Применение метода акустической эмиссии к исследованию процесса накопления повреждений функционального керамического покрытия
Автор: Зубова Е.М., Лобанов Д.С., Струнгарь Е.М., Вильдеман В.Э., Лямин Ю.Б.
Статья в выпуске: 1, 2019 года.
Бесплатный доступ
Статья посвящена экспериментальному изучению механизмов накопления повреждений в функциональных керамических покрытиях с применением метода акустической эмиссии. Исследование и описание эволюции разрушения функционального покрытия в дальнейшем дает возможность определения момента нарушения работоспособности данного материала в условиях эксплуатации. Проводились механические испытания на одноосное квазистатическое растяжение стальных образцов и стальных образцов с нанесенным на них керамическим покрытием на универсальной электромеханической системе Instron 5989 при комнатной температуре. В ходе эксперимента осуществлялась непрерывная регистрация сигналов акустической эмиссии с помощью системы AMSY-6 и широкополосных датчиков АЕ144А с частотным диапазоном 100-500 кГц. В качестве дополнительного метода фиксации момента разрушения керамического покрытия была использована система для регистрации неоднородных полей перемещений и деформаций, основанная на методе корреляций цифровых изображений. В процессе испытаний осуществлялась синхронизация акустико-эмиссионной системы, оптической системы и испытательной машины. Зарегистрированные сигналы акустической эмиссии подвергались предварительной фильтрации по пороговому значению и фильтрации с использованием полосового цифрового фильтра. Благодаря возможности записи диаграмм формы волны, при помощи быстрого преобразования Фурье извлечены значения частот спектрального максимума. На базе полученных данных построены диаграммы зависимостей параметров акустической эмиссии (пиковые значения амплитуд, значения частот спектрального максимума, энергетический параметр) от времени для всех образцов. Проведен сравнительный анализ распределений амплитуд и частот спектрального максимума для образцов с покрытием и без покрытия, вследствие чего предложены диапазоны значений параметров сигналов акустической эмиссии, которые характеризуют процесс накопления повреждений и разрушения керамического покрытия. Таким образом, во время проведения данных работ была реализована методика оценки поведения функционального покрытия, нанесенного на материал, показана эффективность применения метода акустической эмиссии для решения данной задачи.
Экспериментальная механика, механические испытания, одноосное растяжение, акустическая эмиссия, корреляция цифровых изображений, керамическое покрытие, деформирование, разрушение
Короткий адрес: https://sciup.org/146282058
IDR: 146282058 | УДК: 620.1 | DOI: 10.15593/perm.mech/2019.1.04
Application of the acoustic emission technique to studying the damage accumulation in a functional ceramic coating
The article is devoted to an experimental study of the mechanisms of damage accumulation in functional ceramic coatings by using the acoustic emission technique. The study and description of the damage evolution in a functional coating makes it possible to determine the destruction moment of this material under operating conditions. Mechanical tensile tests were conducted on steel samples and steel samples coated with a ceramic coating on the universal electromechanical system Instron 5989 at room temperature. A continuous recording of acoustic emission signals was conducted using the AMSY-6 system and AE144A broadband sensors with a frequency range of 100-500 kHz. As an additional method of fixing the moment of destruction of a ceramic coating a system was used to register non-uniform fields of displacements and deformations based on the method of correlation of digital images. During the tests the acoustic emission system, the optical system, and the testing machine were synchronized. The recorded acoustic emission signals were filtered by a threshold value and were filtered using a band-pass digital filter. The frequencies of the spectral maximum are extracted using the fast Fourier transform. Diagrams of dependences of acoustic emission parameters (peak amplitudes, frequencies of the spectral maximum, energy parameter) versus time for all the samples were plotted. A comparison of the obtained graphs for the samples with and without coating is made. The ranges of amplitudes and frequencies that characterize the damage accumulation and destruction of the ceramic coating were determined. Thus, during these works, a technique was implemented to evaluate the behavior of the functional coating applied to the material. The effectiveness of applying the method of recording and analyzing acoustic emission signals to solve this problem was shown.
Список литературы Применение метода акустической эмиссии к исследованию процесса накопления повреждений функционального керамического покрытия
- Aero-thermo-chemical characterization of ultra-high-temperature ceramics for aerospace applications / R. Savino, L. Criscuolo, G.D. Di Martino, S. Mungiguerra // Journal of the European Ceramic Society. - 2018. - Vol. 38. - P. 2937-2953. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2017.12.043
- Fahrenholtz W.G., Hilmas G.E. Ultra-high temperature ceramics: Materials for extreme environments // Scripta Materialia. - 2017. - Vol. 129. - P. 94-99. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2016.10.018
- Tang S., Hu C. Design, Preparation and properties of carbon fiber reinforced ultra-high temperature ceramic composites for aerospace applications: a review // Journal of Materials Science & Technology. - 2017. - Vol. 33. - P. 117-130. DOI: 10.1016/j.jmst.2016.08.004
- Ultra-high temperature ceramic coating for carbon/carbon composites against ablation above 2000 K / Y. Zhang, H. Wang, T. Li, Y. Fu, J. Ren // Ceramics International. - 2018. - Vol. 44. - P. 3056-3063. DOI: 10.1016/j.ceramint.2017.11.066
- Jayaraj B., Vishweswaraiah S., Desai V.H. Electrochemical impedance spectroscopy of thermal barrier coatings as a function of isothermal and cyclic thermal exposure // Surface and Coatings Technology. - 2014. - Vol. 177-178. - P. 140-158. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2003.08.092
