摘要
在保留基底材料性质的前提下，涂层能够为基底增加其不具备的功能，如耐高温、抗腐蚀和耐磨损等，被广泛用于航空航天、汽车、建筑等行业。复杂的制备工艺和恶劣的服役环境使得涂层易产生厚度偏差、磨损、裂纹、脱粘、气孔等缺陷。涂层厚度是涂层设计及服役过程中的一个关键指标，过薄或过厚的涂层厚度均会对涂层关键性能造成严重的影响，在涂层制备及服役中需要控制涂层厚度以保证涂层的有效性。红外无损检测技术具有单次检测面积大、快速、非接触等优点，由于涂层结构的复杂热物性，目前基于红外无损检测技术的涂层厚度测量研究还处于初级阶段。 本文从传热学理论入手，探讨涂层结构中持续热波传递机制，并对不同条件下的涂层结构进行仿真计算；进而基于仿真分析结果，搭建持续热波激励红外无损检测平台，对温度信号进行滤波及滤波后的拟合，对基于持续热流激励的涂层厚度检测方面开展深入的研究。 根据传热学相关理论，通过分析热流在涂层结构内部的传递过程，构建了涂层结构内的温度场模型，确定材料及厚度与涂层结构表面温度的关联性；基于有限元相关理论，对涂层结构进行仿真计算；通过对涂层厚度、基底厚度、涂层材料和基底材料分别进行变量控制，分析了影响涂层温度信号变化的因素，为特征提取算法提供理论依据；搭建了持续热流激励红外无损检测平台与制备实验标准试件，通过实验获得热图像视频流，并对原始数据进行基于Savitzky-Golay滤波算法处理和基于Leave-One-Out Cross-Validation的拟合处理等操作，设计了基于温度曲线的涂层厚度测量方法、基于k范围温度变化率的涂层厚度检测方法、基于k范围温度变化率交点的涂层厚度检测方法，从温度信号中提取出与涂层厚度相关的特征信息。论文中开展了相应的测试精度研究，结果表明以上三种方法能够实现涂层厚度的有效测量。
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