目次TOC\o"1-1"\h\t"標準文件_一級條標題,2,標準文件_附錄一級條標題,2,"前言 III1范圍 12規范性引用文件 13術語和定義 13.1PMTS傳感器 13.2濺射 23.3結節 33.4麻點 33.5氣孔 33.6功能表面 33.7信號強度 33.8信噪比 33.9回波特性 33.10靶材 33.11基體 33.12預緊力測量儀 34一般要求 44.1智能緊固件基體結構要求 44.2靶材材料 45PMTS傳感器制備過程 45.1工藝流程 45.2主要工序 45.2.1驗收緊固件基體 45.2.2預處理 55.2.3制備壓電層 55.2.4制備絕緣層 55.2.5制備電極層 55.2.6質量檢測 65.2.7包裝入庫 66技術要求 66.1GH4169智能緊固件尺寸 66.2GH4169智能緊固件外觀 66.3GH4169智能緊固件材料 66.4GH4169智能緊固件機械性能 66.5PMTS傳感器技術要求 66.5.1PMTS傳感器尺寸 66.5.2PMTS傳感器厚度 76.5.3PMTS傳感器外觀 76.5.4PMTS傳感器結合力 76.5.5PMTS傳感器信噪比 76.5.6PMTS傳感器耐溫性能 77檢驗方法 77.1GH4169智能緊固件尺寸 77.2GH4169智能緊固件外觀 77.3GH4169智能緊固件材料 77.4GH4169智能緊固件機械性能 77.5GH4169智能緊固件所制PMTS傳感器檢驗方法 88檢驗規則 98.1檢驗分類 98.2鑒定檢驗 108.3質量一致性檢驗 109標志、包裝、運輸與貯存 11前言本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規則》的規定起草。請注意本文件的某些內容可能涉及專利，本標準的發布機構不承擔識別這些專利的責任。本文件由中國表面工程協會電鍍分會提出。本文件由中國表面工程協會歸口。本文件起草單位：貴州航天精工制造有限公司、中國航空發動機研究院、武漢大學、中國航發沈陽發動機研究所本文件主要起草人：吳志元、楊兵、李祥、胡軍林、余紹偉、羅杰、詹興剛、鄭鵬飛、裴烈勇、陳毅、陳霄霄、謝婷婷、張洋基于PMTS傳感器的GH4169智能螺栓（緊固件）技術規范1范圍本文件規定了基于PMTS傳感器的GH4169智能緊固件的設計、制備、檢驗、交付及使用規范。本文件適用于螺紋直徑范圍為5-42mm的GH4169外螺紋智能緊固件。2規范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件，然而，鼓勵根據本規范達成協議的各方研究是否可使用這些文件的最新版本。不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T90.2緊固件標志與規范Q/S10-0301-2004緊固件用優質GH4169合金冷拉棒材Q/611S588緊固件用鋁涂層規范Q/HTJG11.28永久型薄膜傳感制備工藝規范QJ479-90金屬鍍覆層結合強度試驗方法ASTMB487顯微鏡檢查測量金屬和氧化物涂層厚度的標準試驗方法（StandardTestMethodforMeasurementofMetalandOxideCoatingThicknessbyMicroscopicalExaminationofCrossSection）3術語和定義本規范所引用文件中的術語均適用于本文件，引用文件中未涉及到的術語和定義如下。3.1PMTS傳感器PMTSsensor在緊固件的頭部或桿部端面制備PMTS傳感器，該傳感器通過壓電效應將所受電脈沖轉換為一個穿過緊固件垂直行進的超聲波，當超聲波觸及緊固件另一端面發生反射，經過PMTS傳感器時通過逆壓電效應轉換為電回波信號，通過專用儀器可實現電回波信號的可視化，經過運算后顯示緊固件加載后預緊力數值。PMTS傳感器原理如圖3-1所示，PMTS傳感器結構如圖3-2所示。圖3-1PMTS傳感器原理圖圖3-2PMTS傳感器結構圖3.2濺射Sputtering通過物理方法使靶材在真空環境下轉變為氣相，經過濺射將冷凝顆粒涂覆到某一基體上形成薄膜超聲傳感器的PVD（物理氣相沉積）工藝。3.3結節Nodule局部有積聚或未混合均勻的顆粒。3.4麻點Pockmark因腐蝕等原因而造成的傳感器鍍層孔洞。3.5氣孔Airhole涂層內部的小孔或氣隙。3.6功能表面Functionalsurface明確要制備薄膜超聲傳感器的基體表面。3.7信號強度Signalstrength預緊力測量設備采集到的目標信號經信號放大得到的放大信號相對于參考零點的信號幅值大小。3.8信噪比Signal-to-noiseratio預緊力測量設備采集到的目標信號經信號放大得到的放大信號性對于參考零點的信號幅值大小。3.9回波特性Echocharacteristic薄膜超聲傳感器接受到激勵信號后產生的回波信號幅值、相位和波形特征。3.10靶材Targetmaterial通過磁控濺射、多弧離子鍍或其他類型的鍍膜系統在適當工藝條件下濺射在基板上形成功能薄膜的濺射源。3.11基體Substrate制備PMTS傳感器前的緊固件。3.12預緊力測量儀Preloadmeasuringinstrument用于測量智能緊固件預緊力的專用設備，具備電脈沖收發功能，其自身所帶軟件可實現電脈沖信號處理及可視化，可實時顯示當前所測智能緊固件預緊力數值。4一般要求4.1智能緊固件基體結構要求GH4169智能緊固件主要適用于螺栓、螺釘和螺柱等外螺紋GH4169緊固件產品，其基體結構如圖4-1所示。可根據GH4169緊固件服役工況，將PMTS傳感器制備在GH4169緊固件基體頭部或桿部端面。圖4-1智能緊固件基體的基本結構4.2靶材材料制備壓電層所用的ZnO靶材應經工藝試驗確認，并確定為合格供應商所提供的靶材，其材料純度應滿足工藝試驗合格時的要求，與之焊接在一起的基底材料應具有良好的導熱性。制備過渡層所用的SiO2靶材應經工藝試驗確認，并確定為合格供應商所提供的靶材，其材料純度應滿足工藝試驗合格時的要求，與之焊接在一起的基底材料應具有良好的導熱性。制備金屬層所用的Ti靶材應經工藝試驗確認，并確定為合格供應商所提供的靶材，其材料純度應滿足工藝試驗合格時的要求，與之焊接在一起的基底材料應具有良好的導熱性。5PMTS傳感器制備過程5.1工藝流程PMTS傳感器制備工藝流程見圖5-1。具體工藝參數詳見Q/HTJG11.28《永久型薄膜傳感制備工藝規范》圖5-1PMTS傳感器制備工藝流程5.2主要工序5.2.1驗收緊固件基體PMTS傳感器制備前應按GH4169緊固件基體生產所遵循標準要求進行驗收。例：若在Q/S15.1033-2011MJ螺紋小十二角頭螺栓端面制備PMTS傳感器，螺栓基體需滿足Q/S15.1033-2011標準所規定尺寸、性能、標識等相關要求。5.2.2預處理GH4169緊固件在制備PMTS傳感器時，需對制備傳感器的緊固件基體頭部端面或桿部端面進行去除原涂層、機械加工或拋光處理等工作。預處理后產品尺寸不得超出產品最終尺寸要求偏差范圍，機械加工或拋光處理區域應磨光至最大粗糙度Ra≤0.8μm、平行度≤0.1mm、平面度≤0.05mm、垂直度≤0.1mm。注：a）此時需確定制備傳感器的GH4169緊固件基體處理頭部端面或桿部端面；b）制備PMTS傳感器之前，應完成GH4169緊固件基體所有金屬熱處理和機械加工（如成型、滾絲、滾R等）、表面處理、探傷工序。若評估制備PMTS傳感器會對GH4169緊固件基體性能產生影響，傳感器制備工序可在工序順序上進行調整，以保證GH4169智能緊固件性能滿足標準要求。5.2.3制備壓電層GH4169緊固件在壓電層制備前，應檢查：a）預鍍壓電層端面是否保持清潔；b）預鍍壓電層端面是否預處理；c）預鍍壓電層端面粗糙度是否滿足5.2.2要求。若不滿足以上條件需重新進行預處理。真空鍍時的環境條件應保持在溫度（12～35）℃、空氣相對濕度不大于80%、環境清潔無多余物。5.2.4制備絕緣層制備完壓電層后，應先在壓電層表面采用絕緣環制備工裝制備絕緣環（注：（a）絕緣環尺寸應小于零件的最小實體直徑；（b）絕緣環可采用絕緣環制備工裝或手工粘貼方式在壓電層上制備；（c）絕緣環與GH4169緊固件基體PMTS傳感器制備端面中心同軸），再進行絕緣層的制備。圖5-2絕緣環制備工裝放置示意圖5.2.5制備電極層制備完過渡層后方可制備電極層，制備電極層后，緊固件在氬氣中冷卻到室溫，隨后從工裝架中抽取樣件，檢測傳感器的制備質量。5.2.6質量檢測檢測PMTS傳感器制備質量。5.2.7包裝入庫檢測合格的智能緊固件按照包裝要求進行產品包裝入庫。6技術要求6.1GH4169智能緊固件尺寸GH4169智能緊固件最終尺寸應符合緊固件基體所遵循標準要求。6.2GH4169智能緊固件外觀GH4169智能緊固件除PMTS傳感器所在端面外，其余部分外觀應符合緊固件基體所遵循標準要求。6.3GH4169智能緊固件材料智能緊固件基體材料為GH4169，應符合所遵循標準要求。例：若在Q/S15.1033-2011MJ螺紋小十二角頭螺栓端面制備PMTS傳感器，螺栓基體材料需滿足Q/S10-0301-2004（緊固件用優質GH4169合金冷拉棒材）標準要求。6.4GH4169智能緊固件機械性能GH4169智能緊固件機械性能應符合螺栓基體所遵循標準要求。例：若在Q/S15.1033-2011MJ螺紋小十二角頭螺栓端面制備PMTS傳感器，最終產品應滿足Q/S15.1033-2011標準規定機械性能要求。6.5PMTS傳感器技術要求6.5.1PMTS傳感器尺寸PMTS傳感器直徑d小于螺栓最小實體尺寸d2。圖6-1PMTS傳感器制備頭部端面示意圖圖6-2PMTS傳感器制備桿部端面示意圖6.5.2PMTS傳感器厚度PMTS傳感器厚度不超過50μm。6.5.3PMTS傳感器外觀PMTS傳感器電極層表面應呈銀白色金屬光澤，無起皮、脫落、腐蝕以及其他明顯外觀缺陷，濺射部位無麻點、結節，PMTS傳感器結構無氣孔等缺陷。6.5.4PMTS傳感器結合力PMTS傳感器應連續地結合到緊固件端面，目視檢查無涂層剝離現象。6.5.5PMTS傳感器信噪比使用專用預緊力測量儀器連接完成PMTS傳感器制備的GH4169緊固件，能觀察清晰回波且回波信號互不干擾，回波信號信噪比≥2。6.5.6PMTS傳感器耐溫性能PMTS傳感器耐溫范圍（-196℃～300℃），恢復常溫后具備正常功能無異常。7檢驗方法7.1GH4169智能緊固件尺寸GH4169智能緊固件按緊固件基體制造遵循標準要求使用游標卡尺、百分表、投影儀、螺紋塞規等專業量具檢測，其結果應滿足6.1要求。7.2GH4169智能緊固件外觀外觀采用目視檢查，必要情況使用3～5倍放大鏡檢查，其結果應滿足6.2要求。7.3GH4169智能緊固件材料GH4169智能緊固件基體使用GH4169材料應具備合格證并進行入廠復驗，其結果應滿足6.3要求。7.4GH4169智能緊固件機械性能機械性能按GH4169智能緊固件基體標準的要求進行，其結果應滿足6.4的要求。值得注意的是，制備傳感器前及傳感器制備完成后均需進行機械性能檢驗，要求兩次檢驗結果為合格。7.5GH4169智能緊固件所制PMTS傳感器檢驗方法7.5.1PMTS傳感器尺寸使用投影儀對PMTS傳感器直徑d及緊固件最小實體尺寸d2進行檢測，其結果應滿足6.5.1要求。7.5.2PMTS傳感器厚度使用金相顯微鏡、掃描電鏡等專業檢測工具對傳感器厚度檢測，其結果應滿足6.5.2要求。7.5.3PMTS傳感器外觀通過目視進行檢查，其結果應滿足6.5.3要求。7.5.4PMTS傳感器結合力鑒定試驗按QJ479熱振法進行檢測，一致性檢驗按Q/611S588膠帶法進行檢測，試驗后PMTS傳感器信號滿足要求，無起皮、脫落等現象，不應出現與集體分離現象，其結果應滿足6.5.4要求。7.5.5PMTS傳感器信噪比a）標定標定前明確溫度標定、載荷標定的范圍和步長，設置好標定參數后再進行標定。標定文件中應注明產品的型號、規格、材料、夾層厚度、標定過程中使用的超聲測量信號測量線的長度。標定完成后對標定結果進行精度驗證。溫度標定：準備一臺允許在足夠長時間內達到特定（恒定）溫度的具有編程功能的恒溫恒濕箱，以保證緊固件在設置溫度下達到熱平衡，同時使用預緊力測量儀來測量該溫度下螺栓的聲時和溫度，計算出溫度因子。在編程過程中設置溫度范圍應包含螺栓服役工況溫度的上下限溫度，溫度間隔根據溫度量程進行均布取值，建議取值點不少于8個為宜。載荷標定：準備一臺在計量期限內的拉伸試驗機或標定試驗平臺等具有拉伸/扭拉功能的設備（要求試驗機精度等級不超過0.5級），將需要標定的智能緊固件安裝到適配的拉伸工裝中，保證安裝夾層厚度與產品使用時的夾層保持一致。將安裝好的智能緊固件放入試驗機上，一般選取低于標定螺栓拉斷載荷的70%載荷值作為載荷標定的最大值，從0載荷開始按設置步長遞增至最大載荷。使用預緊力測量儀測量各載荷對應智能緊固件聲時，計算出載荷標定系數。一般在設定載荷間隔時必須保證在載荷范圍內至少取10個點，對于具有特殊間隔要求的產品按照要求進行設置。標定文件：采用預緊力測量儀自帶的軟件對溫度標定因子、載荷因子進行耦合得到溫度-聲時-載荷關系的標定文件，并由廠家出具紙質的標定數據報告。在進行智能螺栓預緊力測量時調用對應的標定文件即可實現對螺栓預緊力的高精度測量。b）預緊力測量GH4169智能緊固件預緊力測量系統如圖7-1所示，預緊力測量儀1通過同軸測力線纜4與測力探頭3連接到被測智能緊固件2上；通過測溫線纜5與溫度探頭6連接到被測智能緊固件附近；通過預緊力測量儀收發電脈沖，利用預緊力測量儀自帶軟件對電脈沖信號進行處理并可視化，實時顯示當前智能緊固件所受載荷數值。觀察當前GH4169智能緊固件回波信號，其結果應滿足6.5.5要求。1—預緊力測量儀；2—被測螺栓；3—測力探頭；4—同軸測力線纜；5—測溫線纜；6—溫度探頭。圖7-1智能緊固件預緊力測量系統7.5.6PMTS傳感器耐溫性能高溫處理：將PMTS傳感器制備完成后GH4169智能緊固件放入空氣加熱爐中，加熱至300℃，保溫1h，恢復至室溫；低溫處理：將PMTS傳感器制備完成后GH4169智能緊固件放入液氮中靜置24小時，到時間取出恢復至室溫。目視檢查經高、低溫處理智能緊固件外觀，其結果應符合6.5.3要求。使用預緊力測量儀測量經高、低溫處理后恢復至室溫智能緊固件，其結果應符合6.5.5要求。8檢驗規則8.1檢驗分類檢驗應分為鑒定檢驗和質量一致性檢驗。8.2鑒定檢驗8.2.1有下列情況之一者，應進行鑒定檢驗a)新產品或老產品轉廠生產的試制定型；b)正式生產后，如結構、材料、工藝改變，可能影響產品性能時；c)正常生產時，每兩年進行一次周期性檢驗；d)停產1年以上，恢復生產時；e)質量一致性檢驗結果與上次鑒定檢驗結果有較大差異時。8.2.2鑒定檢驗項目應符合表1的規定表1鑒定檢驗項目序號試驗項目技術要求檢驗方法抽樣試驗數量（件）1GH4169智能緊固件尺寸6.1條7.1條按智能緊固件基體制造所遵循標準規定要求進行抽樣2外觀6.2條7.2條3材料6.3條7.3條4機械性能6.4條7.4條5PMTS傳感器尺寸6.5.1條7.5.1條100%6厚度6.5.2條7.5.2條100%7外觀6.5.3條7.5.3條100%8結合力6.5.4條7.5.4條59信噪比6.5.5條7.5.5條510耐溫性6.5.6條7.5.6條58.2.3合格判定鑒定檢驗的樣件按8.2.2規定進行檢驗，若樣品的所有檢驗項目都符合要求，則認為鑒定檢驗合格。8.3質量一致性檢驗8.3.1檢驗批的組成每批產品應進行質量一致性檢驗。每個檢驗批應由同一品種、同一直徑、同