本发明属于环境障涂层，尤其涉及一种基于显微拉曼光谱原位量化的环境障涂层内部残余应力分布测试方法。
背景技术：
1、环境障涂层作为先进的高温腐蚀防护技术对航空发动机和燃气轮机领域热端部件进行保护。然而，在环境障涂层制备及服役阶段，由于涂层与构件之间的热膨胀失配以及涂层被外界物质腐蚀均会导致涂层内部残余应力产生，应力集中则导致裂纹产生甚至涂层剥落，是涂层失效的主要原因之一。因此，精确测量环境障涂层中的残余应力分布，防止涂层产生裂纹及破坏失效，对环境障涂层保护热端部件免受高温腐蚀环境影响及提高其在高温长时间服役可靠性具有重大意义。
2、目前有多种测量环境障涂层残余应力的方法，比如：x射线衍射法、微聚焦高能x射线衍射法、结合x射线-拉曼法等。x射线衍射法和微聚焦高能x射线衍射的原理相同，利用x射线在涂层表面发生衍射，测得涂层表面由于晶格间距变化所产生的应变，从而算出测试位置附近的平均应力水平。x射线的测量精度和穿透能力有限，仅能粗糙测量材料表面的应力值。微聚焦高能x射线衍射法的穿透能力较强测量精度较高，但是其测量成本较高，无法在实际测量中广泛应用。x射线-拉曼法是通过x射线衍射从测量涂层表面应力值，通过和拉曼峰频移对比计算拉曼频移-应力因子，然后通过拉曼频移-应力因子和拉曼频移来计算残余应力的大小。该方法和x射线测量的缺陷一样，受x射线测量精度的影响，该方法测得的拉曼频移-应力因子误差较大，影响对涂层实际应力的判断。
3、因此，如何准确测量环境障涂层残余应力分布，对涂层在高温腐蚀环境下避免失效进而对热端部件起到保护作用具有重要意义。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题是，提供一种环境障涂层内部残余应力分布测试方法，解决涂层残余应力测量不精确且测试结果随机及误差较大的问题，能够原位无损测量涂层截面微观区域的残余应力，具有较高精度和分辨率。
2、为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
3、一种环境障涂层内部残余应力分布测试方法，其特征在于，包括：
4、步骤s1、通过拉伸法测量环境障涂层中基底的拉曼频移-应力因子，同时逐层原位标定各涂层的拉曼频移-应力因子；
5、步骤s2、根据拉曼频移-应力因子，基于涂层拉曼信号与拉曼频移的线性关系，确定测试区域的残余应力状态。
6、作为优选，环境障涂层体系包含基底、粘结层和环境障涂层；基底材料为碳化硅及其复合材料、氮化硅及其复合材料；粘结层为硅及其改性材料；环境障涂层为稀土硅酸盐或腐蚀后的涂层相关材料。
7、本发明还提供一种环境障涂层内部残余应力分布测试方法，包括
8、获取环境障涂层材料无应力状态下的初始拉曼吸收峰波数ω0；
9、通过拉伸法测量基底的拉曼频移-应力因子re：
10、对待测试涂层冷镶切割后抛光获取光滑截面，通过显微系统对涂层截面进行显微成像，选取待测区域；
11、使用显微拉曼光谱仪对应力分布待测区域的进行拉曼信号采集；
12、根据基底的拉曼频移-应力因子re计算相邻粘结层的拉曼频移-应力因子r1，根据粘结层的拉曼频移-应力因子计算相邻涂层的拉曼频移-应力因子r2，计算第i层涂层的拉曼频移-应力因子ri；
13、根据待测区域中采集的拉曼信号和初始拉曼吸收峰波数ω0，计算各层各采集点的拉曼频移δωi；
14、根据各层材料的拉曼频移-应力因子ri和拉曼频移δωi，计算得到各测试点的应力状态；
15、将各测试点的应力状态进行数据成像，得到测试区域相应位置的应力分布的量化结果。
16、作为优选，环境障涂层体系包含基底、粘结层和环境障涂层；基底材料为碳化硅及其复合材料、氮化硅及其复合材料；粘结层为硅及其改性材料；环境障涂层为稀土硅酸盐或腐蚀后的涂层相关材料。
17、作为优选，测量基底的拉曼频移-应力因子re如下：
18、
19、其中，f为对基底的拉力，s为被拉伸截面面积，δωe＝ωe-ωe0表示基体实际拉曼吸收峰波数与标准吸收峰波数的频移。
20、作为优选，根据各层材料的拉曼频移-应力因子ri，计算得到各测试点的应力状态，
21、σi＝ri(ωi-ωi0)
22、作为优选，成像后各点的应力状态通过量化后数值结果的正负号判定，正号为拉应力，负号为压应力。
23、作为优选，拉曼信号采集的最小激光束斑直径小于1μm。
24、本发明方法，由于涂层本身较薄，通过拉伸法来测量其拉曼频移-应力因子ri不易实现，通过本发明方法计算的拉曼频移-应力因子ri是根据待测涂层采集数据原位获得，不受涂层制备方法和涂层微结构的影响，因此其获得的方法更为灵活准确。本发明方法采用的显微共聚焦拉曼光谱仪的激光束斑直径小于1μm，因此测试结果具有分辨率高的特点。本发明方法针对环境障涂层，但不限于环境障涂层，对于具有相似及结构的热喷涂涂层及其腐蚀后涂层应力分布均可采用该方法进行测定，适用范围广泛。
1.一种环境障涂层内部残余应力分布测试方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的环境障涂层内部残余应力分布测试方法，其特征在于，环境障涂层体系包含基底、粘结层和环境障涂层；基底材料为碳化硅及其复合材料、氮化硅及其复合材料；粘结层为硅及其改性材料；环境障涂层为稀土硅酸盐或腐蚀后的涂层相关材料。
3.一种环境障涂层内部残余应力分布测试方法，其特征在于，包括
4.如权利要求3所述的环境障涂层内部残余应力分布测试方法，其特征在于，环境障涂层体系包含基底、粘结层和环境障涂层；基底材料为碳化硅及其复合材料、氮化硅及其复合材料；粘结层为硅及其改性材料；环境障涂层为稀土硅酸盐或腐蚀后的涂层相关材料。
5.如权利要求4所述的环境障涂层内部残余应力分布测试方法，其特征在于，测量基底的拉曼频移-应力因子re如下：
6.如权利要求5所述的环境障涂层内部残余应力分布测试方法，其特征在于，根据各层材料的拉曼频移-应力因子ri，计算得到各测试点的应力状态，
7.如权利要求6所述的环境障涂层内部残余应力分布测试方法，其特征在于，成像后各点的应力状态通过量化后数值结果的正负号判定，正号为拉应力，负号为压应力。
8.如权利要求7所述的环境障涂层内部残余应力分布测试方法，其特征在于，拉曼信号采集的最小激光束斑直径小于1μm。
