用于監(jiān)測基體表面損傷的智能涂層及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于監(jiān)測基體表面損傷的智能涂層及其制備方法，該方法在基體表面復合強化層，所述強化層包含壓電材料的連續(xù)相及其顆粒；在所述強化層上復合傳感層，所述傳感層主要由所述壓電材料的連續(xù)相形成，經(jīng)極化，得到用于監(jiān)測基體表面損傷的智能涂層。本發(fā)明主要采用壓電材料形成智能涂層中的傳感層，其具有壓電效應，可直接對零件表面磨損狀態(tài)實時監(jiān)控、反饋，而無需粘貼或在外圍布置壓電傳感器，這可以避免傳感器和基體之間結合度差的問題。本發(fā)明在基體與傳感層之間增加強化層，其包含所述壓電材料的連續(xù)相及其顆粒，是一種復合結構層，能強化傳感層附著于基體的能力，進一步提高與設備基體的結合度，從而賦予智能涂層較好的耐久性。
【專利說明】用于監(jiān)測基體表面損傷的智能涂層及其制備方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及涂層【技術領域】，特別涉及一種用于監(jiān)測基體表面的智能涂層及其制備方法。

【背景技術】
[0002]為了提高一些機械零件如齒輪、活塞和氣缸等的耐磨性，通常在這些零件的表面設置耐磨涂層。然而，這些零件在長期服役過程中，其先天存在的原生性微缺陷仍會慢慢累積，并且可能會與后發(fā)性微損傷相互作用，最終從量變轉為質變而產(chǎn)生致命的損壞。如果在零件質變損壞產(chǎn)生之前能夠獲得一個確定的信號，或者能夠精確掌握零件微小損傷累積量變的全程，就可以盡量地避免發(fā)生事故。
[0003]當前的零件表面疲勞磨損試驗多以震動、摩擦系數(shù)和溫度等因素的變化作為評估零件表面磨損狀態(tài)的判斷依據(jù)，當選定的判斷因素的實際值超過了預設的門檻值，則說明零件表面失效，然后對失效零件進行斷口分析，通過經(jīng)驗或經(jīng)典理論反向推斷，從而得出失效機理。但是，這種以“事后判斷”為主的失效行為與機理研究，不能準確判斷零件表面的臨界失效狀態(tài)，無法建立可動態(tài)監(jiān)測并控制零件表面失效的掌控機制。
[0004]而現(xiàn)有的在線監(jiān)控零件表面損傷主要依靠布置可收集零件工作狀態(tài)信息的壓電傳感器，通過整理、分析傳感器輸出的信號，來把握表面涂層服役狀態(tài)的變化過程。其中，所述壓電傳感器是利用現(xiàn)有的壓電材料如鈦酸鋇、鈦酸鉛的壓電效應制備的，應用時，需要將其布置在服役涂層的周邊，或者粘貼到機械設備或零件上。
[0005]但是，由于一些機械設備的結構復雜或工作環(huán)境惡劣，所述壓電傳感器與設備或零件間的結合度差，造成了壓電傳感器的檢測精度差，甚至脫落的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決以上技術問題，本發(fā)明提供一種用于監(jiān)測基體表面損傷的智能涂層及其制備方法，本發(fā)明提供的智能涂層具有壓電效應，且與設備基體的結合度高，進而能避免壓電傳感器檢測精度差，甚至脫落的問題。
[0007]本發(fā)明提供一種用于監(jiān)測基體表面損傷的智能涂層，包括:
[0008]復合在基體表面的強化層，所述強化層包含壓電材料的連續(xù)相及其顆粒；
[0009]復合在所述強化層上的傳感層，所述傳感層主要由所述壓電材料的連續(xù)相形成。
[0010]優(yōu)選的，所述壓電材料的連續(xù)相及其顆粒中，所述壓電材料為PbT13或PbZr0.52Ti0.4803。
[0011]優(yōu)選的，在基體表面與強化層之間，還包括第一絕緣層。
[0012]優(yōu)選的，所述傳感層包括:
[0013]多個第一傳感單元，所述多個第一傳感單元設置在所述強化層上，沿第二方向排列，且所述多個第一傳感單兀沿第一方向延伸；
[0014] 第二絕緣層，所述第二絕緣層覆蓋在所述多個第一傳感單元和強化層上；
[0015]多個第二傳感單元，所述多個第二傳感單元設置在所述第二絕緣成上，沿第一方向排列，且所述多個第二傳感單元沿第二方向延伸；
[0016]其中，所述多個第一傳感單元和多個第二傳感單元由所述壓電材料形成。
[0017]優(yōu)選的，所述第一絕緣層和第二絕緣層各自獨立地為氧化鋁與氧化鈦的復合層、氧化鋁層或氧化鈦層。
[0018]優(yōu)選的，還包括耐磨層，所述耐磨層覆蓋在所述多個第二傳感單元和第二絕緣層上。
[0019]優(yōu)選的:
[0020]第一上電極，所述第一上電極設置在所述多個第一傳感單元上表面邊緣；
[0021]第一下電極，所述第一下電極設置在所述多個第一傳感單元下表面邊緣；
[0022]第二上電極，所述第二上電極設置在所述多個第二傳感單元表面上；
[0023]第二下電極，所述第二下電極設置在所述多個第二傳感單元下表面邊緣。
[0024]本發(fā)明還提供一種用于監(jiān)測基體表面損傷的智能涂層的制備方法，包括以下步驟:
[0025]在基體表面復合強化層，所述強化層包含壓電材料的連續(xù)相及其顆粒；
[0026]在所述強化層上復合傳感層，所述傳感層主要由所述壓電材料的連續(xù)相形成，經(jīng)極化，得到用于監(jiān)測基體表面損傷的智能涂層。
[0027]優(yōu)選的，所述壓電材料的連續(xù)相及其顆粒中，所述壓電材料為PbT13或PbZr0.52Ti0.4803。
[0028]優(yōu)選的，所述強化層通過超音速等離子噴涂壓電材料的粉料形成，所述粉料包括平均粒徑為Dl的第一粉料和平均粒徑為D2的第二粉料，所述Dl為4微米~6微米，D2為18微米~22微米，所述第一粉料與第二粉料的質量之比為(2~6):1。
[0029]與現(xiàn)有技術相比，在基體表面，本發(fā)明首先復合強化層，所述強化層包含壓電材料的連續(xù)相及其顆粒；然后在所述強化層上復合傳感層，所述傳感層主要由所述壓電材料的連續(xù)相形成，經(jīng)極化，得到用于監(jiān)測基體表面損傷的智能涂層。本發(fā)明主要采用壓電材料形成智能涂層中的傳感層，其具有壓電效應，可以直接對零件表面的磨損狀態(tài)實時監(jiān)控、反饋，而無需通過粘貼或在外圍布置的方式，這樣可以避免壓電傳感器和設備零件之間結合度差的問題。在基體與傳感層之間，本發(fā)明增加復合了強化層，其包含所述壓電材料的連續(xù)相及其顆粒，是一種復合結構層，能強化傳感層附著于基體的能力，進一步提高與設備基體的結合度，從而賦予智能涂層較好的耐久性。因此，本發(fā)明能避免壓電傳感器檢測精度差，甚至脫落的問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明一個實施例提供的智能涂層的俯視圖；
[0031]圖2為本發(fā)明一個實施例提供的智能涂層沿B-B’線的剖面圖；
[0032]圖3為本發(fā)明測試涂層結合強度的噴涂試樣圖；
[0033]圖 4為本發(fā)明測試涂層結合強度的拉伸試樣圖；
[0034]圖5為本發(fā)明實施例1制備智能涂層的主要流程圖；
[0035]圖6為本發(fā)明實施例1制備的鈦酸鉛強化層的表面形貌；
[0036]圖7為本發(fā)明實施例1制備的鈦酸鉛強化層的截面形貌；
[0037]圖8為本發(fā)明實施例1~6和比較例I~6提供的涂層與基體的結合強度。

【具體實施方式】
[0038]為了進一步理解本發(fā)明，下面結合實施例對本發(fā)明優(yōu)選實施方案進行描述，但是應當理解，這些描述只是為進一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點，而不是對本發(fā)明權利要求的限制。
[0039]本發(fā)明提供了一種用于監(jiān)測基體表面損傷的智能涂層，包括:
[0040]復合在基體表面的強化層，所述強化層包含壓電材料的連續(xù)相及其顆粒；
[0041]復合在所述強化層上的傳感層，所述傳感層主要由所述壓電材料的連續(xù)相形成。
[0042]本發(fā)明提供的智能涂層具有壓電效應，并且能緊密復合在零件等基體表面，耐久性好，可以更好地對零件表面的磨損狀態(tài)進行實時監(jiān)控、反饋。
[0043]本發(fā)明所述智能涂層可用于監(jiān)測基體表面的損傷情況，其中，所述基體可以為任意形狀，即所述基體可以為任意形狀的零件或設備。所述基體優(yōu)選為金屬基體，更優(yōu)選為45#鋼基體。在實際應用中，所述基體可以為蒸汽透平機、壓縮機、泵的運動零件，還可為齒輪、軸、活塞銷等零件(零件需經(jīng)高頻或火焰表面淬火)，并可以為鑄件?；蛘?，所述基體為銅基體或鋁基體，以適應其他場合應用的部件。
[0044]所述智能涂層包括傳感層，其主要是壓電材料的連續(xù)相層，也就是主要由壓電材料的連續(xù)相形成。所述壓電材料具有壓電性能，是受到壓力作用時會在兩端面間產(chǎn)生電壓的晶體材料，可用于制備壓電傳感器。在本發(fā)明中，所述壓電材料優(yōu)選為PbT13或PbZr0.52Ti0.4803。
[0045]所述傳感層的粉料粒度優(yōu)選為40 μ m~60 μ m,更優(yōu)選為45 μ m~55 μ m。所述傳感層的厚度優(yōu)選為50μπι~100 μ m，更優(yōu)選為60μπι~80μπι。傳感層太薄，監(jiān)測不準確。而過厚的傳感層會出現(xiàn)電信號不穩(wěn)定，這是因為過厚的涂層內(nèi)部的大量氣孔和裂紋會弱化電荷在涂層中的傳輸效率；并且由于涂層太厚容易形成更多的孔隙和裂紋，也會影響涂層質量，導致涂層首先失效。另外，涂層太厚還會給噴涂過程帶來一定的麻煩。
[0046]本發(fā)明主要采用壓電材料形成智能涂層中的傳感層，其具有壓電效應，可以直接對零件表面的磨損狀態(tài)實時監(jiān)控、反饋，而無需通過粘貼或在外圍布置的方式，這樣可以避免壓電傳感器和設備零件之間結合度差的問題。
[0047]在所述傳感層與基體之間，所述智能涂層包括強化層，其復合在基體表面，而傳感層復合在所述強化層上。所述強化層由所述壓電材料形成，并且包含的是壓電材料的連續(xù)相及其顆粒，也就是說，所述強化層包含基本連續(xù)的基質和分散在所述基質中的顆粒，這是一種復合結構層，能強化傳感層附著于基體的能力，進一步提高與設備基體的結合度，從而賦予智能涂層較好的耐久性。所述強化層的厚度優(yōu)選為20 μ m~40 μ m,更優(yōu)選為30 μ m。
[0048]在本發(fā)明一個實施例中，所述壓電材料為PbT13,那么，在所述強化層中，連續(xù)相是PbT13發(fā)生嚴重鉛損失而形成的貧鉛相，顆粒是發(fā)生很少鉛損失而形成的PbT13顆粒；所述傳感層主要由鈦酸鉛的連續(xù)相形成，即為鈦酸鉛層。在本發(fā)明另一個實施例中，所述壓電材料為PbZra52Tia48O3,那么，在所述強化層中，連續(xù)相是PbZra52Tia48O3發(fā)生嚴重鉛損失而形成的貧鉛相，顆粒是發(fā)生很少鉛損失而形成的PbZra52Tia48O3顆粒；所述傳感層主要由PbZra52Tia48O3的連續(xù)相形成，即為鈦酸鉛鋯層。
[0049]在上述兩個實施例中，所述貧鉛相是鉛成分損失很嚴重而獲得的一種或更多種相，可以是含鉛且富含二氧化鈦的相或者是貧鉛的鈦酸鉛鐵電體，Pb =Ti的質量比顯著小于I;而所述顆粒是鉛成分損失很少而獲得的基本化學計量的鈦酸鉛(相)，Pb =Ti的質量比大體為I。所述顆粒和貧鉛相之間具有顯著不同的機械性能，利用這種性能差異，復合的結構能夠顯著降低裂紋擴展的阻力，從而提高涂敷層的結合力，使得后面形成的鈦酸鉛層或鈦酸鉛鋯層(也就是傳感層)具有更耐久的粘附性。
[0050]在基體表面與強化層之間，所述智能涂層優(yōu)選還包括第一絕緣層。在本發(fā)明中，所述第一絕緣層優(yōu)選為氧化鋁與氧化鈦的復合層、氧化鋁層或氧化鈦層。所述第一絕緣層的厚度優(yōu)選為20 μ m~40 μ m,更優(yōu)選為25 μ m~35 μ m。
[0051]所述智能涂層優(yōu)選還包括耐磨層，其覆蓋在所述傳感層上。所述耐磨層為表面層，既能作為“裝甲”，抵擋來自外界的應力接觸并起到保護作用，又能作為一個電極和導體將信號輸出。
[0052]所述耐磨層的制作材料優(yōu)選為FeCrBSi合金，即形成鐵鉻硼硅涂層。所述FeCrBSi合金價格便宜，與壓電材料的結合度好，且耐磨性好，所以優(yōu)選采用所述FeCrBSi合金作為耐磨層的制作材料，可以進一步的增大零件表面的耐磨性。所述耐磨層的厚度優(yōu)選為200 μ m~300 μ m,更優(yōu)選為230 μ m~250 μ m ;所述耐磨層的粉料粒度優(yōu)選為40 μ m~70 μ m,更優(yōu)選為50 μ m~60 μ m。
[0053]為了進一步提高檢測精度，在本發(fā)明中，所述傳感層優(yōu)選包括:
[0054]多個第一傳感單元，所述多個第一傳感單元設置在所述強化層上，沿第二方向排列，且所述多個第一傳感單兀沿第一方向延伸；
[0055]第二絕緣層，所述第二絕緣層覆蓋在所述多個第一傳感單元和強化層上；
[0056]多個第二傳感單元，所述多個第二傳感單元設置在所述第二絕緣成上，沿第一方向排列，且所述多個第二傳感單元沿第二方向延伸；
[0057]其中，所述多個第一傳感單元和多個第二傳感單元由所述壓電材料形成。
[0058]另外，本發(fā)明所述智能涂層優(yōu)選還包括:
[0059]第一上電極，所述第一上電極設置在所述多個第一傳感單元上表面邊緣；
[0060]第一下電極，所述第一下電極設置在所述多個第一傳感單元下表面邊緣；
[0061]第二上電極，所述第二上電極設置在所述多個第二傳感單元表面上；
[0062]第二下電極，所述第二下電極設置在所述多個第二傳感單元下表面邊緣。
[0063]參見圖1和圖2，圖1為本發(fā)明一個實施例提供的智能涂層的俯視圖，圖2為本發(fā)明一個實施例提供的智能涂層沿B-B’線的剖面圖。
[0064]在圖1和圖2中，I是基體，2是第一絕緣層，2+是強化層，3是多個第一傳感單元，31是第一上電極，32是第一下電極，4是第二絕緣層，5是多個第二傳感單元，51是第二上電極，52是第二下電極，6是耐磨層。
[0065]在本發(fā)明實施例中，多個第一傳感單元、第二絕緣層和多個第二傳感單元等構成傳感層。
[0066]其中，所述多個第一傳感單元3設置在所述強化層2+上，呈長條狀，寬度為2mm~4mm,優(yōu)選為3mm ;厚度為50 μ m~100 μ m ;相鄰的兩個第一傳感單兀之間的距離為2mm~4mm,優(yōu)選為3mm。所述多個第一傳感單元3沿第二方向排列，且沿第一方向延伸。作為優(yōu)選，所述第一方向與第二方向相互垂直，或近于垂直。所述多個第一傳感單兀由所述壓電材料形成，優(yōu)選由PbT13或PbZra52Tia48O3形成。
[0067]所述第二絕緣層4覆蓋在所述多個第一傳感單元3和強化層2+上，且所述第二絕緣層4優(yōu)選為氧化鋁與氧化鈦的復合層、氧化鋁層或氧化鈦層。另外，所述第二絕緣層優(yōu)選與第一絕緣層的材料相同；厚度優(yōu)選也相同。
[0068]所述多個第二傳感單元5設置在所述第二絕緣層4上，呈長條狀，寬度為2mm~4mm,優(yōu)選為3mm ;厚度為50 μ m~100 μ m ;相鄰的兩個第二傳感單兀之間的距離為2mm~4mm,優(yōu)選為3mm。所述多個第二傳感單元5沿第一方向排列,且沿第二方向延伸。所述多個第二傳感單元由所述壓電材料形成，優(yōu)選由PbT13或PbZra52Tia48O3形成。
[0069]相應地，所述耐磨層6覆蓋在所述多個第二傳感單元和第二絕緣層上。
[0070]所述第一上電極31設置在所述多個第一傳感單元3上表面邊緣，所述第一下電極32設置在所述多個第一傳感單元3下表面邊緣，所述第一上電極31和第一下電極32為所述多個第一傳感單元3對涂層損傷產(chǎn)生的電流的導出電極。
[0071]所述第二上電極51設置在所述多個第二傳感單元5表面上，所述第二下電極52設置在所述多個第二傳感單元5下表面邊緣，所述第二上電極51和第二下電極52為所述多個第二傳感單元5對涂層損傷產(chǎn)生的電流的導出電極。
[0072]此外，所述第一上電極31、第一下電極32、第二上電極51和第二下電極52還需要連接引線，以將所述電流導出。
[0073]優(yōu)選的，所述第一上電極31、第一下電極32、第二上電極51和第二下電極52均為金電極，以提高導電性，降低電流的損耗。并且，所述第一上電極31、第一下電極32、第二上電極51和第二下電極52均設置在所述涂層的非磨損部位，以避免由于零件表面涂層磨損對電極的影響。
[0074]在本申請實施例所提供的智能涂層中，多個第一傳感單元3和多個第二傳感單元5具有壓電效應，可以對零件表面的磨損狀態(tài)實時監(jiān)控、反饋，因此無需再粘貼傳感器，與現(xiàn)有的通過粘貼來結合的傳感器和基體相比，本申請所提供的智能涂層可以避免傳感器和零件之間粘合度差的問題。
[0075]同時，所述多個第一傳感單元3沿第一方向延伸，所述多個第二傳感單元5沿第二方向延伸，二者相互交叉，呈網(wǎng)格狀，則在零件表面(可以是耐磨層6)受到損傷的時候，所述多個第一傳感單元3和多個第二傳感單元5均會產(chǎn)生電信號，而且距離損傷位置最近的第一傳感單元3所產(chǎn)生的電信號最強，同樣，距離損傷位置最近的第二傳感單元5所產(chǎn)生的電信號也是最強的，且所述第一傳感單元3與第二傳感單元5之間絕緣，第一傳感單元3所產(chǎn)生的電信號和第二傳感單元5產(chǎn)生的電信號之間不會相互干擾，通過對最強電信號的檢測，可以精確定位損傷位置，為零件表面的磨損狀態(tài)提供更多、更準確的信息，更利于對零件表面的磨損狀態(tài)的監(jiān)測與后期分析。
[0076]并且，所述多個第一傳感單元3與基體I之間設置有第一絕緣層2，則可以避免所述多個第一傳感單元3產(chǎn)生的電信號流入基體1，即避免電信號的損失，增大對損傷的檢測靈敏度。
[0077] 可見，在收集零件表面涂層(耐磨層6)的磨損損傷或微斷裂時，所述智能涂層發(fā)出的電流可以作為特征信號來完成對涂層臨界失效狀態(tài)的判斷，即對零件表面涂層狀態(tài)的判斷模式為“完整…較完整…未失效…臨界失效…失效”的多選式的連續(xù)判斷模式，從而完成對零件表面涂層的失效演變過程的實時、在線和動態(tài)掌握，并可以精確定位磨損位置，為零件表面的磨損狀態(tài)提供更多、更準確的信息，更利于對零件表面的磨損狀態(tài)的監(jiān)測與后期分析。
[0078]需要說明的是，對于第一傳感單元3和第二傳感單元5而言，更小的寬度和更小間距可以增大所述智能涂層的定位精度，因此在不同的需求下，可以相應的改動傳感單元的寬度和間距，或者改變第一傳感單元3和第二傳感單元5的形狀，以增大其適用范圍。
[0079]相應地，本發(fā)明還提供了一種用于監(jiān)測基體表面損傷的智能涂層的制備方法，包括:
[0080]在基體表面復合強化層，所述強化層包括壓電材料的連續(xù)相及其顆粒；
[0081]在所述強化層上復合傳感層，所述傳感層主要由所述壓電材料的連續(xù)相形成，經(jīng)極化，得到用于監(jiān)測基體表面損傷的智能涂層。
[0082]本發(fā)明制備的智能涂層具有壓電效應，且與設備基體的結合度高，耐久性好，進而能避免壓電傳感器檢測精度差，甚至脫落的問題。
[0083]首先，本發(fā)明實施例采用壓電材料，在基體表面復合強化層。
[0084]在本發(fā)明中，所述基體可以為任意形狀，即所述基體可以為任意形狀的零件或設備。所述基體優(yōu)選為金屬基體，更優(yōu)選為45#鋼基體。在實際應用中，所述基體可以為蒸汽透平機、壓縮機、泵的運動零件，還可為齒輪、軸、活塞銷等零件(零件需經(jīng)高頻或火焰表面淬火)，并可以為鑄件?；蛘?，所述基體為銅基體或鋁基體，以適應其他場合應用的部件。
[0085]在對基體表面復合強化層之前，本發(fā)明優(yōu)選還包括對其進行預處理，以得到粗糙的基體表面，利于提聞基體與涂層之間的結合度。
[0086]具體的，所述預處理包括:采用噴砂工藝處理所述基體表面，在所述噴砂工藝中，優(yōu)選以棕剛玉為砂料；所述棕剛玉的粒度優(yōu)選為15目~30目，更優(yōu)選為16目~24目；噴砂的氣壓優(yōu)選為0.5MPa~IMPa，更優(yōu)選為0.6MPa~0.8MPa ;噴砂的角度優(yōu)選為30°~60° ,更優(yōu)選為45° ;噴砂的距離優(yōu)選為130mm~160mm,更優(yōu)選為145mm。
[0087]在對基體表面復合強化層之前，或者在對其進行預處理之前，本發(fā)明優(yōu)選還包括對所述基體進行淬火處理，以提高所述基體的硬度，所述硬度一般達到HRC55左右。
[0088]本發(fā)明采用壓電材料在基體表面進行復合，得到強化層。所述壓電材料具有壓電性能，是受到壓力作用時會在兩端面間產(chǎn)生電壓的晶體材料，可用于制備壓電傳感器，優(yōu)選為 PbT13 或 PbZr0.52Ti0 4803。
[0089]本發(fā)明基體表面復合的強化層包含的是壓電材料的連續(xù)相及其顆粒，也就是說，所述強化層包含基本連續(xù)的基質和分散在所述基質中的顆粒，這是一種復合結構層，能強化傳感層附著于基體的能力，進一步提高與設備基體的結合度，從而賦予智能涂層較好的耐久性。所述強化層的厚度優(yōu)選為20 μ m~40 μ m,更優(yōu)選為30 μ m。
[0090]在本發(fā)明一個實施例中，所述壓電材料為PbT13,那么，在所述強化層中，連續(xù)相是PbT13發(fā)生嚴重鉛損失而形成的貧鉛相，顆粒是發(fā)生很少鉛損失而形成的PbT13顆粒。在本發(fā)明另一個實施例中，所述壓電材料為PbZrtl.52Ti0.4803，那么，在所述強化層中，連續(xù)相是PbZra52Tia48O3發(fā)生嚴重鉛損失而形成的貧鉛相，顆粒是發(fā)生很少鉛損失而形成的PbZra52Tia48O3 顆粒。
[0091]在上述兩個實施例中，所述貧鉛相是鉛成分損失很嚴重而獲得的一種或更多種相，可以是含鉛且富含二氧化鈦的相或者是貧鉛的鈦酸鉛鐵電體，Pb =Ti的質量比顯著小于I;而所述顆粒是鉛成分損失很少而獲得的基本化學計量的鈦酸鉛(相)，Pb =Ti的質量比大體為I。所述顆粒和貧鉛相之間具有顯著不同的機械性能，利用這種性能差異，復合的結構能夠顯著降低裂紋擴展的阻力，從而提高涂敷層的結合力，使得后面形成的鈦酸鉛層或鈦酸鉛鋯層(也就是傳感層)具有更耐久的粘附性。
[0092]作為優(yōu)選，所述強化層通過超音速等離子噴涂壓電材料的粉料形成。超音速等離子噴涂工藝屬于熱噴涂工藝中的一種，是制備表面涂層的重要工藝。在超音速等離子噴涂工藝過程中，會產(chǎn)生較高溫度的等離子火焰流，可以將各種噴涂材料加熱至熔融狀態(tài)，這樣不但可以制備高質量的金屬和合金涂層，還可以制備高熔點的陶瓷和金屬陶瓷涂層，從而大大提高涂層的耐磨性。
[0093]在通過超音速等離子噴涂形成強化層的工藝中，噴涂用粉料包括平均粒徑為Dl的第一粉料和平均粒徑為D2的第二粉料。其中，所述第一粉料與第二粉料的質量比優(yōu)選為(2~6):1，更優(yōu)選為(3~5):1。所述Dl優(yōu)選為4微米~6微米，D2優(yōu)選為18微米~22微米。
[0094]在所述噴涂過程中，噴涂電壓為IlOV~130V，優(yōu)選為120V ;噴涂電流為370A~400A，優(yōu)選為375A ;噴涂功率為30kW~50kW，優(yōu)選為49kW ;噴涂距離為10mm~120mm，優(yōu)選為110mm η
[0095]其中，改變功率能夠改變?nèi)刍癄顟B(tài)；改變冷卻條件可以改變鉛損失狀態(tài)，例如在等離子噴涂基體前，提供冷卻手段，降低鉛損失；改變粉料組成能改變沉積層組成和結構，例如提供過量鉛可以形成化學計量的鈦酸鉛或鈦鋯酸鉛，也可以形成富鉛相。
[0096]上述超音速等離子噴涂工藝使得第一粉料完全熔化，第二粉料發(fā)生部分熔化，從而形成包含連續(xù)相基質和分散在所述連續(xù)相基質中的顆粒的強化層。
[0097]在基體表面復合強化層之前，本發(fā)明優(yōu)選還包括在基體表面復合第一絕緣層。
[0098]在本發(fā)明中，所述第一絕緣層優(yōu)選為氧化鋁與氧化鈦的復合層、氧化鋁層或氧化鈦層。所述第一絕緣層的厚度優(yōu)選為20 μ m~40 μ m,更優(yōu)選為25 μ m~35 μ m。本發(fā)明優(yōu)選通過超音速等離子噴涂工藝在基體表面復合第一絕緣層，噴涂工藝具體包括:
[0099]噴涂電壓為IlOV~130V，優(yōu)選為120V ;噴涂電流為370A~400A，優(yōu)選為385A ;噴涂功率為30kW~50kW，優(yōu)選為40kW ;噴涂距離為10mm~120mm，優(yōu)選為110mm。
[0100]得到復合有強化層的基體表面后，本發(fā)明實施例在所述強化層上復合傳感層，經(jīng)極化，得到用于監(jiān)測基體表面損傷的智能涂層。
[0101]本發(fā)明主要采用壓電材料的連續(xù)相形成智能涂層中的傳感層，所述壓電材料優(yōu)選為PbT13或PbZra 52Tia4803，其具有壓電效應，可以直接對零件表面的磨損狀態(tài)實時監(jiān)控、反饋，而無需通過粘貼或在外圍布置的方式，這樣可以避免壓電傳感器和設備零件之間結合度差的問題。
[0102]本發(fā)明優(yōu)選采用超音速等離子噴涂形成傳感層，所述傳感層的粉料粒度優(yōu)選為40 μ m~60 μ m,更優(yōu)選為45 μ m~55 μ m。所述噴涂工藝具體包括:
[0103] 噴涂電壓為IlOV~130V，優(yōu)選為120V ;噴涂電流為350A~380A，優(yōu)選為365A ;噴涂功率為35kW~55kW，優(yōu)選為45kW ;噴涂距離為90mm~110mm，優(yōu)選為100mm。
[0104]噴涂結束后，本發(fā)明在極化電場中進行極化處理，使傳感層具有壓電效應。所述極化的溫度為180°C~205°C，優(yōu)選為195°C ;極化電場強度為2.4KV/mm~2.6KV/mm，優(yōu)選為
2.5KV/mm ;極化處理的持續(xù)時間不低于15min,優(yōu)選的，持續(xù)時間為15min~20min,更優(yōu)選為 18min。
[0105]在本發(fā)明中，所述傳感層的厚度優(yōu)選為50 μ m~100 μ m,更優(yōu)選為60 μ m~SOum0傳感層太薄，監(jiān)測不準確。而過厚的傳感層會出現(xiàn)電信號不穩(wěn)定，這是因為過厚的涂層內(nèi)部的大量氣孔和裂紋會弱化電荷在涂層中的傳輸效率；并且由于涂層太厚容易形成更多的孔隙和裂紋，也會影響涂層質量，導致涂層首先失效。另外，涂層太厚還會給噴涂過程帶來一定的麻煩。
[0106]在形成傳感層后，本發(fā)明優(yōu)選還包括在所述傳感層上復合耐磨層。所述耐磨層為表面層，既能作為“裝甲”，抵擋來自外界的應力接觸并起到保護作用，又能作為一個電極和導體將信號輸出。
[0107]所述耐磨層的制作材料優(yōu)選為FeCrBSi合金，即形成鐵鉻硼硅涂層。所述FeCrBSi合金價格便宜，與壓電材料的結合度好，且耐磨性好，所以優(yōu)選采用所述FeCrBSi合金作為耐磨層的制作材料，可以進一步的增大零件表面的耐磨性。所述耐磨層的厚度優(yōu)選為200 μ m~300 μ m,更優(yōu)選為230 μ m~250 μ m ;所述耐磨層的粉料粒度優(yōu)選為40 μ m~70 μ m,更優(yōu)選為50 μ m~60 μ m。
[0108]本發(fā)明優(yōu)選通過超音速等離子噴涂工藝形成耐磨層，所述噴涂工藝具體包括:
[0109]噴涂電壓為IlOV~130V，優(yōu)選為120V ;噴涂電流為410A~430A，優(yōu)選為420A ;噴涂功率為40kW~55kW，優(yōu)選為48kW ;噴涂距離為90mm~100mm，優(yōu)選為95mm。
[0110]為了進一步提高檢測精度，參見圖1和圖2，在本發(fā)明實施例中，所述傳感層的形成優(yōu)選包括:
[0111]在所述強化層上形成多個第一傳感單元，沿第二方向排列，且所述多個第一傳感單元沿第一方向延伸；
[0112]在所述多個第一傳感單元和強化層上形成第二絕緣層；
[0113]在所述第二絕緣層上形成多個第二傳感單元，沿第一方向排列，且所述多個第二傳感單元沿第二方向延伸；
[0114]其中，所述多個第一傳感單元和多個第二傳感單元由所述壓電材料形成。
[0115]相應的，所述耐磨層即復合在所述多個第二傳感單元和第二絕緣層上。
[0116]在本實施例中，傳感層的制備方法具體包括:
[0117]將具有多個第一傳感單元形狀的掩膜覆蓋在所述第一絕緣層表面上，通過超音速等離子噴涂工藝，最終會在未被掩膜遮擋的位置形成第一傳感單元，在被掩膜遮擋的位置會露出第一絕緣層。
[0118]其中，形成所述多個第一傳感單元的超音速等離子噴涂工藝包括:
[0119]噴涂電壓為IlOV~130V，優(yōu)選為120V ;噴涂電流為350A~380A，優(yōu)選為365A ;噴涂功率為35kW~55kW，優(yōu)選為45kW ;噴涂距離為90mm~110mm，優(yōu)選為100mm。
[0120]通過超音速等離子噴涂工藝在所述第一傳感單元和第一絕緣層表面上形成第二絕緣層，所述第二絕緣層優(yōu)選為氧化鋁或氧化鈦或氧化鋁與氧化鈦的復合層。
[0121]與所述第一絕緣層的制作方法相同，在本實施例中，形成所述第二絕緣層的超音速等離子噴涂工藝，包括:
[0122]噴涂電壓為IlOV~130V，優(yōu)選為120V ;噴涂電流為370A~400A，優(yōu)選為385A ;噴涂功率為30kW~50kW，優(yōu)選為40kW ;噴涂距離為10mm~120mm，優(yōu)選為110mm。
[0123]將具有多個第二傳感單元形狀的掩膜覆蓋在所述第二絕緣層表面上，通過超音速等離子噴涂工藝，最終會在未被掩膜遮擋的位置形成第二傳感單元，在被掩膜遮擋的位置會露出第二絕緣層。
[0124]其中，形成所述多個第二傳感單元的超音速等離子噴涂工藝包括:
[0125]噴涂電壓為IlOV~130V，優(yōu)選為120V ;噴涂電流為350A~380A，優(yōu)選為365A ;噴涂功率為35kW~55kW，優(yōu)選為45kW ;噴涂距離為90mm~110mm，優(yōu)選為100mm。
[0126]此外，還可以通過化學氣相沉積工藝形成第一傳感單元和第二傳感單元。其中，沉積溫度為900°C~1150°C，優(yōu)選為100°C，沉積時間為4h~8h，優(yōu)選為6h，沉積環(huán)境壓力為6KPa ~15KPa，優(yōu)選為 lOKPa。
[0127]最后，對所述第一傳感單元和第二傳感單元進行極化處理，使所述第一傳感單元和第二傳感單元具有壓電效應。
[0128]由于所述第一傳感單元和第二傳感單元具有壓電效應，則所述傳感層可以對零件表面的損傷產(chǎn)生電信號，即得到的智能涂層具有壓電傳感器的功能，可以對零件表面(即耐磨層)的磨損狀態(tài)實時監(jiān)控、反饋，因此無需再粘貼傳感器。與現(xiàn)有的通過粘貼來結合的傳感器和基體相比，本申請所提供的智能涂層的制備方法可以避免傳感器和基體之間粘合度差的問題。
[0129]并且，所述第一傳感單元沿第一方向延伸，所述第二傳感單元沿第二方向延伸，則在所述耐磨層受到損傷的時候，所述多個第一傳感單元和多個第二傳感單元均會產(chǎn)生電信號，而且距離損傷位置最近的第一傳感單元所產(chǎn)生的電信號最強，同樣，距離損傷位置最近的第二傳感單元所產(chǎn)生的電信號也是最強的，而所述第一傳感單元與第二傳感單元之間絕緣，第一傳感單元所產(chǎn)生的電信號和第二傳感單元產(chǎn)生的電信號之間不會相互干擾，通過對最強電信號的檢測，可以精確定位損傷位置，為零件表面的磨損狀態(tài)提供更多、更準確的信息，更利于對零件表面的磨損狀態(tài)的監(jiān)測與后期分析。
[0130]再者，所述多個第一傳感單元與基體之間設置有絕緣層，則可以避免所述多個第一傳感單元產(chǎn)生的電信號流入基底，即避免電信號的損失，增大對損傷的檢測靈敏度。
[0131]可見，在收集零件表面涂層(耐磨層)的磨損損傷或微斷裂時，所述智能涂層發(fā)出的電流可以作為特征信號來完成對涂層臨界失效狀態(tài)的判斷，即對零件表面涂層狀態(tài)的判斷模式為“完整…較完整…未失效…臨界失效…失效”的多選式的連續(xù)判斷模式，即可完成對零件表面涂層的失效演變過程的實時、在線和動態(tài)掌握，并可以精確定位磨損位置，為零件表面的磨損狀態(tài)提供更多、更準確的信息，更利于對零件表面的磨損狀態(tài)的監(jiān)測與后期分析。
[0132]另外，本發(fā)明實施例所述傳感層的制備方法優(yōu)選還包括:
[0133]在所述第一傳感單元上表面邊緣形成第一上電極，在所述第一傳感單元下表面邊緣形成第一下電極，所述第一上電極和第一下電極為所述第一傳感單元對涂層損傷產(chǎn)生的電流的導出電極；
[0134]在所述第二傳感單元表面上形成第二上電極，在所述第二傳感單元下表面邊緣形成第二下電極，所述第二上電極和第二下電極為所述第二傳感單元對涂層損傷產(chǎn)生的電流的導出電極；
[0135]烘干，在烘干過程中，烘干溫度為在120°C以上，優(yōu)選的，所述烘干溫度為120°C~150°C，更優(yōu)選為130°C，烘干時間在15min以上，優(yōu)選為20min ；
[0136]對所述第一傳感單元和第二傳感單元進行極化處理，使所述第一傳感單元和第二傳感單元具有壓電效應。
[0137]由于所述第一傳感單元和第二傳感單元產(chǎn)生的電流值較小，則所述第一上電極、第一下電極、第二上電極和第二下電極均為金電極優(yōu)選為金電極，以提高導電性，降低電流的損耗。所述第一上電極、第一下電極、第二上電極和第二下電極通過涂覆工藝形成，為了使所述金電極的厚度更均勻，則優(yōu)選的分三次涂覆形成所述金電極。
[0138]需要說明的是，所述第一上電極、第一下電極、第二上電極和第二下電極還可以根據(jù)實際需求選用銀電極或鋁電極，具體材料不做任何限定，本實施例中為了取得更優(yōu)的導電能力，故選用金電極。并且，所述第一上電極、第一下電極、第二上電極和第二下電極均設置在所述涂層的非磨損部位，以避免由于零件表面涂層磨損對電極的影響。
[0139]得到用于監(jiān)測基體表面損傷的智能涂層后，本發(fā)明實施例將其進行定位應用，包括:
[0140]當所述耐磨層受到磨損損傷時，所述多個第一傳感單元產(chǎn)生多個第一檢測信號，所述多個第二傳感單元產(chǎn)生多個第二檢測信號。
[0141]由圖1可見，當出現(xiàn)以A點為中心的磨損損傷時，在A點附近的第一傳感單元3和第二傳感單元5所受到的涂層(耐磨層6)撕裂或拉扯所產(chǎn)生的應力，而且離A點越近的傳感單元受到的應力越大?；趬弘娞沾傻谋旧淼奶匦裕谝粋鞲袉卧?和第二傳感單元5均會產(chǎn)生壓電電流，而且愈是靠近A點的傳感單元所產(chǎn)生的壓電電流愈大。以所述第一傳感單元3和第二傳感單元5均會產(chǎn)生壓電電流作為檢測信號，相應的，所述多個第一傳感單元3產(chǎn)生多個壓電電流作為多個第一檢測信號，所述多個第二傳感單元5產(chǎn)生的多個壓電電流作為多個第二檢測信號。對所述多個第一檢測信號和多個第二檢測信號進行篩選，選取最大的第一檢測信號和最大的第二檢測信號。
[0142]由于距離A點越近的傳感單元產(chǎn)生的壓電電流越大，即距離A點最近的第一傳感單元3會產(chǎn)生最大第一檢測信號，第二傳感單元5會產(chǎn)生最大的第二檢測信號，因此，反過來便可通過會產(chǎn)生最大第一檢測信號的第一傳感單元3和產(chǎn)生最大的第二檢測信號的第二傳感單元5來確定A點的具體位置。
[0143]具體的，可以將第一方向和第二方向放入直接坐標系中，以所述第一方向為坐標系中的X軸方向，第二方向為坐標系中的Y軸方向，則通過產(chǎn)生最大第一檢測信號的第一傳感單元3可以定位所述耐磨層在第二方向上的損傷位置，即A點的Y坐標，通過產(chǎn)生最大第二檢測信號的第二傳感單元5定位所述耐磨層在第一方向上的損傷位置，即A點的X坐標，通過所述耐磨層在第一方向上和第二方向上的損傷位置(A點的X-Y坐標)確定所述耐磨層的損傷位置。如此，本申請就能為零件表面的磨損狀態(tài)提供更多、更準確的信息，更利于對零件表面的磨損狀態(tài)的監(jiān)測與后期分析。
[0144]而且，由圖1可知，所述智能涂層的各第一傳感單元3之間是絕緣的，即某一第一傳感單元3產(chǎn)生的第一檢測信號不會對其他的第一傳感單元3造成影響，同理，所述第二傳感單元5產(chǎn)生的第二檢測信號不會對其他的第二傳感單元5造成影響。并且第一傳感單元3與第二傳感單元5之間絕緣，則所述第一檢測信號與第二檢測信號之間亦不會相互影響。因此，對基體表面的磨損狀位置的檢測更加準確。
[0145]得到用于監(jiān)測基體表面損傷的智能涂層后，按照國家標準GB9796-88《熱噴涂鋁及鋁合金涂層試驗方法》，本發(fā)明進行試樣的制備，再采用MTS萬能試驗機，利用對偶件拉伸法對涂層與基體的結合強度進行測量，每個試驗水平下，均采集6個試驗的結合強度的平均值，作為該水平下涂層的結合強度值。其中，噴涂試樣如圖3所示，圖3為本發(fā)明測試涂層結合強度的噴涂試樣圖。粘結后的拉伸試樣如圖4所示，圖4為本發(fā)明測試涂層結合強度的拉伸試樣圖。在圖4中，I為對偶件(Coupled part),2為粘結涂層(Bonding coating),3為智能涂層(spraying layer), 4為基體樣品(Spraying sample)。測試的具體方法為:首先將對偶件進行噴砂處理，然后把對偶件與本發(fā)明噴涂件進行對心粘結，粘結材料為E-7高強度膠，粘結完成后在烘箱內(nèi)進行烘干，烘干溫度為100°C，保溫時間為4小時，待試樣完全固化后對其進行拉伸試驗，記錄試樣被拉斷時的臨界載荷，將這個臨界載荷除以試樣與涂層的粘結面積，得到的數(shù)值即是結合強度。
[0146]結果表明，本申請?zhí)峁┑闹悄芡繉影◤娀瘜?，其與基體結合強度高，可以改善智能涂層傳感器的耐久性，使智能涂層傳感器在部件失效前仍能良好地附著在部件上，應用更好。
[0147]為了進一步理解本發(fā)明，下面結合實施例對本發(fā)明提供的用于監(jiān)測基體表面損傷的智能涂層及其制備方法進行具體描述。
[0148]以下實施例中，超音速等離子噴涂采用高效GTV F6等離子噴涂設備進行，PbT13粉購自保定宏聲聲學電子器件有限公司、牌號為P-5H，其余粉料的來源均是北京礦冶研究總院、純度均為99.99%。
[0149]實施例1
[0150]參見圖1、圖2和圖5，其中，圖5為本發(fā)明實施例1制備智能涂層的主要流程圖。
[0151]首先，對45#鋼基體I進行淬火處理，得到硬度達到HRC55左右的基體。
[0152]然后，用粒度為16目的棕剛玉對所述基體表面進行噴砂處理，得到粗糙的基體表面，其中，噴砂氣壓為0.7MPa,噴砂角度為45° ,噴砂距離為145mm。
[0153]噴砂結束后，對氧化鋁粉料和氧化鈦粉料自主造粒，使粒徑均勻，且達到40 μ m~70 μ m ;將經(jīng)過自主造粒的氧化鋁粉料和氧化鈦粉料放入送粉器，調整送粉量為30g/min，對上述經(jīng)過噴砂處理的基體表面進行超音速等離子噴涂，形成第一絕緣層2，其中，噴涂電流為378A，噴涂電壓為105V，噴涂功率為42.6kff,噴涂主氣為氬氣、流速為3.0m3/h，并以氫氣為輔助氣體、流速為0.25m3/h，噴涂距離為110mm，使得第一絕緣層厚度為30 μ m。
[0154]得到第一絕緣層后，對PbT13粉料進行自主造粒，得到平均粒徑Dl為5μπι的第一粉料和平均粒徑D2為20 μ m的第二粉料，兩者質量比為5:1 ;將所述第一粉料和第二粉料放入送粉器，調整送粉量為35g/min，對復合有第一絕緣層的基體表面進行超音速等離子噴涂，形成強化層2+，其中，噴涂電流為375A，噴涂電壓為130V，噴涂功率為48.75kff,噴涂主氣為氬氣、流速為3.0m3/h，并以氫氣為輔助氣體、流速為0.3m3/h，噴涂距離為110mm，使得強化層厚度為30 μ m。
[0155]對所述強化層進行能量彌散譜EDS分析，結果參見表1，表1為本發(fā)明實施例1制備的鈦酸鉛強化層的EDS結果。對所述強化層的表面及截面形貌進行顯微鏡觀察，結果參見圖6和圖7，圖6為本發(fā)明實施例1制備的鈦酸鉛強化層的表面形貌，圖7為本發(fā)明實施例I制備的鈦酸鉛強化層的截面形貌，圖7中，A為貧鉛相1，B為貧鉛相2。
[0156]由以上結果可知，所述強化層包含基本化學計量的鈦酸鉛顆粒相和包含貧鉛相I及貧鉛相2的連續(xù)基質。在顯微視場中，上述貧鉛相I呈現(xiàn)淺色區(qū)域，而貧鉛相2呈現(xiàn)黑色區(qū)域。另外，顯微硬度測試顯示，貧鉛相I的最高硬度為421HVai，平均硬度為410.4HVai ;貧鉛相2的最高硬度為540HVai，平均硬度為528HVai。在硬度分布方面，貧鉛相I和貧鉛相2之間的硬度差異隨著距離基體的距離增加而增加。
[0157]得到強化層后，對PbT13粉料進行自主造粒，粒度為40 μ m~60 μ m ;在所述強化層表面覆蓋具有第一傳感單元圖形的掩膜，將經(jīng)過自主造粒的PbT13粉料放入送粉器，調整送粉量為30g/min，對復合有強化層的基體表面進行超音速等離子噴涂，得到多個第一傳感單元3，其中，噴涂電流為360A，噴涂電壓為120V，噴涂功率為43.2kW，噴涂主氣為氬氣、流速為3.2m3/h，并以氫氣為輔助氣體、流速為0.3m3/h，噴涂距離為100mm，使得第一傳感單元的厚度為100μπι。并且，第一傳感單元呈長條狀，寬為3mm，相鄰的兩個第一傳感單元之間的距離為3mm;第一傳感單元沿第二方向排列，且沿第一方向延伸，第一方向與第二方向相互垂直。
[0158]得到第一傳感單元后，在其和強化層表面噴涂氧化鋁和氧化鈦，形成第二絕緣層4，其噴涂過程與形成第一絕緣層的噴涂過程相同，厚度也相同。
[0159]得到第二絕緣層后，在其表面覆蓋具有第二傳感單元圖形的掩膜，并將經(jīng)過自主造粒的PbT13粉料放入送粉器，調整送粉量為30g/min，對復合有第二絕緣層的基體表面進行超音速等離子噴涂，得到多個第二傳感單元5，其中，噴涂電流為360A，噴涂電壓為120V，噴涂功率為43.2kff,噴涂主氣為氬氣、流速為3.2m3/h，并以氫氣為輔助氣體、流速為0.3m3/h，噴涂距離為100mm，使得第二傳感單元的厚度為100μπι。并且，第二傳感單元呈長條狀，寬為3mm，相鄰的兩個第二傳感單元之間的距離為3mm ;第二傳感單元沿第一方向排列，且沿第二方向延伸。
[0160]得到第二傳感單元后，對FeCrBSi粉料自主造粒，使粒徑均勻、且粒徑達到40 μ m~70 μ m ;將經(jīng)過自主造粒的FeCrBSi粉料放入送粉器，調整送粉量為30g/min，對復合有第二絕緣層和第二傳感單元的基體表面進行超音速等離子噴涂，得到耐磨層6，其中，噴涂電流為420A，噴涂電壓為120V，噴涂功率為50.9kff,噴涂主氣為氬氣、流速為2.8m3/h,并以氫氣為輔助氣體、流速為0.4m3/h,噴涂距離為100mm,使得耐磨層的厚度為250 μ m。
[0161]在所述第一傳感單元上表面邊緣，分三次涂覆形成第一上電極31，在所述第一傳感單元下表面邊緣，分三次涂覆形成第一下電極32 ;在所述第二傳感單元表面上，分三次涂覆形成第二上電極51，在所述第二傳感單元下表面邊緣，分三次涂覆形成第二下電極52 ;然后烘干，烘干溫度為120°C，烘干時間為20min。其中，所述電極均為金電極。
[0162]噴涂結束后，進行檢查，去除邊緣的毛刺、清洗不凈等缺陷。然后用高阻搖表逐一檢查，將電阻太小的剔出，以保證第一傳感單元和第二傳感單元能夠達到標準的極化度。
[0163]過濾或更換絕緣油，以保證極化槽和極化油及極化板的清潔。把動圈式溫度調節(jié)儀的指控針調至極化溫度點，通過加熱極化槽，使油溫升至所需要的極化溫度195°C ;時間繼電器調至需要極化的時間18min。將按極化溫度預熱過的形成有第一傳感單元和第二傳感單元的基體放在極化槽的正負電極之間，關好極化室的門。按通整流器部分低壓電源開關，預熱幾分鐘后打開高壓開關，此時，時間繼電器開始計時。緩慢的升高正負電極之間的電壓值，從2500V開始，每10V或200V為一檔，一直到預設數(shù)值(5000V)，極化時間一到，高壓開關自動斷開，則極化結束后，所述第一傳感單元和第二傳感單元具備壓電效應，完成智能涂層的制備。
[0164]根據(jù)上文所述的定位應用分析可知，本發(fā)明實施例1制備的智能涂層對基體表面的磨損狀位置的檢測更加準確。
[0165]按照上文所述的方法，對本發(fā)明實施例1制備的智能涂層與基體的結合強度進行檢測。結果參見圖8，圖8為本發(fā)明實施例1~6和比較例I~6提供的涂層與基體的結合強度。由圖8可知，本發(fā)明實施例1提供的智能涂層(含強化層)與基體的結合強度較高。
[0166]表1為本發(fā)明實施例1制備的鈦酸鉛強化層的EDS結果
[0167]

【權利要求】
1.一種用于監(jiān)測基體表面損傷的智能涂層，包括: 復合在基體表面的強化層，所述強化層包含壓電材料的連續(xù)相及其顆粒； 復合在所述強化層上的傳感層，所述傳感層主要由所述壓電材料的連續(xù)相形成。
2.根據(jù)權利要求1所述的智能涂層，其特征在于，所述壓電材料的連續(xù)相及其顆粒中，所述壓電材料為PbT13或PbZrtl.52TiQ.4803。
3.根據(jù)權利要求1所述的智能涂層，其特征在于，在基體表面與強化層之間，還包括第一絕緣層。
4.根據(jù)權利要求3所述的智能涂層，其特征在于，所述傳感層包括: 多個第一傳感單元，所述多個第一傳感單元設置在所述強化層上，沿第二方向排列，且所述多個第一傳感單元沿第一方向延伸； 第二絕緣層，所述第二絕緣層覆蓋在所述多個第一傳感單元和強化層上； 多個第二傳感單元，所述多個第二傳感單元設置在所述第二絕緣成上，沿第一方向排列，且所述多個第二傳感單元沿第二方向延伸； 其中，所述多個第一傳感單元和多個第二傳感單元由所述壓電材料形成。
5.根據(jù)權利要求4所 述的智能涂層，其特征在于，所述第一絕緣層和第二絕緣層各自獨立地為氧化鋁與氧化鈦的復合層、氧化鋁層或氧化鈦層。
6.根據(jù)權利要求4或5所述的智能涂層，其特征在于，還包括耐磨層，所述耐磨層覆蓋在所述多個第二傳感單元和第二絕緣層上。
7.根據(jù)權利要求4所述的智能涂層，其特征在于，還包括: 第一上電極，所述第一上電極設置在所述多個第一傳感單元上表面邊緣； 第一下電極，所述第一下電極設置在所述多個第一傳感單元下表面邊緣； 第二上電極，所述第二上電極設置在所述多個第二傳感單元表面上； 第二下電極，所述第二下電極設置在所述多個第二傳感單元下表面邊緣。
8.一種用于監(jiān)測基體表面損傷的智能涂層的制備方法，包括: 在基體表面復合強化層，所述強化層包含壓電材料的連續(xù)相及其顆粒； 在所述強化層上復合傳感層，所述傳感層主要由所述壓電材料的連續(xù)相形成，經(jīng)極化，得到用于監(jiān)測基體表面損傷的智能涂層。
9.根據(jù)權利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述壓電材料的連續(xù)相及其顆粒中，所述壓電材料為PbT13或PbZrtl.52TiQ.4803。
10.根據(jù)權利要求9所述的制備方法，其特征在于，所述強化層通過超音速等離子噴涂壓電材料的粉料形成，所述粉料包括平均粒徑為Dl的第一粉料和平均粒徑為D2的第二粉料，所述Dl為4微米~6微米，D2為18微米~22微米，所述第一粉料與第二粉料的質量之比為(2~6):1。
【文檔編號】G01N27/00GK104073756SQ201410350620
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月22日 優(yōu)先權日:2014年7月22日
【發(fā)明者】邢志國, 王海斗, 馬國政, 石偉麗 申請人:中國人民解放軍裝甲兵工程學院