特种复合材料的膜层厚度的涡流测量的研究毕业论文

《特种复合材料的膜层厚度的涡流测量的研究毕业论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《特种复合材料的膜层厚度的涡流测量的研究毕业论文（38页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、 毕业设计（论文）题目： 特种复合材料的膜层厚度的 涡流测量的研究 系 别 信息与电子学部专业名称 测控技术与仪器班级学号 108201211学生 修忻指导教师唐继红二O一四 年 五 月 29 / 38毕业设计（论文）任务书I、毕业设计(论文)题目：特种复合材料涂层厚度涡流法测量的研究II、毕业设计(论文)使用的原始资料(数据)与设计技术要求：原始材料准备： 1、试样若干；2、涡流检测仪器与专用探头; 3、相关论文资料若干篇与行业标准。 设计技术要求： 1. 设计实验工艺； 2. 选择特种复合材料涂层厚度涡流法测量的频率； 3. 开展特种复合材料涂层厚度涡流法测量可行性的实验研究; 4. 对实

2、验数据进行分析处理；5.课题总结与论文撰写。III、毕业设计(论文)工作容与完成时间： 工作安排如下：1.英文资料翻译与开题报告 第1-4 周2.学习涡流法测厚的原理、方法第5-7 周3.相关试件的分析与实验步骤设计 第8-12 周4.数据分析与相关参数的修正 第13-14周5.撰写论文 、准备答辩 第15-18周 、主要参考资料：1.任,林俊明.电磁无损检测M.:科学,2008. 2.宋植堤.覆层厚度测试技术M.1992.8.3.陆明炯.实用机械工程材料手册M.市.科学技术,2004:1102-1103.4.屠海令,江君照.金属材料理化测试全书M.市.化学工业,2006:236-237. 5

3、.任.涡流检测M.:国防工业,1985:51-55.6.Dubov A A. Method of magnetic memory of metals J.Tyazheloe,2003,4(8):6-7.7. 振作.涡流涂镀层测厚仪开发与应用现状J.2004,(03)8. 雪莲.磁性法和电涡流测厚仪的特点与其应用J.表面技术，2004,(06)9. 任.电磁检测M.：机械工业，200010. 曾亮. 特种复合材料涂层厚度涡流法测量技术的研究 ,201211. 任，曾 亮，丽攀，宋 凯， 曦. 碳纤维复合材料涂层厚度涡流法测量的研究,2011 信息与电子 学部 测控技术与仪器 专业类 108201

4、2 班学生（签名）： 日期： 2014 年 2 月 25 日指导教师（签名）： 助理指导教师(并指出所负责的部分)： 信息与电子学部 学部主任（签名）：附注:任务书应该附在已完成的毕业设计说明书首页。学士学位论文原创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。除了文中特别加以标注引用的容外，本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期：学位论文使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位

5、论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权航空大学科技学院可以将本论文的全部或部分容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。作者签名： 日期：导师签名： 日期：特种复合材料的膜层厚度的涡流测量的研究 学生： 修忻 班级：1082012 指导老师： 唐继红摘要：金属部件上涂镀覆盖层,因其明显地改善了材料表面的抗磨、抗蚀等特性,故在各工业领域中获得了广泛的应用。覆盖层厚度的精确测定不仅是优化涂镀工艺的基础,也是表面层质量评价的关键。非破坏性测厚虽有射线、超声、磁感应、电磁涡流等多种方法,但对薄金属镀

6、层厚度的检测,采用涡流法无疑是最有效的。本文通过开展特种复合材料基体（特种碳纤维复合材料）与其表面涂层（碳化硅抗氧化保护涂层）厚度的涡流检测技术研究，完成了涂层厚度涡流法测量的可行性理论与试验研究，确定了理论测量围和分辨率，开展了相关特种碳纤维复合材料涂层测厚试验，并且对基于特种碳纤维复合材料最佳检测参数试验、基于特种碳纤维复合材料涂层测厚对比试验、基于4#基体不同点的不均匀性测试不同点的提离值、以 薄膜为模拟涂层的特种碳纤维复合材料涂层厚度测量试验、在5#工件不同点测试其提离值以与将 4#试块覆盖薄膜（约为80-90um)与5#对比、4#工件在多少厚度的薄膜能分辨等进行试验，同时利用Orig

7、in软件对测量所得的数值进行数据分析，并绘制如文中所得图形。从而为特种碳纤维复合材料涂层厚度的涡流法测量提供了可靠的理论依据和技术支持。关键词：碳纤维复合材料，涂层厚度，涡流检测，非均匀低电导率指导老师：Special composite membrane layer thickness of the eddy current measurement researchStudent name : Xiuxin Chen Class: 1082012Supervisor:Jihong TangAbstract: The surface cladding of metal components,

8、improving service characteristics of materials, such as corrosion resistance and wear resistance obviously, has been applied widely in various industry fields. Thickness measurement of the metal cladding is not only the basis of optimizing the cladding technology but also a key parameter of evaluati

9、ng the coating quality. Though many non destructive methods for thickness measurement exist, such as radial method 、ultrasonic method、magnetic included current method and eddy current method, the eddy current technique, no doubt, is the most effective method for evaluating the thickness of the thinn

10、er metal cladding. This article completes the researchment of the feasibility theoretical and experimental study, determines the theoretical measurement range and resolution through carrying out the technology research of thickness measurement for the surface coating (anti-oxidation protective coati

11、ng of the silicon carbide) on the special composite material matrix(special carbon fiber composite material), And based on the special carbon fiber composite material optimum parameters of the detection test、Based on the special carbon fiber composite coating thickness contrast test、Based on the non

12、uniformity of 4 # matrix difference test lift-off value differences、In thin film coating to simulate special carbon fiber composite coating thickness measurement test、In 5 # artifacts difference test 4 # block of the lift-off values, and will cover film (about 80-90 um) compared with 5 #、4 # artifac

13、ts such as the thickness of the thin film can distinguish test 、And Origin software was used to measure the numerical data analysis, and draw graphics such as the income. Thusit provides a reliable theoretical basis and technical support for the precision measurement for the special carbon fiber com

14、posite materials coatings thickness by eddy-current testing. Keywords: carbon fiber composite，thickness of coating，eddy current testing，nonmagnetic ultra-low conductivity Signature of Supervisor:目录1. 绪论1.1 引言11.2 课题研究背景与意义11.3 国外研究概况与发展趋势31.4 课题研究的主要容52. 涡流法测厚技术理论基础2.1 涡流检测原理62.2 阻抗分析法62.3 线圈阻抗的影响因素

15、63. 试验研究3.1 试验仪器与工件83.1.1 工件83.1.2 仪器与探头93.2.1 用SMART-2097涡流检测仪的实验研究容93.2.2 用EEC-2004电磁检测仪的实验研究容93.3.1 用SMART-2097涡流检测仪的实验研究方案103.3.2 用EEC-2004电磁检测仪的实验研究方案103.4.1 基于特种碳纤维复合材料最佳检测参数试验113.4.2 基于特种碳纤维复合材料涂层测厚对比试验133.4.3 基于4#基体不同点的不均匀性测试不同点的提离值143.4.4 以薄膜为模拟涂层的特种碳纤维复合材料涂层厚度测量试验153.5.1 点式探头最佳检测参数试验183.5.

16、2 试块（B1、B2、B3）涂层厚度测量对比试验213.5.3 标准厚度的塑料薄膜模拟涂层厚度测量（B3-b面为基体面）223.5.4 试块（B1、B2、B3）涂层a面的厚度测量试验254. 试验结果分析4.1 用SMART-2097涡流检测仪的试验结果分析274.2 用EEC-2004电磁检测仪的试验结果分析275. 结论与展望5.1 结论285.2 展望29参考文献30致 31特种复合材料的膜层厚度的涡流测量的研究1. 绪论1.1 引言随着社会不断的发展和进步，涡流检测技术已经被应用在很多地方，比如航天、航空领域中金属和瓷等构件的检测。为了确保飞船和飞机的飞行安全，则必须对有关构件进行定期

17、的在役检测。涡流技术通常用于检测航空发动机螺孔裂纹、叶片裂纹、起落架下的表面与近表面的缺陷。同时，涡流检测能够有效的抑制探头晃动、材质不匀等引起的干扰信号等问题。比如，航空飞机为了能够在高速飞行的状态下抵抗高温而引起的各种问题，会在表面涂一层瓷，但涂的瓷又不能太厚，所以需要用到无损检测对它进行检测，而无损检测中的涡流检测有能很好的对材料进行检测。主要仪器有：SMART-2097、EEC-2004等。涡流法还用于汽轮机大轴中心孔、抽油竿、钻竿、螺孔等部件的检测。主要仪器有：EEC-39、SMART-2004、EMS-2000。此外，涡流检测技术用于电站石油化工等领域的有色与黑色金属管道的在役和役

18、前检测也十分广泛。对管道晶间腐蚀、壁厚减薄和外壁磨损等均能可靠检出，在检测中能有效地去除支撑板和管板的干扰信号。金属磁记忆技术用于装甲车、坦克等金属结构件的早期诊断；低频电磁场、漏磁技术用于储油罐、甲板等铁磁性材料与焊缝质量控制。涡流检测技术用于螺纹、钛管等金属管道的检测；用于军工兵器的炮筒、炮弹底座、导弹发射架、弹壳，战机的发动机机翼、叶片、起落架和轮毂等的役前和在役检测；涡流检测技术用于各种金属管、棒材的在线、离线检测。在检测过程中，能同时兼顾长通伤、缓变伤等长缺陷和短小缺陷；能够有效抑制管道在线、离线检测时的某些干扰信号，对金属管道外壁缺陷检测都具有较高的灵敏度；还可用于机械零部件混料分

19、选，热处理状态和渗碳深度评价，硬度测量等。主要仪器有：EEC-22+、EEC-33、EEC-30+、EEC-2004。涡流检测技术是一种成熟的镀层厚度测量技术, 可以用来测量镀在铁磁性金属物质表面的非铁磁性金属镀层的厚度，也可以用来测量金属表面的非金属层的厚度。测量镀在铁磁性金属物质表面的非铁磁性金属镀层的厚度应用的是磁感应技术；金属表面的非金属层厚度的测量应用的是涡流的提离效应。1.2 课题研究背景与意义目前，由金属基、树脂基、碳基、和瓷基作为主要的先进复合材料已经被广泛的应用于社会的各个领域，由于这些先进复合材料在某些材料性能方面有着普通材料无可匹敌的优点，例如，高强度比、耐腐蚀、耐磨等等

20、。其中以碳化硅为首的碳纤维复合材料和瓷基复合材料通常作为高温耐热构件已经被应用于航空航天的关键高温部件当中，然而许多航空航天构件的工作环境温度可高达1650C以上，而以碳化硅为首的碳纤维复合材料则是工作环境温度在 1650C 以上尤其是超过 2000C 的唯一候选材料。所以可以说以碳化硅为首的碳纤维复合材料是新型材料技术的集中体现以与先进复合材料的典型代表，而且该类复合材料已经被广泛的应用于航空航天、军工以与其它民用工业领域。例如，作为耐烧蚀抗氧化材料用在航天领域最严峻的高温受热部分，如火箭发动机喉衬、飞行器翼前端、火箭鼻锥体等，同时，为了防止此类特种碳纤维复合材料在高温工作环境中被氧化烧蚀而

21、造成失效事故，通常需在其基体表面镀一层碳化硅材料（厚度约 50160m）。在对零部件进行表面处理时所采用的是表面覆层技术。不同的零部件根据其所要求的性能来选择其表面涂镀层的厚度，如果涂镀层过厚，将会造成涂镀层与基体材料之间的结合强度偏低，材料的应力过大，使得涂层容易脱落。如果涂镀层过薄，则会达不到对材料进行表面处理的要求。因此精确测量表面涂镀层厚度就显得十分的重要，而在使用的过程当中这种未满足涂镀层厚度要求的构件承受着各种高强度载荷作用，因此易诱发裂纹以与其他各种缺陷，从而是导致重大安全事故发生的重要原因之一。为此，要求采取一定的有效检测方法对涂镀层的厚度进行测量是十分有必要的，所以涂镀层测厚

22、技术也因此随之发展起来。目前，有许多方法可以实现对于涂镀层的测量，其中非破坏性测量方法主要有金相显微镜测厚法、超声测厚法、射线测厚法、磁感应测厚法、电涡流测厚法等。由于各种方法所适用的检测对象不同，尽管操作应用方法差异，但各自具有其自身的优缺点。例如，金相显微镜测厚法测量误差甚至达到了 0.8m，但这种方法的试验试块的制样过程比较复杂并且要求十分精确，所以所花费都用比较高，因此比较难以实现。超声测厚法测厚具有比较高的灵敏度，虽然可以满足目前工业生产中的测量精度要求，但这种方法的测量围比较大，一般为 1200mm，所以难以实现对于m 级超薄涂层的测量，而且在测试过程中还需要使用耦合剂，导致操作不

23、便。而射线测厚法的优点能够比较直观的显示厚度影像并且能够进行非接触高精度测量，缺点就是检测成本比较高、检测灵敏度受多种因素的影响并且使用时存在射线辐射的安全防护问题。磁感应测厚法通常被应用于磁性材料表面上绝缘磁性镀层厚度的测量，其测量围只达到了 500m20mm，并且其测量面积最小约为12mm，故对于点围涂层厚度难以测量。目前在国外，以上所述的测厚方法都已经有了比较成熟的测量技术基础，并且被广泛应用于社会各个领域。但其中的一些测厚方法都难以满足超薄涂层（几十个m）的测量要求。而涡流法涂层测厚因为有利用了涡流检测过程中的提离效应，当选择最佳的检测频率时，这种方法对于铜膜厚度的有效高精度测量围可达

24、到10150m。因此在测量超薄涂层厚度的各种方法中，涡流测厚法有着其他测量方法无可比拟的巨大优势。到现在为止，涡流测厚法已被广泛运用于社会的许多领域，也引来了许多学者的研究，并取得了一定的科研成果。但这种测厚技术还是不够成熟，其测量的涂层对象主要为基体材料的电导率与涂层材料电导率差异很大的涂层厚度或者是非磁性或磁性金属基体上的绝缘层厚度，而本次课题所研究的对象则是采用三向编织工艺制成的带 SiC 涂层的特种碳纤维复合材料的基体材料，这种材料虽然是属于非磁性金属基体上金属涂层畴，但是不同于一般金属材料，这种材料的基体和涂层都属于低电导率材质并且存在电导率不均匀分布的性质。目前国针对磁性低或非磁性

25、电导率金属基体上低电导率涂层厚度测量的研究并没有取得关键突破性的进展，然而此项研究技术对于弥补国运用涡流法进行涂层测厚无损检测评价有着十分重要的意义，因此这类材料涂层厚度涡流测量方法的研究也成为涂层测厚领域一亟待解决的关键技术问题。 本次课题主要是基于目前涡流测厚技术研究的基础上，探讨研究特种碳纤维复合材料涂层厚度涡流检测的可行性，为实现涡流法测量特种碳纤维复合材料涂层厚度提供实用、可靠的试验和理论依据。1.3国外研究概况与发展趋势目前在许多重要的工业应用中，常常遇到各种工件厚度测量问题。例如，飞机机翼厚度以与化工容器的厚度，核反应燃料棒包覆层等。厚度测量视对象不同，常采用超声、射线、电磁涡流

26、等不同的方法进行测量。这些方法各有优缺点，在应用上互相补充。射线法需要放射源，现场使用中存在防护问题，使用不太方便，并且存在安全隐患。超声测厚有共振法、脉冲反射法，从测量精度来将，可以满足生产中的各种要求，但超声法需要耦合剂，并且被测厚度需大于2mm。涡流测厚不仅具有快速、准确和无接触以与其他许多优点，而且除了用于测量板材、管材等单层厚度，还可以对涂层、镀层和多层复合材料分层的厚度测量。 采用电涡流原理由此开发涡流涂镀层测厚仪，测量非磁性金属基体上非导电覆盖层厚度已经有数十年历史。20世纪60年代末期，已有国产的电子管式涡流测厚仪应市。随着新型工程材料的开发，微电子技术应用和标准化事业进程，尤

27、以近十年来，涡流测厚技术得到迅猛的发展，涡流涂镀层测厚仪在电路设计、新型传感器应用、测头的多制式与通用性和量值显示与数据打印，测控功能扩展与其智能化诸方面，都不断取得突破与创新。 早在50年代，福斯特就在基础试验和理论推导的基础上发表了大量有关涡流检测的论文，并且创办了福斯特研究所。他的涡流检测技术与设备由此推动了全世界涡流检测技术的发展。除前西德以外，美国、法国、前联、英国、等国家也先后做了大量的开发性工作，发表了大量论文，由此今天也都能生产高水平的涡流检测设备。 我国于20世纪60年代才开始开展涡流检测的研究工作，70年代中期成功研制了FQR7503型和FQR7504型膜层测厚仪、FQR7

28、501型和FQR7502型涡流电导仪以与FQR7505型涡流探伤仪等一系列涡流检测设备。从初期的YY-11型管材探伤仪，到后来相继研制成功的YY-17、YS-1、WTS-100、NE-30等多种涡流检测仪器，到了20世纪90年代，研制生产了EEC-96型数字涡流检测设备。这些设备在我国的航空航天、电力、化工、核能等领域中正在发挥着愈来愈重要的作用。 目前，在金属和非金属覆盖层厚度测量方面,应用方法很多。例如:金属覆盖层厚度的测量方法主要有X射线光谱测量法、射线反向散射法、横断面厚度显微镜测量方法、磁性法等等。针对铝和铝合极氧化膜厚度的测量方法主要有分光束显微法、重量法、涡流法等等。复合金属覆层

29、厚度的测量方法主要有金相法、X荧光法、容量法、X 射线光谱测量法等。在以上所述的方法中,能够无损检测覆盖层厚度的方法为非磁性金属基体上非导电覆盖层厚度测量的涡流方法、磁性金属基体上非磁性覆盖层厚度测量的磁性方法、X 射线光谱测量法和射线反向散射法。但是在X射线光谱仪和射线反向散射法应用上,因为检测设备价格太高,往往作为检测的高档设备供实验室使用,而在现场大量使用基于磁性方法和电涡流方法的测厚仪。国外涡流测厚技术主要有分为两大类应用，一是覆盖层厚度测量,另一个是金属管板箔厚度测量。在国外，涡流测厚技术已经被广泛的运用，其中颇有代表性的美国CMI公司由最初通过对电导率的测量来测金属镀层的厚度，发展

30、到后来测镀层阻抗值的方法来对金属镀层进行测量，精度达到了0.56%，测量围为1-50m。在国测厚领域，涡流法也经已被广泛运用，但测量对象皆为非磁性或磁性金属基体上绝缘层或非磁性覆层厚度。分辨率达1m3%测量值，测量围最小为0-200m。1.4 课题研究的主要容1. 了解国目前外涡流测厚技术。2理解了随着涂层厚度的增加，提离值也随之增加。3. 结合涡流检测的方法原理，理解和掌握涡流测厚的方法。4. 了解到虽然是同样一块试块，但由于涂层厚度的不均匀性，各点的提离值都不一样。2. 涡流法测厚技术理论基础涡流检测技术作为以电磁感应原理为基础的无损检测方法，它已经被广泛的应用在导电材料的无损检测中，当在

31、交变磁场中放置一块导体材料时，由于电磁感应的作用就会在导体材料部感应出旋涡状的电流，即涡流。而同时也将产生一个一样频率的磁场，但这个磁场的方向与原磁场的方向相反，这个反相磁场就会使得检测线圈的阻抗发生变化，涡流检测技术就是通过利用阻抗分析法进行涡流定量分析来进行工件检测的。2.1 涡流检测原理涡流检测是在电磁感应原理上为基础的一种常规无损检测方法。它的基本原理可描述为：如果载有交变电流的试验线圈靠近导体试件，由于线圈产生的交变磁场的作用就会在导体中感生出涡流。涡流的大小、相位与流动形式受到试件性能以与有无缺陷的影响，而涡流的反作用磁场又会使线圈的阻抗发生变化。因此，当通过测定试验线圈阻抗发生变

32、化，就可以推出被检试件性能的变化与有无缺陷的结论。2.2 阻抗分析法在进行涡流法检测时，因为在检测过程中有存在着多种影响因素的干扰，为了能够排除干扰因素并且有效的提取有用的检测信号，国外许多学者提出了一些信号分析方法，但都没有能够成功实现抑制干扰因素的影响，直到德国学者福斯特提出消除涡流检测仪器中干扰因素的理论分析，即阻抗分析法，才使得这一世界难题得了关键性的突破。 阻抗分析法是建立在相位变化与线圈阻抗变化之间关系的基础之上的一种提取有用信号并且排除干扰信号的有效信号分析方法。在进行涡流检测的时侯，涡流信号不同的相位延迟反映出电磁波在被检导体中传播深度和时间，通过分析它与线圈阻抗之间的关系就能

33、达到鉴别抑制干扰因素并且提取有用信号的目的。 这种有效方法的提出在涡流检测技术的发展过程中起到了突破性作用，为涡流检测法很好的提供了一整套完整、系统的理论体系。 2.3 线圈阻抗的影响因素涡流检测在实际检测过程中，材料磁导率、材料电导率、检测频率、探头提离等因素的变化都会引起探头线圈阻抗的变化，同时他们的变化方向也互不一样。因此将干扰因素与有用的检测信号区分开来是比较复杂并且难以实现的，如果能够有效抑制其他一些干扰因素的影响，那么就能够很好的实现比较准确的涡流无损检测评价。影响探头检测线圈阻抗的主要因素主要如下所述：（1）材料磁导率 对于铁磁性材料来说，在进行材料检测时其磁导率并不是常数，它的

34、大小通常可以达到几百亨利/米，因此即使是比较微小的磁导率变化都有可能导致很大的噪声产生，噪声就会将有用的检测信号淹没，导致检测失效。而非铁磁性材料的磁导率通常为常数并且约等于 1，因此，为了消除磁导率对检测线圈阻抗的巨大影响，通常通过高强度磁化材料至磁饱和状态并使其磁导率趋于常数的条件下来抑制材料磁导率的影响。 （2）材料电导率 材料电导率对涡流检测线圈有着直接的影响，涡流法对于缺陷的检测就是利用缺陷部分与母材电导率的不同所产生的检测信号存在差异的这个特点。而且由于材料电导率不同将会导致检测线圈阻抗的大小不同，因此根据涡流的这个特点就可以利用涡流法进行热处理状态检测以与材料的筛选工作。（3）探

35、头提离效应 探头的提离指的是探头检测线圈与工件之间的距离，当探头检测线圈的提离距离有发生变化时，被检工件部的磁通密度就必然会发生改变，基于电磁感应的作用，检测线圈的阻抗也将会发生改变，这种改变就称之为提离效应。探头的提离效应能很大程度的影响涡流检测的信号，因此在利用涡流进行探伤时需要尽量抑制提离效应的发生，所以在测量电导率时需要尽量避免在人为操作过程中探头与被检试件接触不紧密和探头晃动的情况发生，从而避免因提离效应对探头检测线圈阻抗的影响而导致的电导率的测量的不准确。然而在某一些特殊场合如涂镀层厚度测量时又可以利用它的提离效应进行高精度测量。（4）检测频率 在涡流法检测过程中有存在涡流趋肤效应

36、，而涡流趋肤深度直接与选择的检测频率有关，当检测频率越高，趋肤深度就越小，就越利于表面缺陷的检测，而当检测频率越小时，趋肤深度就越大，就不利于近表面缺陷的检测。因此通过调节检测频率的大小就可以控制涡流检测深度。 3. 试验研究特种碳纤维复合材料的涂层厚度实施涡流法测量在理论上是可行的。为了能更好的验证理论研究分析结果的正确性，需要进行相应的特种碳纤维复合材料涂层厚度涡流法测量试验,在依据理论模型初步提出设计原则研制涡流探头，利用提供的试样开展特种碳纤维复合材料涂层厚度涡流检测可行性实验。3.1 试验仪器与工件3.1.1工件 图3.1：实验所用试块图中： 圆形#1试块为特种碳纤维复合材料基体试块

37、 圆形#2 、#3 为带未知 SiC 涂层厚度的特种碳纤维复合材料试块 #4 为特种碳纤维复合材料基体矩形试块 #5 为带未知 SiC 涂层厚度的特种碳纤维复合材料矩形试块半月形#1、#2 、#3 试块为特种碳纤维复合材料试块 3.1.2 仪器与探头（1）用SMART-2097涡流检测仪和 ECC-2004电磁检测仪（2）专用的 D-P 式平面涡流探头 图3.2：改进的 EEC 智能涡流检测仪 图3.3：ECC-2004电磁检测仪3.2 实验研究容3.2.1 用SMART-2097涡流检测仪的实验研究容（1） 以4#工件为基体，测试基体上的不均匀度（2） 在基体上每次以两塑料薄膜递增，测试基体

38、上膜层厚度的提离值（3） 测试5#试块不同点的膜层提离值（4） 交叉测试1#、2#、3#试块（5） 4#试块多少厚度的薄膜能分辨3.2.2 用EEC-2004电磁检测仪的实验研究容（1） 以半圆形试块的a面为带涂层面，b面为基体面，测试最佳检测参数试验（2） 测厚对比试验（3） 塑料薄膜模拟涂层厚度测量试验（4） 涂层厚度试验3.3 实验研究方案3.3.1用SMART-2097涡流检测仪的实验研究方案（1）利用提离效应测量在基底试块和带有碳化硅涂层试块上的涡流信号，比较不同试块上测量所得涡流信号的提离点的距离点数差异，并且通过反复调节，寻找最佳测量工作频率，相位，增益等。（2）基于最佳检测参数

39、的条件下，分别比较特种碳纤维复合材料基体试块与带碳化硅涂层的试块之间的提离点的差异、两块带未知厚度的碳化硅涂层特种碳纤维复合材料试块之间的提离点的差异以与带碳化硅涂层特种碳纤维复合材料试块与覆盖多薄膜（厚度为一5m）的特种碳纤维复合材料基体试块之间的提离点的差异。（3）基于最佳检测参数的条件下，利用厚度已知的超薄绝缘膜层（如厚度为20m 的超薄塑料膜层），在4#特种碳纤维复合材料基体上进行模拟涂层测厚灵敏度试验，研究涡流法实施特种碳纤维复合材料碳化硅涂层测厚的灵敏度大小。（4）利用厚度已知的绝缘标准薄层（如厚度为 100m 的超薄绝缘膜层），在特种碳纤维复合材料基体上进行模拟涂层测厚试验，分析

40、不同厚度的薄膜下提离点之间距离的规律。（5）利用厚度已知的薄膜层（取厚度为 80m 的薄膜）在4#特种碳纤维复合材料基体上进行模拟涂层测厚试验，分析4#工件与5#工件的提离点距离点数的规律。（6） 基于最佳检测参数的条件下，在4#工件上不同位置反复进行模拟涂层测厚试验，分析基体上的不均匀度。3.3.2 用EEC-2004电磁检测仪的实验研究方案（1） 在以半圆形试块b面为基体的前提下，利用提离效应测量在基底试块和带有碳化硅涂层试块上的涡流信号，比较不同试块上测量所得涡流信号的提离点的距离点数差异，并且通过反复调节，寻找最佳测量工作频率，相位，增益等。（2） 以B3-b面为基体，基于最佳检测参数

41、的条件下，与不同试块对比，得到不同提离值，同时将得到的数据通过origin软件进行分析。3.4 用SMART-2097涡流检测仪的实验研究3.4.1基于特种碳纤维复合材料最佳检测参数试验为了能方便观察，所有试验均通过调节相位使涡流信号的提离信号处于水平方向，增益均为 28 dB。首先分别在特种碳纤维复合材料基底试块（4# ）和带有碳化硅涂层的特种碳纤维复合材料试块（5# ）上进行涡流提离效应试验，可得到下图中标出的两者的提离轨迹曲线，图中涡流提离点即提离距离为 0（探头紧贴被测试块）时的涡流信号点，二点之间的距离即为基底试块和带有涂层试块上的涡流信号提离点之间的距离。使用仪器自带的标定工具，先

42、调节标定线 1 让其同时通过两个提离点，然后调节仪器使标定线 2 和标定线 3 分别经过一个提离点，由于标定线 2、3 同时垂直标定线 1，两个提离点信号之间的距离点数即为标定线 2、3 间的距离点数，该距离点数可以从仪器上直接读出，即A 值。 标定线1 标定线2 标定线3图3.4：测量结果解析按照上述方法，分别多次测量不同频率条件下特种碳纤维复合材料基底试块和带有碳化硅涂层的试块上的涡流信号提离点信号的距离点数，测量最佳频率。如下图:图3.5：频率为100kHz 的测量结果图图3.6：频率为416kHz 的测量结果图图3.7：频率为625kHz 的测量结果图根据测量最佳频率实验得到如下表3.

43、1：表3.1：不同频率条件下的实验距离点数 f(kHz)试验次数 100 200 294 357 416 454 500 555 625 714 8331 15 5 14 10 15 11 12 28 20 11 152 11 8 19 12 34 15 15 11 14 19 123 10 16 14 26 14 16 14 12 14 22 15距离点数平均值 12 9.67 15.67 16 21 14 13.67 17 16 17.33 14根据图表3.1制作曲线图3.8如下： 图3.8：频率/距离点数平均值关系曲线 由激励频率与提离点信号距离点数平均值关系曲线可以看出，随着频率的递增

44、信号距离点数先递增然后递减，在 416kHz 左右达到最大值，即当检测频率处于416kHz时基底试块和带有锡纸的试块上的涡流信号提离点的距离达到最大值，意味着此时检测分辨率也达到最大，故把此检测频率作为基于锡纸的特种碳纤维复合材料厚度测试的最佳检测频率。3.4.2 基于特种碳纤维复合材料涂层测厚对比试验通过上述试验初步确定416kHz 频率为特种碳纤维复合材料涂层厚度测量的最佳检测频率，因此选择 416kHz 作为测试频率（以下试验一样）。1） 首先进行特种碳纤维复合材料基体材料（1# ）与带碳化硅涂层的块（2# ）之间的提离点差异的对比试验，测试结果下图3.9所示： 1#与2#对比 1#与3

45、#对比 2#与3#对比 图3.9：测量结果同理，将1#与3#，2#与3#进行对比试验，得到数据如表3.2： 圆形试块提离点值1#与2# 1#与3# 2#与3#122 13624表3.2：1#与2#与3# 试块对比试验值3.4.3 基于4#基体不同点的不均匀性测试不同点的提离值1）首先将4#试块分割成如表3.3所示，然后将探头放在基体中心位置即为基准，然后在不同点测试提离值，如此往复操作，得到数据如表3.4：图3.10：4#试块表3.3：试件分割图形示意图A1A2A3A4A5A6A7A7A8A19A11A12A13A14A15A16A17A18表3.4： 4#基体的不均匀度（距离点数）A1=77

46、A2=34A3=40A4=39A5=45A6=22A7=20A6=11A9=22A10=8A11=37A12=21A13=57A14=39A15=71A16=24A17=14A18=25 图3.11：位置为A10的测量图 图3.12：位置为A1的测量图 根据图表3.4制作曲线图3.13如下：图3.13：4#基体不同点的提离值关系曲线3.4.4 以薄膜为模拟涂层的特种碳纤维复合材料涂层厚度测量试验1）首先将探头放在基体中心位置即为基准，再加上2薄膜（一5um），测试其提离值，并记录数据。第二次再加2薄膜并测试其提离值，如此一直加薄膜数，每次2。得到数据如表3.5： 膜层厚度距离点数10 20 3

47、0 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 14011 17 19 26 37 45 62 74 76 81 91 102 109 117表3.5：基体上“膜层厚度-提离点”对应值 图3.14： 覆有 2 超薄模拟涂层 图3.15： 覆有10超薄模拟涂层 图3.16：覆有 20 超薄模拟涂层 图3.17：覆有 28 超薄模拟涂层根据表3.15得到不同涂层厚度的关系曲线如图3.18：图3.18不同涂层厚度的关系曲线由覆盖锡纸数与提离点信号距离点数之间关系曲线可以看出，探头提离点信号的距离点数随着锡纸纸数的递增而递增，仅当锡纸厚度在 10m140m的围时，该提离信号点的

48、距离点数与锡纸厚度的曲线线性相关性较好，而当锡纸厚度140m 时线性关系不好，而且由锡纸汇总图可以看出随着锡纸纸数的增加提离点的距离越来越小，几乎重合。由此得知，利用涡流法测量特种碳纤维复合材料基体上导电锡纸层厚度有效测量围为10m140m，超过此围则不利于特种碳纤维复合材料基体上导电涂层厚度的测量。3.4.5 在5#工件不同点测试其提离值（1） 首先将5#s试块分割成如表3.3所示，然后将探头放在基体中心位置即为基准，最后在不同位置测试其提离值，得到数据如表3.6：表3.6： 5#不同点的膜层提离点值A1=43A2=33 A3=14 A4=12A5=19A6=19A7=34A8=21A9=5

49、A10=21A11=20A12=40A13=22A14=15A15=7A16=11A17=10A18=25图3.19：在A5时的测量结果 图3.20：在A11时的测量结果根据表3.6得到5#不同点的膜层提离点值如图3.21：图3.21：5#不同点的膜层提离点值的关系曲线3.4.6 将 4#试块覆盖薄膜（约为80-90um)与5#对比取80um,得距离点数为30经测试，4#工件在大约20um的薄膜能分辨3.4.7 4#工件在多少厚度的薄膜能分辨1） 首先将探头放在基体中心位置即为基准，再加上1薄膜（一5um），测试其提离值，并记录数据。第二次再加1薄膜并测试其提离值，如此一直加薄膜数，每次1。当

50、加到4（即为20um）时，能分辨。3.5用EEC-2004电磁检测仪的实验研究3.5.1点式探头最佳检测参数试验按照绝对式平面探头一样的方法。利用EEC-2004特有的多通道分析功能，选取矩形试块4#、5#试块进行实验。为了所有检测频率的比对都在一个条件下，我们把八通道增益都设置为15db，为了便于观察，通过调整相位把所有通道的提离轨迹都调整到垂直方向上。八通道选取的频率分别包括低频、中频、高频。具体分别为：100KHz、200KHz、400KHz、833KHz、1250KHz、1666KHz、2000KHz、3333KHz。实验结果如下：图3.22： 现场实验图 图3.23：多通道提离信号对

51、比图从实验结果可以看出：多次的实验结果说明提离信号强度随着频率的增加慢慢增加，当频率达到2000KHz时提离轨迹长且精细、强度达到最大，再增加频率时，信号就会慢慢变小。在低频提离信号非常小，不利于观察。阻抗图在2000KHz左右显示效果达到最佳，说明D-P点式探头在这个围的频率对特种复合材料试块涂层具有良好的渗透性，能够比较精确的反映出材料的特性。同时便于观察比较完整的提离信号信息，对厚度的差距也有一定的反应。同样，在以上实验的基础上，再通过实验来分析D-P点式探头在不同频率对涂层厚度的分辨能力。试验频率在833KHz3333KHz围选取。分别多次测量在不同频率条件下特种复合材料基底试块和带有

52、碳化硅涂层的试块上的涡流信号提离点信号的距离点数，测试结果如下图所示：图3.24:频率为1000KHz 时的测量结果图3.24：频率为2500KHz 时的测量结果然后计算提离点间距离点数的平均值，计算结果如表3.7所示：表3.7：不同频率条件下的提离信号距离点数 频率 KHz次数833909100011111250142816662000250033331526375818810811712310878264496474899311413087893384463879610510511710089平均值51.35267.380.791102112123.398.385.3根据表3.7绘出激励频

53、率与提离点信号距离点数平均值间的关系曲线如图3.25所示： 图3.25：激励频率与提离点信号距离点数平均值间的关系曲线由图3.25曲线可以看出：随着激励频率的递增，提离点信号距离点数的变化具有先递增然后递减的规律，同时在2000KHz左右达到最大值。说明当检测频率处于2000KHz左右时，特种复合材料基底试块和带有SiC涂层试块上的涡流信号提离点间的距离达到最大，意味着此时的检测分辨率也达到最大。所以，综合上述试验可知，2000KHZ左右的检测频率为特种复合材料涂层厚度测量的最佳检测频率。3.5.2试块（B1、B2、B3）涂层厚度测量对比试验（1） 以 B3-b面为基体面，频率：2000KHZ

54、的测量（B1、B2、B3）a面的实验；表3.8：不同试块的不同涂层厚度测量对比值试块 AmpB3-b面与B1-a面B3-b面与B2-a面B3-b面与B3-a面163301418137127235244274352（2） 频率：2000KHZ( B1、B2、B3）a面组合的实验；表3.9：不同a面试块交叉对比试验值试块AmpB1-a面与B2-a面B1-a面与B3-a面B2-a面与B3-a面15894150173112157149108180（3） 频率取2000KHZ； B3-b覆盖薄膜（76um）与B2-a面对比，经测试Amp为44。3.5.3标准厚度的塑料薄膜模拟涂层厚度测量（B3-b面为基

55、体面） 图3.26：薄膜厚度为38um时的测量结果图3.27：薄膜厚度为294um时的测量结果试验测得的不同塑料薄膜厚度条件下的涡流提离点距离点数如表4.2所示：表3.10不同厚度薄膜时测得的提离信号距离点数厚度（m）025385176102第一次测量0108130158256361第二次测量0112122159273389平均值0110126158.5264.5375厚度（m）127147167191211231第一次测量421544608739780791第二次测量447576629715758813平均值434560618.5727769802厚度（m）254274294第一次测量833

56、879936第二次测量823869946平均值828874941根据表3.10数据不同厚度薄膜时测得的提离信号距离点数得到图3.28：.3图3.28：薄膜厚度/提离信号距离点数关系曲线为了更好地分析研究提离点距离点数与绝缘薄膜厚度值之间的关系,将涡流提离信号距离点数视为自变量，绝缘薄膜厚度值视为应变量，对试验测得的数据进行拟合分析,可以得到如图4.9的关系曲线： 图3.29：提离信号距离点数/薄膜厚度的数据进行多项式拟合的关系曲线在进行曲线拟合的同时可以得到如下的拟合方程：3.5.4试块（B1、B2、B3）涂层a面的厚度测量试验（1）以B3-b为基体面，测试B1-a、 B2-a 、B3-a面

57、图3.30： B1-a第四次的测量结果图3.31：B2-a第二次的测量结果表3.11 B系列试块测得的提离点距离点数测量面 次数B1-aB2-aB3-a11632092772171256333316926834341732443065160261323平均值167.2247.4316.4带入之前拟合得到的方程中可以得到近似的涂层厚度值测量面B1-aB2-aB3-a平均值(m)50.5371.8788.85表3.12 B系列试块的近似涂层厚度值4. 试验结果分析4.1用SMART-2097涡流检测仪的试验结果分析（1）利用涡流法测量基底与带 SiC 涂层的特种碳钎维复合材料试块，只要选取合适的工

58、作频率、增益与相位，所得到的涡流信号的提离轨迹并不重合，而且两者的距离点数较大，说明涡流法对特种碳纤维复合材料涂层厚度测量的灵敏度高，有利于涂层测厚。并且最佳的检测频率约为 416 kHz 左右。（2）SiC 涂层厚度差异较小的特种复合材料之间的提离点信号并不重合且有一定的差异，说明利用涡流法实施带 SiC 涂层的特种复合材料涂层厚度的测量是有望可行的，且有较高的测量精度。（3）在利用超薄塑料膜层在4#特种碳钎维复合材料基体试块上测试试块分辨率时，最先提离线基本重合，当超薄料膜层的厚度加到20um时，提离线已经基本不重合了，且提离点有一定的差异可以分辨，所以认为4#工件在20um的薄膜能分辨。 (4) 在测试带涂层试块时，发现5#不同点的膜层提离点值均不同，故认为试块每处涂层厚度都不一样，均存在差异。（5） 在测试1#与2#，1#与3#，2#与3#圆形试块时，其中1#与2#的提离点值为122， 1#与3#的提离点值为136， 2#与3#的提离点值为24.说明了各个试块的涂层厚度都有差异。4.2用EEC-2004电磁检测仪的试验结果分析（1）利用涡流法测量基底与带 SiC 涂