本發(fā)明涉及涂層材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種改變織構(gòu)凹陷直徑提高等離子噴涂層結(jié)合強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)和方法。

背景技術(shù)：

等離子噴涂涂層能夠?qū)崿F(xiàn)大尺寸零件的加工，且能夠得到較厚的涂層厚度，因此被廣泛的應(yīng)用在工程領(lǐng)域，但是因其與基體的結(jié)合方式屬于機(jī)械結(jié)合，這就導(dǎo)致噴涂涂層的結(jié)合力較低，而基體與涂層的結(jié)合強(qiáng)度是影響熱噴涂涂層服役性能的至關(guān)重要的因素。若噴涂涂層由于其結(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；而噴丸過程雖然能夠使基體表面得到一定的粗糙度，但是所得到的圖案不規(guī)則，不易于控制，并且噴砂過程會導(dǎo)致基體的變形，甚至使基體表面具有顯微裂紋?？梢?，傳統(tǒng)的噴涂前粗化處理并不能使涂層的結(jié)合力得到有效的提高。

因此，提供一種改變織構(gòu)凹陷直徑提高等離子噴涂層結(jié)合強(qiáng)度的方法，作為噴涂前處理過程，從而提高涂層與基體的結(jié)合力，以期將其應(yīng)用到工程實踐領(lǐng)域，延長噴涂涂層的服役壽命，就成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種改變織構(gòu)凹陷直徑提高等離子噴涂層結(jié)合強(qiáng)度的方法，作為噴涂前處理過程，從而提高涂層與基體的結(jié)合力，以期將其應(yīng)用到工程實踐領(lǐng)域，延長噴涂涂層的服役壽命。本發(fā)明的另一目的是提供一種改變織構(gòu)凹陷直徑提高等離子噴涂層結(jié)合強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)。

為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供了一種改變織構(gòu)凹陷直徑提高等離子噴涂層結(jié)合強(qiáng)度的方法，包括以下步驟：

1)制備織構(gòu)化圖案：基于生物仿生學(xué)，利用激光過程在基體表面進(jìn)行圓形圖案的織構(gòu)化加工；

2)參數(shù)調(diào)整：根據(jù)步驟1)中形成的織構(gòu)化圖案調(diào)整噴涂工藝參數(shù)和織構(gòu)化圖案參數(shù)，以得到不同直徑的織構(gòu)化圖案；

3)涂層噴涂：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；

4)涂層結(jié)合強(qiáng)度測試和校驗：通過掃描電子顯微鏡觀察噴涂前織構(gòu)的幾何形貌和噴涂后涂層橫截面的sem形貌；使用膠粘紙把棒狀零件粘接在涂層表面，通過測量拉開零件使涂層從基片上剝離所需力的大小，求得涂層的附著力。

進(jìn)一步地，在步驟1)之前還包括基體預(yù)處理步驟，對基體的表面進(jìn)行打磨清洗處理。

進(jìn)一步地，在步驟1)中所制備織構(gòu)化圖案的間距為70微米，圖案直徑為以下至少一種：40微米、60微米、80微米、100微米或120微米。

進(jìn)一步地，在步驟1)中，所用基體為fv520b。

進(jìn)一步地，步驟2)中所述噴涂工藝參數(shù)為：激光功率16w，掃描速度800mm/s，加工次數(shù)為1次。

進(jìn)一步地，所得到的織構(gòu)化圖案加工深度為60微米。

進(jìn)一步地，在步驟3)中所選用的涂層為nicrbsi陶瓷涂層，通過超音速等離子噴涂得到厚度為500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)明還提供一種改變織構(gòu)凹陷直徑提高等離子噴涂層結(jié)合強(qiáng)度的方法，包括基體、在所述基體上制備形成的圓形圖案的織構(gòu)化圖案，和在所述織構(gòu)化圖案上噴涂形成的涂層。

優(yōu)選地，所述織構(gòu)化圖案的間距為70微米，圖案直徑為以下至少一種：40微米、60微米、80微米、100微米或120微米。

優(yōu)選地，所述基體為不銹鋼，所述涂層為nicrbsi陶瓷涂層。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明提供的方法通過改變織構(gòu)化圖案形狀來改變噴涂涂層結(jié)合強(qiáng)度，其噴涂涂層結(jié)合強(qiáng)度能夠隨著圓形織構(gòu)圖案直徑的變化而變化，與現(xiàn)有的織構(gòu)化提高涂層強(qiáng)度的方法相比較，優(yōu)化了織構(gòu)化圖案參數(shù)；本發(fā)明使用激光織構(gòu)化方法通過控制激光過程的參數(shù)在基體表面得到了一定尺寸及密度的規(guī)則排列的織構(gòu)化幾何圖案。其作為噴涂前處理過程，在材料表面預(yù)置不同直徑的織構(gòu)化圖案，通過改變織構(gòu)化圖案的直徑，探索出不同織構(gòu)化圖案提高噴涂涂層強(qiáng)度的機(jī)理，并進(jìn)一步探索出能有效提高涂層結(jié)合強(qiáng)度的較優(yōu)的織構(gòu)化圖案直徑，提高了涂層與基體的結(jié)合力，便于將其應(yīng)用到工程實踐領(lǐng)域，以延長噴涂涂層的服役壽命。

附圖說明

圖1-1為實施例一中織構(gòu)圖案下噴涂涂層成形情況；

圖1-2為實施例一中織構(gòu)圖案下噴涂顆粒沉積狀態(tài)；

圖2-1為實施例二中織構(gòu)圖案下噴涂涂層成形情況；

圖2-2為實施例二中織構(gòu)圖案下噴涂顆粒沉積狀態(tài)；

圖3-1為實施例三中織構(gòu)圖案下噴涂涂層成形情況；

圖3-2為實施例三中織構(gòu)圖案下噴涂顆粒沉積狀態(tài)；

圖4-1為實施例四中織構(gòu)圖案下噴涂涂層成形情況；

圖4-2為實施例四中織構(gòu)圖案下噴涂顆粒沉積狀態(tài)；

圖5-1為實施例五中織構(gòu)圖案下噴涂涂層成形情況；

圖5-2為實施例五中織構(gòu)圖案下噴涂顆粒沉積狀態(tài)；

圖6為織構(gòu)化圖案直徑對結(jié)合強(qiáng)度的影響測試結(jié)果圖。

具體實施方式

以下通過實施例來進(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。

實施例一

本發(fā)明提供了一種改變織構(gòu)凹陷直徑提高等離子噴涂層結(jié)合強(qiáng)度的方法，該方法具體包括以下步驟：

s11基體預(yù)處理步驟，對基體的表面進(jìn)行打磨清洗處理，以去除基體表面雜質(zhì)，提高噴涂效果；

s12制備織構(gòu)化圖案：基于生物仿生學(xué)，利用激光過程在基體表面進(jìn)行圓形圖案的織構(gòu)化加工；

s13參數(shù)調(diào)整：根據(jù)步驟s12中形成的織構(gòu)化圖案調(diào)整噴涂工藝參數(shù)和織構(gòu)化圖案參數(shù)，以得到直徑40微米、間距70微米的織構(gòu)化圖案；具體地，對于間距為70微米、直徑為40微米的織構(gòu)化圖案，激光功率16w，掃描速度800mm/s，加工次數(shù)為1次；

s14涂層噴涂：利用超音速等離子噴涂方法對步驟s12所得的基體進(jìn)行噴涂；噴涂設(shè)備選用礦冶研究總院的高效gtvf6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。

s15涂層結(jié)合強(qiáng)度測試和校驗：通過掃描電子顯微鏡觀察噴涂前織構(gòu)的幾何形貌和噴涂后涂層橫截面的sem形貌；使用膠粘紙把棒狀零件粘接在涂層表面，通過測量拉開零件使涂層從基片上剝離所需力的大小，求得涂層的附著力。

實施例二

本發(fā)明提供了一種改變織構(gòu)凹陷直徑提高等離子噴涂層結(jié)合強(qiáng)度的方法，該方法具體包括以下步驟：

s21基體預(yù)處理步驟，對基體的表面進(jìn)行打磨清洗處理，以去除基體表面雜質(zhì)，提高噴涂效果；

s22制備織構(gòu)化圖案：基于生物仿生學(xué)，利用激光過程在基體表面進(jìn)行圓形圖案的織構(gòu)化加工；

s23參數(shù)調(diào)整：根據(jù)步驟s22中形成的織構(gòu)化圖案調(diào)整噴涂工藝參數(shù)和織構(gòu)化圖案參數(shù)，以得到直徑60微米、間距70微米的織構(gòu)化圖案；具體地，對于間距為70微米、直徑為60微米的織構(gòu)化圖案，激光功率16w，掃描速度800mm/s，加工次數(shù)為1次；

s24涂層噴涂：利用超音速等離子噴涂方法對步驟s22所得的基體進(jìn)行噴涂；噴涂設(shè)備選用礦冶研究總院的高效gtvf6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。

s25涂層結(jié)合強(qiáng)度測試和校驗：通過掃描電子顯微鏡觀察噴涂前織構(gòu)的幾何形貌和噴涂后涂層橫截面的sem形貌；使用膠粘紙把棒狀零件粘接在涂層表面，通過測量拉開零件使涂層從基片上剝離所需力的大小，求得涂層的附著力。

實施例三

本發(fā)明提供了一種改變織構(gòu)凹陷直徑提高等離子噴涂層結(jié)合強(qiáng)度的方法，該方法具體包括以下步驟：

s31基體預(yù)處理步驟，對基體的表面進(jìn)行打磨清洗處理，以去除基體表面雜質(zhì)，提高噴涂效果；

s32制備織構(gòu)化圖案：基于生物仿生學(xué)，利用激光過程在基體表面進(jìn)行圓形圖案的織構(gòu)化加工；

s33參數(shù)調(diào)整：根據(jù)步驟s32中形成的織構(gòu)化圖案調(diào)整噴涂工藝參數(shù)和織構(gòu)化圖案參數(shù)，以得到直徑80微米、間距70微米的織構(gòu)化圖案；具體地，對于間距為70微米、直徑為80微米的織構(gòu)化圖案，激光功率16w，掃描速度800mm/s，加工次數(shù)為1次；

s34涂層噴涂：利用超音速等離子噴涂方法對步驟s32所得的基體進(jìn)行噴涂；噴涂設(shè)備選用礦冶研究總院的高效gtvf6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。

s35涂層結(jié)合強(qiáng)度測試和校驗：通過掃描電子顯微鏡觀察噴涂前織構(gòu)的幾何形貌和噴涂后涂層橫截面的sem形貌；使用膠粘紙把棒狀零件粘接在涂層表面，通過測量拉開零件使涂層從基片上剝離所需力的大小，求得涂層的附著力。

實施例四

本發(fā)明提供了一種改變織構(gòu)凹陷直徑提高等離子噴涂層結(jié)合強(qiáng)度的方法，該方法具體包括以下步驟：

s41基體預(yù)處理步驟，對基體的表面進(jìn)行打磨清洗處理，以去除基體表面雜質(zhì)，提高噴涂效果；

s42制備織構(gòu)化圖案：基于生物仿生學(xué)，利用激光過程在基體表面進(jìn)行圓形圖案的織構(gòu)化加工；

s43參數(shù)調(diào)整：根據(jù)步驟s42中形成的織構(gòu)化圖案調(diào)整噴涂工藝參數(shù)和織構(gòu)化圖案參數(shù)，以得到直徑100微米、間距70微米的織構(gòu)化圖案；具體地，對于間距為70微米、直徑為100微米的織構(gòu)化圖案，激光功率16w，掃描速度800mm/s，加工次數(shù)為1次；

s44涂層噴涂：利用超音速等離子噴涂方法對步驟s42所得的基體進(jìn)行噴涂；噴涂設(shè)備選用礦冶研究總院的高效gtvf6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。

s45涂層結(jié)合強(qiáng)度測試和校驗：通過掃描電子顯微鏡觀察噴涂前織構(gòu)的幾何形貌和噴涂后涂層橫截面的sem形貌；使用膠粘紙把棒狀零件粘接在涂層表面，通過測量拉開零件使涂層從基片上剝離所需力的大小，求得涂層的附著力。

實施例五

本發(fā)明提供了一種改變織構(gòu)凹陷直徑提高等離子噴涂層結(jié)合強(qiáng)度的方法，該方法具體包括以下步驟：

s51基體預(yù)處理步驟，對基體的表面進(jìn)行打磨清洗處理，以去除基體表面雜質(zhì)，提高噴涂效果；

s52制備織構(gòu)化圖案：基于生物仿生學(xué)，利用激光過程在基體表面進(jìn)行圓形圖案的織構(gòu)化加工；

s53參數(shù)調(diào)整：根據(jù)步驟s52中形成的織構(gòu)化圖案調(diào)整噴涂工藝參數(shù)和織構(gòu)化圖案參數(shù)，以得到直徑120微米、間距70微米的織構(gòu)化圖案；具體地，對于間距為70微米、直徑為120微米的織構(gòu)化圖案，激光功率16w，掃描速度800mm/s，加工次數(shù)為1次；

s54涂層噴涂：利用超音速等離子噴涂方法對步驟s52所得的基體進(jìn)行噴涂；噴涂設(shè)備選用礦冶研究總院的高效gtvf6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。

s55涂層結(jié)合強(qiáng)度測試和校驗：通過掃描電子顯微鏡觀察噴涂前織構(gòu)的幾何形貌和噴涂后涂層橫截面的sem形貌；使用膠粘紙把棒狀零件粘接在涂層表面，通過測量拉開零件使涂層從基片上剝離所需力的大小，求得涂層的附著力。

在上述各實施例中，所用基體為不銹鋼，具體為fv520b，所得到的織構(gòu)化圖案加工深度為60微米，所選用的涂層為nicrbsi陶瓷涂層，通過超音速等離子噴涂得到厚度為500微米左右的噴涂涂層，其中nicrbsi粉末的粒度為50-60微米。所用激光為脈沖激光，其能量和加工次數(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。

對比例

為了測量涂層的各項性能，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機(jī)對噴涂涂層的疲勞性能進(jìn)行測試。

基體表面不同形狀織構(gòu)下涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度采用拉伸試驗機(jī)對涂層的結(jié)合強(qiáng)度進(jìn)行測試，所用拉伸試驗機(jī)的型號為：mts809型電子萬能材料試驗機(jī)。對上述各實施例中制備的不同形狀的織構(gòu)化圖案進(jìn)行涂層噴涂后進(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。

其中實施例一中織構(gòu)圖案下噴涂涂層成形情況如圖1-1所示，其噴涂顆粒沉積狀態(tài)如圖1-2所示；實施例二中織構(gòu)圖案下噴涂涂層成形情況如圖2-1所示，其噴涂顆粒沉積狀態(tài)如圖2-2所示；實施例三中織構(gòu)圖案下噴涂涂層成形情況如圖3-1所示，其噴涂顆粒沉積狀態(tài)如圖3-2所示；實施例四中織構(gòu)圖案下噴涂涂層成形情況如圖4-1所示，其噴涂顆粒沉積狀態(tài)如圖4-2所示；實施例五中織構(gòu)圖案下噴涂涂層成形情況如圖5-1所示，其噴涂顆粒沉積狀態(tài)如圖5-2所示。

測試結(jié)果如圖6所示，同樣是圓形織構(gòu)化圖案下，不同圖案直徑下涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度明顯不同，直徑在40微米時結(jié)合強(qiáng)度最低，為33mpa，直徑在120微米時結(jié)合強(qiáng)度最高，為43mpa，直徑在60微米時結(jié)合強(qiáng)度為41mpa，直徑在80微米時結(jié)合強(qiáng)度為42mpa，直徑為100微米時結(jié)合強(qiáng)度為40.5mpa；直徑在40-60微米之間時，結(jié)合強(qiáng)度與直徑成正比，直徑在60-80微米之間時，結(jié)合強(qiáng)度與直徑成正比，但斜率小于直徑在40-60微米時正比例線的斜率，直徑在80-100微米時，結(jié)合強(qiáng)度與直徑成反比，直徑在100-120微米時，結(jié)合強(qiáng)度與直徑成正比。

本發(fā)明提供的方法通過改變織構(gòu)化圖案形狀來改變噴涂涂層結(jié)合強(qiáng)度，其噴涂涂層結(jié)合強(qiáng)度能夠隨著圓形織構(gòu)圖案直徑的變化而變化，與現(xiàn)有的織構(gòu)化提高涂層強(qiáng)度的方法相比較，優(yōu)化了織構(gòu)化圖案參數(shù)；本發(fā)明使用激光織構(gòu)化方法通過控制激光過程的參數(shù)在基體表面得到了一定尺寸及密度的規(guī)則排列的織構(gòu)化幾何圖案。其作為噴涂前處理過程，在材料表面預(yù)置不同直徑的織構(gòu)化圖案，通過改變織構(gòu)化圖案的直徑，探索出不同織構(gòu)化圖案提高噴涂涂層強(qiáng)度的機(jī)理，并進(jìn)一步探索出能有效提高涂層結(jié)合強(qiáng)度的較優(yōu)的織構(gòu)化圖案直徑，提高了涂層與基體的結(jié)合力，便于將其應(yīng)用到工程實踐領(lǐng)域，以延長噴涂涂層的服役壽命。

本發(fā)明還提供一種改變織構(gòu)凹陷直徑提高等離子噴涂層結(jié)合強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)，包括基體、在所述基體上制備形成的圓形圖案的織構(gòu)化圖案，和在所述織構(gòu)化圖案上噴涂形成的涂層；其中織構(gòu)化圖案的間距為70微米，圖案直徑為以下至少一種：40微米、60微米、80微米、100微米或120微米，所述基體為不銹鋼，具體為fv520b，所述涂層為nicrbsi陶瓷涂層。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，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。