可磨耗封严涂层(以下简称“封严涂层”)通常由金属基体、非金属润滑相和一定比例的孔隙复合而成。为平衡封严涂层的耐磨性和可切削性,必须对其组织进行精准调控。利用无损方法表征封严涂层孔隙分布均匀性对于涂层的制备和使用至关重要。目前,超声表征封严涂层孔隙分布均匀性主要面临两方面困难:一方面,封严涂层具有多相非均质特点,金属骨架上非金属相和孔隙形貌及分布随机,如何定量描述孔隙分布的均匀性存在较大难度;另一方面,多相蜂窝状结构导致超声波在涂层中传播行为十分复杂,优选能够反映孔隙分布均匀性的超声特征参量困难。为此,本研究基于面积分数多尺度分析(Multi-Scale Analysis of Area Fractions,MSAAF)方法,将实验测试与数值计算相结合,研究了封严涂层孔隙分布均匀性的定量描述方法,在此基础上开展孔隙分布均匀性超声表征研究。主要内容及结果如下:(1)针对封严涂层金属基体中非金属相和孔隙形貌不规则、分布随机的特点,基于面积分数多尺度分析方法,利用多尺度网格覆盖组成相尺寸的全部范围,并利用面积分数的计算降低组成相不规则形貌带来的测量误差,进而推导出适用于封严涂层的孔隙分布均匀性定量计算方法。基于该方法的原理,孔隙分布均匀性越差,MSAAF外推拟合线斜率绝对值k越小,孔隙均匀性长度LH越大。本研究中铝硅聚苯酯封严涂层的孔隙率小于10%,适于用LH来描述涂层中孔隙的分布均匀性。(2)对厚度1 mm的铝硅聚苯酯封严涂层的微观组织进行观测和统计,其铝硅含量为51.5%～52.5%,呈网状分布,聚苯酯的含量为40.5%～47.5%,平均尺寸为40～80 μm,孔隙率为1%～7%,孔隙平均尺寸10～20 μm。基于随机介质理论和统计学方法建立封严涂层随机多相介质模型,借助该模型研究了孔隙平均尺寸和孔隙率对孔隙分布均匀性的影响。结果表明:随孔隙率的升高和孔隙平均尺寸的增大,孔隙均匀性长度LH均增大。与金相照片的结果相比,孔隙均匀性长度LH的理论计算值最大相对误差不超过9.8%。(3)采用超声检测数值模拟方法,研究了封严涂层孔隙分布均匀性与超声时域和频域特征参量之间的关系。结果表明:随着孔隙均匀性长度LH增大,纵波声速v减小,时域超声衰减系数α增加,且LH与α之间呈现非唯一关系。进一步探讨了 LH与主频偏移Δf、衰减谱斜率K以及不同频段下频域衰减系数αf之间的关系,结果表明:Δf与K均随LH的增大而增大,且LH越大Δf与K值离散性越明显。不同αf随LH的增加呈现不同的变化规律,α0-2MHz、α2-4MHz和α8-10MHz随LH的增大基本保持不变,α4-6MHz和α6-8MHz随LH的增大而增大,但α6-8MHz数据离散性明显。在中心频率5 MHz、-6dB有效频带2.6～7.3 MHz的检测条件下,与其他频段相比,4～6 MHz频段内的声波能量更高,α4-6MHz与LH的相关性也更显著。此外,由于声波在6～10MHz频段内衰减较大,LH引起的衰减变化难以充分体现,导致α6-8MHz和α8-10MHz出现明显非线性和随机性。实验验证表明,数值模拟得到的相关关系与实验结果之间具有一致性。