥氏体不锈钢覆层表面缺陷尺度、异相马氏体分数的压电阻抗与涡流响应复合检测原理模型，发明了覆层低维缺陷的压电激励高阶结构振型非一致响应辨识方法和覆层异相的电涡流相位角非一致响应辨识方法，发明了高灵敏度的高激励电压压电阻抗检测系统和异相组织电涡流检测仪，实现了航天低温阀门零件覆层微缺陷和异相组织的复合无损检测，保证了航天低温阀门密封零件的精密制造。

发明了航空发动机涡轮叶片热障涂层的几何和多物理参数超声无损检测技术与装备。

针对航空发动机涡轮叶片热障涂层非均质介质、多界面、超薄的材料特点，建立了预设不同覆层组织和微观孔隙的厚度、密度或弹性模量等几何和多物理参数的组合超声测量原理模型。

发明了基于声压反射系数自相关函数的双（多）参数反演辨识方法。

发明了热障涂层的超声波水浸聚焦技术与装备，实现了航空发动机涡轮叶片热障涂层厚度、界面粗糙度、密度和弹性模量等表界面完整性参数组合的超声无损检测，保证了航空发动机热障涂层的精密制造。