金属覆层在金属基底上的无损检测方法优化

1.薄覆层的高频超声波脉冲干涉法检测

薄膜以其独特的力学、电学和光学性能而被采用。一种无损测量薄膜厚度和其他性能的方法是需要的，检测方法也必须是非接触的。因为薄膜往往需要在加工过程中检测，此时即使对微量的污染也是敏感的，常规的激光超声波检测系统是非接触的，但不能产生频率足够高的超声波束检测薄膜。

薄覆层激光脉冲检测试验示意图如图11.8-53所示。利用一Ti蓝宝石激光器，可产生一系列重复频率为82MHz的超快脉冲，激光束中的平均功率为1.5W。该激光器被调整到产生110fs（1fs=1×10^-15s）长的超速激光脉冲，射向试件表面可产生一非常短的超声波脉冲，频率分量可高至100GHz，这超声波通过覆层被基底反射回覆层表面。为了测量由超声回波可得的反射率的微小变化，利用了同步检测。在加热束中的脉冲系列，用声光调制器按2MHz切断，切断的加热束仍可产生热波，在反射率的测量中是可被检测的。加热束通过光学延迟线用一焦距为125mm的透镜聚焦在试样上。

如图11.8-53所示，用来探测超声回波的探测束用一10%光束采样器从Ti蓝宝石激光器所发出光束中分离出来。用潜望镜转动90°，进入光束分离器立方体，在界面分成两束。脉冲干涉示意图如图11.8-54所示，每束穿过聚焦透镜从试样反射回来，在界面处被组合，产生两组干涉激光束。这两支干涉激光束入射在试样上时，相隔5mm。这样，加热束和超声回波仅能影响两光束之一，另一束则可用作参考束。因为这两支干涉仪激光束行程相似，故具有良好的共同模噪声抑制，而只需阻断参考束，此干涉即可转为反射声压检测。

利用此装置，对金属基底上70mm厚的铝层进行检测，如图11.8-55所示。干涉法和反射声压法均可得到4个波，说明可用以检测厚度范围很宽的薄覆层。此装置完全非接触，不会污染高纯度的覆层，是一甚为理想的方法，在某些领域已在使用。

图11.8-53 薄覆层激光脉冲检测试验示意图

图11.8-54 脉冲干涉示意图

注：本图说明了激光脉冲通过干涉仪的路径。(www.xing528.com)

2.镍铬基耐腐蚀覆层的超声波表征

在钢基底上，用高速热喷枪覆以化学成分为20%Cr和80%Ni的单层抗腐蚀覆层，厚度近乎为1mm。用25MHz换能器聚焦在试件（厚37mm）表面上进行常规C扫描，在C扫描图像上可显示连接有缺陷的部位。在无缺陷区，反射幅度数量级约为入射幅度的40%；而在有缺陷区可高达70%，这是连接良好区可使更多的入射超声波能进入基底金属之故。此外，对试样不同部位用反散射信号的功率谱在频域进行了分析，如图11.8-56所示。在连接良好区，能量主要分布在两峰中，一个中心在5MHz，另一个在6MHz。当扫描经良好连接区移到弱连接区时，第一峰的幅度下降而第二峰的幅度上升。在弱连接区中央（试件中央），实际上只有中心在6MHz的一个峰。随着扫描移向试样的另一端而趋向连接良好区，第一峰再次出现，这清楚说明功率谱受连接不良的影响。

镍铬基耐腐蚀覆层与基体的附着是可以用超声瑞利波的传播来表征的，当瑞利波横过弱连接或完全脱粘部分传播时，表面模式可变成Lamb模式，幅度可下落到零。此外，可能是因为其较之金属基底覆层的密度要小些，这导致瑞利波速度随覆层厚度的增大而下降。

图11.8-55 对金属基底上70mm厚的铝层进行检测

图11.8-56 对试样不同部位用反射信号的功率谱在频域进行了分析

3.金属基底上金属覆层的厚度测量

可参阅本手册第7篇第2章2.1.4节。