本發(fā)明涉及噴涂材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提高涂層結(jié)合強(qiáng)度的方法。

背景技術(shù)：

由于噴涂涂層本身具有空隙率相對較高，存在夾雜、纖維裂紋等缺陷，使得噴涂涂層在服役過程中易形成裂紋擴(kuò)展，導(dǎo)致壽命降低。對現(xiàn)有表面涂層性能的提升主要是在涂層成形后采用激光重熔、表面強(qiáng)化等二次加工技術(shù)，雖然這些技術(shù)手段對涂層性能的提升起到了一定效果，但宏觀性能是材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)與質(zhì)量的外在表征，所以這些技術(shù)并不能對已形成固定內(nèi)部結(jié)構(gòu)涂層的服役性能從本質(zhì)上有較大提升。

噴涂涂層由于其結(jié)合強(qiáng)度較弱，在服役時，在涂層界面處容易發(fā)生失效行為，因此，很多手段已經(jīng)被應(yīng)用于噴涂前處理，如噴丸、化學(xué)除油等，但是化學(xué)方法除油會在表面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，引進(jìn)新的氧化物，造成基體表面化學(xué)成分的改變，且所使用的化學(xué)藥品對人體和環(huán)境均有害，而噴完過程，會導(dǎo)致基體表面產(chǎn)生一定的變形，且產(chǎn)生的凹坑是不規(guī)則排列的，不能夠有效的控制凹坑的尺寸以及排列，因此很有必要探索新的方法，作為噴涂前處理過程，提高涂層與基體的結(jié)合力。

超音速等離子噴涂技術(shù)因其能夠在大型零件上制備較厚厚度的涂層而被廣泛應(yīng)用在實(shí)際工程領(lǐng)域，通過等離子噴涂技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多中材料不同體系的涂層，如金屬及合金、陶瓷、金屬陶瓷及塑料等，并且噴涂涂層也體現(xiàn)出不同的功能，如耐磨、熱障、導(dǎo)電、防輻射等。但是由于噴涂涂層本身具有空隙率相對較高，存在夾雜、纖維裂紋等缺陷，使得噴涂涂層在服役過程中易形成裂紋擴(kuò)展，導(dǎo)致壽命降低。

織構(gòu)化已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在減摩抗磨的研究中，并且通過織構(gòu)化的方法已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了材料的性能的大幅度提高，織構(gòu)化能夠提高材料摩擦學(xué)性能的主要 原因是因其能夠儲存磨屑及潤滑油，對摩擦表面提供持續(xù)潤滑，但是對噴涂涂層進(jìn)行織構(gòu)化，利用織構(gòu)化不同形貌改變接觸條件繼而提高噴涂涂層的抗疲勞性能的研究很少。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

通過對生物界的生物進(jìn)行觀察分析，發(fā)現(xiàn)很多生物因其生物體表的非光滑圖案而具有特殊的功能。探索研究特殊的幾何圖案增加粗糙度并針對特殊的結(jié)合圖案研究最優(yōu)的織構(gòu)化參數(shù)，如直徑，深度，密度等。本發(fā)明的目的是借助涂層結(jié)合強(qiáng)度測試手段能夠得到最優(yōu)的提高涂層結(jié)合強(qiáng)度的織構(gòu)化圖案及織構(gòu)化參數(shù)，探索出一種提高涂層結(jié)合強(qiáng)度的新方法。

本發(fā)明的又一目的在于提供一種能夠有效提高噴涂涂層結(jié)合強(qiáng)度的織構(gòu)化圖案。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供了一種提高涂層結(jié)合強(qiáng)度的方法，這種方法是通過生物仿生學(xué)模擬，在基體表面制備織構(gòu)化圖案，隨后在有織構(gòu)化圖案的基體表面制備涂層。

具體地，本發(fā)明的方法包括如下步驟：

(1)利用激光過程在基體表面制備織構(gòu)圖案；

(2)利用超音速等離子噴涂方法對步驟(1)所得的基體進(jìn)行噴涂。

優(yōu)選的，該方法步驟(1)中的基體還包括清洗打磨處理。所述基體優(yōu)選不銹鋼，具體選用FV520B。

優(yōu)選的，步驟(1)中激光過程的具體工藝參數(shù)為：激光功率為80-120W，掃面速度為600-900mm/s，頻率為15-25HZ。該過程通過控制加工次數(shù)來控制所選織構(gòu)的深度，加工次數(shù)為3-7次，通過激光織構(gòu)化方法可以得到一定尺寸、一定密度的規(guī)則的織構(gòu)化圖案。

優(yōu)選的，步驟(2)中所述噴涂工藝參數(shù)為噴涂電壓120V，噴涂電流440A，噴涂功率55kW，噴涂距離100mm。噴涂所選用的涂層為NiCrBSi陶瓷涂層，超音速等離子噴涂得到厚度為100微米左右的噴涂涂層，其中NiCrBSi粉末的粒度為50-60微米。

本發(fā)明所用的激光為脈沖激光，所用的能量和加工次數(shù)決定著織構(gòu)化圖案的深度，通過系統(tǒng)自帶的畫圖軟件，可以將所需要的一定尺寸一定形狀按 照一定間距的織構(gòu)化圖案預(yù)先畫出來，然后對試樣表面進(jìn)行加工，可以得到精細(xì)尺寸結(jié)構(gòu)的織構(gòu)化圖案。

進(jìn)一步地，本發(fā)明提供了一種能夠有效提高噴涂涂層結(jié)合強(qiáng)度的織構(gòu)化圖案。所述圖案包括任意幾何圖案或幾種幾何圖案的組合，如圓、三角形、六邊形、溝槽形、網(wǎng)格形、箭頭形或條紋形等。

優(yōu)選的，所述織構(gòu)化圖案的密度為大于0％，并且小于50％；更優(yōu)選為30％。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明采用織構(gòu)化作為一種噴涂前處理手段，通過織構(gòu)化提高噴涂涂層的結(jié)合強(qiáng)度，從而延長了涂層的服役性能。

附圖說明

圖1本發(fā)明實(shí)施例1中基體表面進(jìn)行的織構(gòu)化圖案；

圖2本發(fā)明基體表面不同形狀織構(gòu)下涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度；

圖3本發(fā)明不同織構(gòu)密度下涂層結(jié)合強(qiáng)度的變化。

具體實(shí)施方式

以下通過實(shí)施例來進(jìn)一步描述本發(fā)明的有益效果，應(yīng)該理解的是，這些實(shí)施例僅用于例證的目的，決不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施例1制備雙層織構(gòu)耦合的涂層

第一步：

首先對基體進(jìn)行清洗打磨處理，所述基體優(yōu)選不銹鋼，具體選用FV520B。

第二步：

用激光過程在基體表面制備織構(gòu)化圖案

首先，在畫圖軟件中做出圓形與三角形組合織構(gòu)，圓形與溝槽形組合織構(gòu)，網(wǎng)格型織構(gòu)，六邊形織構(gòu)圖案，然后利用激光加工，在基體表面制備織構(gòu)化圖案，如圖1所示。

其中，六邊形織構(gòu)邊長為150微米，間距為200微米，如1-1所示。

圓形與溝槽形組合織構(gòu)，其中溝槽的寬角度為150微米，間距為200微 米，在溝槽的間距排列直徑為100微米，縱向間距為200微米的圓，如1-2所示；

圓形與三角形組合織構(gòu)，圓的直徑為150微米，圓心間距為200微米，在圓與圓的間隙制備邊長為100微米的三角形，如1-3所示；

網(wǎng)格織構(gòu)，為橫向與縱向均有溝槽形的分布，其中溝槽的寬度的150微米，間距為200微米，如1-4所示；

激光加工過程的具體工藝參數(shù)：所用激光功率為90W，掃描速度為700mm/s，頻率為20HZ，通過加工次數(shù)來控制織構(gòu)化圖案的深度，加工次數(shù)為6次，得到深度為80微米的織構(gòu)化圖案，織構(gòu)化圖案的密度為30％。

第三步

利用超音速等離子噴涂方法進(jìn)行噴涂

所述的步驟(3)中噴涂設(shè)備選用礦冶研究總院的高效GTV F6等離子噴涂設(shè)備，噴涂工藝參數(shù)為噴涂電壓120V，噴涂電流440A，噴涂功率55kW，噴涂距離100mm。最終獲得一定厚度的涂層。噴涂所選用的涂層為NiCrBSi陶瓷涂層，超音速等離子噴涂得到厚度為100微米左右的噴涂涂層，其中NiCrBSi粉末的粒度為56微米。

實(shí)施例2對比例

在實(shí)施例1相同的條件參數(shù)情況下，在沒有織構(gòu)化的基體上制備噴涂涂層進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對比。

實(shí)施例3對實(shí)施例1制備的涂層進(jìn)行滾動接觸疲勞測試，并改變接觸疲勞的滑差率，觀察在不同滑差率條件下涂層的抗疲勞性能。

為了測量涂層的各項(xiàng)性能，采用NovaNanoSEM450型掃描電子顯微鏡觀察噴涂后織構(gòu)的幾何形貌。

為了測試不同織構(gòu)化圖案對噴涂涂層的抗疲勞性能的影響，采用滾動接觸疲勞試驗(yàn)機(jī)對噴涂涂層的疲勞性能進(jìn)行測試。

1、基體表面不同形狀織構(gòu)下涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度

采用拉伸試驗(yàn)機(jī)對涂層的結(jié)合強(qiáng)度進(jìn)行測試，所用拉伸試驗(yàn)機(jī)的型號為：MTS809型電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)。廠家為：美國MTS公司。對實(shí)施例1制備的不同形狀的織構(gòu)化圖案，然后噴涂涂層，然后進(jìn)行拉伸測試，涂層從基體斷裂的力比涂層的面積為最終的結(jié)合強(qiáng)度，測試結(jié)果如圖2所示，無織構(gòu)化 的基體表面的結(jié)合強(qiáng)度為50MPa，而基體表面不同形狀織構(gòu)下涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度在60MPa到70MPa之間，相對于無織構(gòu)化的基體表面相比，織構(gòu)化圖案顯著提高了涂層的結(jié)合強(qiáng)度，而且涂層的結(jié)合強(qiáng)度隨織構(gòu)化圖案的形狀而變化，從所選用的圖形中，網(wǎng)格圖案具有最好的結(jié)合強(qiáng)度，結(jié)合強(qiáng)度為68MPa。

2、結(jié)合強(qiáng)度隨織構(gòu)圖案密度的變化

織構(gòu)化圖案在基體或涂層表面所占的面積比即密度，為了測試織構(gòu)化圖案密度對結(jié)合強(qiáng)度的影響，選擇網(wǎng)格形織構(gòu)圖案的的密度，所制備織構(gòu)度為15％，20％，25％，30％，35％，對制備的不同密度的網(wǎng)格形的圖案進(jìn)行疲勞測試，所用試驗(yàn)機(jī)為常規(guī)試驗(yàn)機(jī)。測試結(jié)果如圖3所示，為涂層的結(jié)合強(qiáng)度隨網(wǎng)格織構(gòu)密度的變化，可以看出，涂層的結(jié)合強(qiáng)度是隨織構(gòu)化密度而變化的，結(jié)合強(qiáng)度呈先上升后下降的趨勢，且織構(gòu)化密度有一個最優(yōu)值，當(dāng)網(wǎng)格織構(gòu)密度在30％時，涂層的結(jié)合強(qiáng)度最高。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。