先进碳纤维复合材料表面涂层厚度测量研究.doc

1、XX大学毕业设计（论文）题 目: 先进碳纤维复合材料表面涂层厚度测量研究 学 院： 测试与光电工程学院专业名称： 测控技术与仪器班级学号： 学生姓名： 指导教师： 二Oxx 年 六 月 先进碳纤维复合材料表面涂层厚度测量研究 摘要：碳纤维复合材料无论在航空领域，军工制品还是民用制品上的应用都非常普遍，为了防止在高温和高速气流中的热腐蚀性和冲刷性，通常要在复合材料上镀一层碳化硅材料1。现有的涂镀层测量方法有磁法，涡流法，射线法，光学法，超声法等。涡流法涂层测厚仪轻便易携，操作简单无困难，能够进行非接触测量，测量速度快准确率高，价格低廉，因此涡流法测涂层厚度是非磁性基体上涂层厚度测量十分普遍的方法

2、2。 本文主要是开展碳纤维复合材料涂层厚度涡流法测量技术研究，以基于提离效应的金属基体表面覆盖层涡流法测量原理为基础，完成了涂层厚度测量的实验研究，其中，进行了最佳频率参数选择实验和涂层厚度测量实验。在涂层厚度测量实验中测试了基体试块和涂层试块的电导率值。基体上放置标准厚度薄膜试片（25-762um）对应的提离值，用以模拟涂层厚度测量试块上涂层厚度提离点值等实验，并记录数据。进行了先进碳纤维复合材料涂层厚度涡流法测量技术可行性实验分析。最后利用origin8.0软件对数据进行函数拟合处理，进一步为碳纤维复合材料涂层厚度涡流法测量研究与工程应用提供了技术支持3。关键词：碳纤维复合材料 涂层厚度

3、涡流检测 非均匀低电导率 Study on the surface coating thickness of advancedcarbon fiber compositesAbstract: Carbon fiber composite material in aviation field, the application of military industrial products and civilian products are very common，in order to prevent the hot corrosion and scouring in the high temp

4、erure and high speed airflow，are usually coated with a layer of silicon carbide materials in composite materials。Measuring method of the existing coatings have magnetic method, eddy current method, the ray method and optical method, ultrasonic method, etc. Eddy current method of coating thickness ga

5、uge and lighter and easy to carry, the operation is simple and easy to master, easy to realize the non-contact measurement,the measurement is accurate and rapid，the price is also low，so it is the common method during Nonmagnetic substrate coated thickness measurement。 This paper is to carry out tech

6、nology research which is based on the the eddy current measurement of the thickness of carbon fiber composite materials coatings，the theory model was established，based on the model completed feasibility study and experimental study of coating thickness measurement，the optimum parameters of the frequ

7、ency detection，lift-off value on different points of 4# substrate，lift-off value of 4# Substrate placing different thickness of thin film layer，lift-off value of different points in 5#。and 4 # block covering film (80-90 - um) compared with 5 #，4# cover how thickness of thin film can distinguish,and

8、record the data，finally using origin software to deal with the data and mapping，so for the accuracy of thickness measurementof carbon fiber composite coating provided technical support.Keywords: Carbon fiber composite Thickness of coating Eddy current testing Nonmagnetic ultra-low conductivity目 录1 绪

9、论1.1 引言11.2 课题研究背景及意义11.3 国内外研究概况及发展趋势31.4 涡流检测的应用及特点41.5 课题研究的主要内容52 涡流法测厚技术理论基础 2.1 阻抗分析法6 2.2 线圈阻抗的影响因素62.3 涡流测厚技术原理及影响因素73 先进碳纤维复合材料电导率测量实验 3.1 先进碳纤维复合材料电导率测量方法原理83.2 先进碳纤维复合材料及其涂层电导率测量104 先进碳纤维复合材料涂层厚度涡流法测量试验研究4.1 实验仪器设备与试块144.2 实验研究内容与方案154.3 先进碳纤维复合材料涂层厚度测量实验164.4 实验数据等高图制作及分析325 试验结果分析与展望5.1

10、 实验结果分析375.2 展望37参考文献38致 谢39先进碳纤维复合材料表面涂层厚度测量研究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、航空领域中金属和陶瓷等构件的检测。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的在役检测4。航空零部件如发动机螺孔、叶片等的裂纹和表面与近表面缺陷的检测通常用到涡流检测。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，会在表面涂一层陶瓷，但涂的陶瓷又不能太厚，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

11、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及黑色金属管道的在役和役前检测也十分广泛。在对管道晶间腐蚀、壁厚减薄和外壁磨损等检测中能有效地去除支撑板和管板的干扰信号并可靠检出。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、甲板等铁磁性材料及焊缝质量控制。涡流检测技术用于螺纹、钛管等金属管道的检测；用于各种军工兵器役前和在役检测；各种金属管、棒材的在线

12、、离线检测都离不开涡流检测。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；管道在线、离线检测时的某些干扰信号能够被有效抑制，能够高灵敏度地对金属管道内外壁缺陷进行检测检测；机械零部件混料分选，热处理状态和渗碳深度评价，硬度测量等都能用到涡流检测技术。主要仪器有：EEC-22+、EEC-33、EEC-30+、EEC-2004。涡流检测技术是一种既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的成熟的涂层厚度测量技术。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

13、应5。1.2课题研究背景及意义 目前，由各种基体制成的先进复合材料已经被广泛的应用于社会工业的各个领域，这些先进复合材料有着高强度比、耐腐蚀、耐磨等普通材料无可比拟的优越性能。其中航空航天的关键高温部件都用以碳化硅为首的碳纤维复合材料和陶瓷基复合材料制成，但是许多航空航天构件需要在高达 1650C以上的高温环境下工作，而以碳化硅为首的碳纤维复合材料工作环境温度甚至高达2000C完全能够满足要求6。高性能纤维具有耐热性佳，重量轻，高强度，高模量的优越的材料性能。碳纤维是一种高性能的纤维材料，具有轻量性和纺织纤维的可加工性，重量比铝还轻，但硬度比钢还硬，其性能远超铁，其比重是铁的 1/4,强度是铁

14、的 10 倍。碳纤维复合材料质量轻，但是其强度却可以与钢相媲美。除此之外，碳纤维由于其具有抗氧化性，表面不会生锈。使用碳纤维材料作为构建材料，可以显著的减少整体重量，在动力系统中部件重量的减少可以使得燃油效率得到提高。所以可以说以碳化硅为首的碳纤维复合材料集中体现了新型材料技术和典型的代表了先进复合材料，航空航天、军工以及其它民用工业领域已经广泛的应用了该类复合材料。例如火箭发动机喉衬、飞行器翼前端、火箭鼻锥体等航天领域最严峻的高温受热部分运用了该类复合材料的耐蚀抗氧化特性，同时需要在基体表面镀一层碳化硅材料（厚度约 50160m）用于防止此类先进碳纤维复合材料在高温工作环境中被氧化烧蚀而造成

15、失效事故7。在过去的二十多年中，表面工程技术经历了从单一至复合再到纳米技术的发展历程。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。如果涂层太厚，一方面造成浪费，另一方面导致涂层与基体的结合强度下降。如果涂层太薄，一方面无法达到材料表面处理的目的，另一方面满足不了部件表面性能的要求。若覆层厚薄不均，也会对涂层的力学物理性能产生不良影响。因此需要精确测量表面涂层的厚度用以评价表面质量。而实际中使用这种涂层厚度不满足要求的构建将会造成重大的事故。为此，要求采取一定的有效检测方法对涂层的厚度进行测量是十分有必要的，所以涂层测厚技术也因此随之发展起来。目前金相显微镜测厚法、超声测厚法、射线测厚法、磁感应测厚法、电涡流测厚法等都被用于涂层厚度的测量。由于各种方法所适用的检测对象不同，尽管存在重叠性与差异性，但各种方法的优劣性却不尽相同。根据各自特点选择性运用才能达到预想的效果8。目前在国内外，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。而利用了提离效