連通形通過改變連通形織構參數提高抗疲勞塗層結合強度的結構和方法與流程

2023-06-01 23:44:21

本發明涉及塗層材料技術領域，具體涉及一種基於改變連通形織構圖案長度來提高抗疲勞塗層結合強度的結構和方法。

背景技術：

等離子噴塗塗層能夠實現大尺寸零件的加工，且能夠得到較厚的塗層厚度，因此被廣泛的應用在工程領域，但是因其與基體的結合方式屬於機械結合，這就導致噴塗塗層的結合力較低，而基體與塗層的結合強度是影響熱噴塗塗層服役性能的至關重要的因素。若噴塗塗層由於其結合強度較弱，在服役時，在塗層界面處容易發生失效行為，因此，很多手段已經被應用於噴塗前處理，如噴丸、化學除油等。但是化學方法除油會在表面產生化學反應，引進新的氧化物，造成基體表面化學成分的改變，且所使用的化學藥品對人體和環境均有害；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則，不易於控制，並且噴砂過程會導致基體的變形，甚至使基體表面具有顯微裂紋。可見，傳統的噴塗前粗化處理並不能使塗層的結合力得到有效的提高。

因此，提供一種基於改變連通形織構圖案長度來提高疲勞塗層結合強度的方法，作為噴塗前處理過程，通過研究連通形織構圖案的長度與結合強度之間的關係，從而調整和選擇連通形的長度，以提高塗層與基體的結合力，以期將其應用到工程實踐領域，延長噴塗塗層的服役壽命，就成為本領域技術人員亟待解決的問題。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種連通形通過改變連通形織構參數提高抗疲勞塗層結合強度的方法，作為噴塗前處理過程，通過研究連通形織構圖案的長度與結合強度之間的關係，從而調整和選擇連通形的長度，以提高塗層與基體的結合力，以期將其應用到工程實踐領域，延長噴塗塗層的服役壽命。本發明的另一目的是提供一種連通形通過改變連通形織構參數提高抗疲勞塗層結合強度的結構。

為了實現本發明的目的，本發明提供了一種連通形通過改變連通形織構參數提高抗疲勞塗層結合強度的方法，包括以下步驟：

1)製備織構化圖案：基於生物仿生學，利用雷射過程在基體表面進行連通形圖案的織構化加工；

2)參數調整：根據步驟1)中形成的織構化圖案調整噴塗工藝參數和織構化圖案參數，以得到不同長度的連通形織構化圖案；

3)塗層噴塗：利用超音速等離子噴塗方法對步驟1)所得的基體進行噴塗；

4)塗層結合強度測試和校驗：通過掃描電子顯微鏡觀察噴塗前織構的幾何形貌和噴塗後塗層橫截面的sem形貌；使用膠粘紙把棒狀零件粘接在塗層表面，通過測量拉開零件使塗層從基片上剝離所需力的大小，求得塗層的附著力。

進一步地，在步驟1)之前還包括基體預處理步驟，對基體的表面進行打磨清洗處理。

進一步地，在步驟1)中所製備織構化圖案的間距為60微米，連通形的寬度為15微米，連通形的長度為以下至少一種：20微米、30微米、45微米或55微米。

進一步地，在步驟1)中，所用基體為fv520b。

進一步地，步驟2)中所述噴塗工藝參數為：雷射功率16w，掃描速度1000mm/s，加工次數為2次。

進一步地，所得到的織構化圖案加工深度為55微米。

進一步地，在步驟3)中所選用的塗層為nicrbsi陶瓷塗層，通過超音速等離子噴塗得到厚度為500微米左右的噴塗塗層，其中nicrbsi粉末的粒度為50-60微米。

本發明還提供一種連通形通過改變連通形織構參數提高抗疲勞塗層結合強度的方法，包括基體、在所述基體上製備形成的連通形圖案的織構化圖案，和在所述織構化圖案上噴塗形成的塗層。

優選地，所述織構化圖案的間距為60微米，連通形的寬度為15微米，連通形的長度為以下至少一種：20微米、30微米、45微米或55微米。

優選地，所述基體為不鏽鋼，所述塗層為nicrbsi陶瓷塗層。

本發明的有益效果如下：

本發明提供的方法通過改變連通形織構化圖案的長度來改變噴塗塗層結合強度，其噴塗塗層結合強度能夠隨著連通形織構圖案長度的變化而變化，與現有的織構化提高塗層強度的方法相比較，優化了織構化圖案參數；本發明使用雷射織構化方法通過控制雷射過程的參數在基體表面得到了一定尺寸及密度的規則排列的織構化幾何圖案。其作為噴塗前處理過程，在材料表面預置不同長度的連通形織構化圖案，通過改變織構化圖案的長度，探索出不同連通形長度提高噴塗塗層強度的機理，並進一步探索出能有效提高塗層結合強度的較優的織構化圖案參數，提高了塗層與基體的結合力，便於將其應用到工程實踐領域，以延長噴塗塗層的服役壽命。

附圖說明

圖1為連通形織構化圖案的長度對結合強度的影響測試結果圖。

具體實施方式

以下通過實施例來進一步描述本發明的有益效果，應該理解的是，這些實施例僅用於例證的目的，決不限制本發明的保護範圍。

實施例一

本發明提供了一種連通形通過改變連通形織構參數提高抗疲勞塗層結合強度的方法，該方法具體包括以下步驟：

s11基體預處理步驟，對基體的表面進行打磨清洗處理，以去除基體表面雜質，提高噴塗效果；

s12製備織構化圖案：基於生物仿生學，利用雷射過程在基體表面進行連通形圖案的織構化加工；

s13參數調整：根據步驟s12中形成的織構化圖案調整噴塗工藝參數和織構化圖案參數，以得到長度20微米、寬度15微米、間距60微米的織構化圖案；具體地，對於間距為60微米、寬度15微米、長度為20微米的連通形織構化圖案，雷射功率16w，掃描速度1000mm/s，加工次數為2次；

s14塗層噴塗：利用超音速等離子噴塗方法對步驟s12所得的基體進行噴塗；噴塗設備選用礦冶研究總院的高效gtvf6等離子噴塗設備，噴塗工藝參數為噴塗電壓120v，噴塗電流440a，噴塗功率55kw，噴塗距離100mm，最終獲得一定厚度的塗層。

s15塗層結合強度測試和校驗：通過掃描電子顯微鏡觀察噴塗前織構的幾何形貌和噴塗後塗層橫截面的sem形貌；使用膠粘紙把棒狀零件粘接在塗層表面，通過測量拉開零件使塗層從基片上剝離所需力的大小，求得塗層的附著力。

實施例二

本發明提供了一種連通形通過改變連通形織構參數提高抗疲勞塗層結合強度的方法，該方法具體包括以下步驟：

s21基體預處理步驟，對基體的表面進行打磨清洗處理，以去除基體表面雜質，提高噴塗效果；

s22製備織構化圖案：基於生物仿生學，利用雷射過程在基體表面進行連通形圖案的織構化加工；

s23參數調整：根據步驟s22中形成的織構化圖案調整噴塗工藝參數和織構化圖案參數，以得到長度35微米、寬度15微米、間距60微米的織構化圖案；具體地，對於間距為60微米、寬度15微米、長度為35微米的織構化圖案，雷射功率16w，掃描速度1000mm/s，加工次數為2次；

s24塗層噴塗：利用超音速等離子噴塗方法對步驟s22所得的基體進行噴塗；噴塗設備選用礦冶研究總院的高效gtvf6等離子噴塗設備，噴塗工藝參數為噴塗電壓120v，噴塗電流440a，噴塗功率55kw，噴塗距離100mm，最終獲得一定厚度的塗層。

s25塗層結合強度測試和校驗：通過掃描電子顯微鏡觀察噴塗前織構的幾何形貌和噴塗後塗層橫截面的sem形貌；使用膠粘紙把棒狀零件粘接在塗層表面，通過測量拉開零件使塗層從基片上剝離所需力的大小，求得塗層的附著力。

實施例三

本發明提供了一種連通形通過改變連通形織構參數提高抗疲勞塗層結合強度的方法，該方法具體包括以下步驟：

s31基體預處理步驟，對基體的表面進行打磨清洗處理，以去除基體表面雜質，提高噴塗效果；

s32製備織構化圖案：基於生物仿生學，利用雷射過程在基體表面進行連通形圖案的織構化加工；

s33參數調整：根據步驟s32中形成的織構化圖案調整噴塗工藝參數和織構化圖案參數，以得到長度45微米、寬度15微米、間距60微米的織構化圖案；具體地，對於間距為60微米、寬度15微米、長度為45微米的織構化圖案，雷射功率16w，掃描速度1000mm/s，加工次數為2次；

s34塗層噴塗：利用超音速等離子噴塗方法對步驟s32所得的基體進行噴塗；噴塗設備選用礦冶研究總院的高效gtvf6等離子噴塗設備，噴塗工藝參數為噴塗電壓120v，噴塗電流440a，噴塗功率55kw，噴塗距離100mm，最終獲得一定厚度的塗層。

s35塗層結合強度測試和校驗：通過掃描電子顯微鏡觀察噴塗前織構的幾何形貌和噴塗後塗層橫截面的sem形貌；使用膠粘紙把棒狀零件粘接在塗層表面，通過測量拉開零件使塗層從基片上剝離所需力的大小，求得塗層的附著力。

實施例四

本發明提供了一種連通形通過改變連通形織構參數提高抗疲勞塗層結合強度的方法，該方法具體包括以下步驟：

s41基體預處理步驟，對基體的表面進行打磨清洗處理，以去除基體表面雜質，提高噴塗效果；

s42製備織構化圖案：基於生物仿生學，利用雷射過程在基體表面進行連通形圖案的織構化加工；

s43參數調整：根據步驟s42中形成的織構化圖案調整噴塗工藝參數和織構化圖案參數，以得到長度55微米、寬度15微米、間距60微米的織構化圖案；具體地，對於間距為60微米、寬度15微米、長度為55微米的織構化圖案，雷射功率16w，掃描速度1000mm/s，加工次數為2次；

s44塗層噴塗：利用超音速等離子噴塗方法對步驟s42所得的基體進行噴塗；噴塗設備選用礦冶研究總院的高效gtvf6等離子噴塗設備，噴塗工藝參數為噴塗電壓120v，噴塗電流440a，噴塗功率55kw，噴塗距離100mm，最終獲得一定厚度的塗層。

s45塗層結合強度測試和校驗：通過掃描電子顯微鏡觀察噴塗前織構的幾何形貌和噴塗後塗層橫截面的sem形貌；使用膠粘紙把棒狀零件粘接在塗層表面，通過測量拉開零件使塗層從基片上剝離所需力的大小，求得塗層的附著力。

在上述各實施例中，所用基體為不鏽鋼，具體為fv520b，所得到的織構化圖案加工深度為60微米，所選用的塗層為nicrbsi陶瓷塗層，通過超音速等離子噴塗得到厚度為500微米左右的噴塗塗層，其中nicrbsi粉末的粒度為50-60微米。所用雷射為脈衝雷射，其能量和加工次數決定著織構化圖案的深度，通過系統自帶的畫圖軟體，可以將所需要的一定尺寸一定形狀按照一定間距的織構化圖案預先畫出來，然後對試樣表面進行加工，可以得到精細尺寸結構的織構化圖案。

對比例

為了測量塗層的各項性能，採用novananosem450型掃描電子顯微鏡觀察噴塗後織構的幾何形貌。為了測試不同織構化圖案對噴塗塗層的抗疲勞性能的影響，採用滾動接觸疲勞試驗機對噴塗塗層的疲勞性能進行測試。

基體表面不同形狀織構下塗層與基體的結合強度採用拉伸試驗機對塗層的結合強度進行測試，所用拉伸試驗機的型號為：mts809型電子萬能材料試驗機。對上述各實施例中製備的不同形狀的織構化圖案進行塗層噴塗後進行拉伸測試，塗層從基體斷裂的力比塗層的面積為最終的結合強度。

測試結果如圖1所示，同樣是連通形織構化圖案下，不同圖案長度下塗層與基體的結合強度明顯不同，各長度值對應的結合強度對照如下表所示：

表1各長度值對應的結合強度對照表

在連通形織構圖案的寬度為一定值時，連通形織構圖案的長度在20微米時結合強度最低，為32mpa，長度在45微米時結合強度最高，為55mpa，長度在30微米時結合強度為38mpa，長度在55微米時結合強度為47mpa；長度在20-45微米之間時，結合強度與長度成正比並形成正比例線，長度在45-55微米之間時，結合強度與長度成反比例並形成反比例線。

本發明提供的方法通過改變連通形織構化圖案的長度來改變噴塗塗層結合強度，其噴塗塗層結合強度能夠隨著連通形織構圖案長度的變化而變化，與現有的織構化提高塗層強度的方法相比較，優化了織構化圖案參數；本發明使用雷射織構化方法通過控制雷射過程的參數在基體表面得到了一定尺寸及密度的規則排列的織構化幾何圖案。其作為噴塗前處理過程，在材料表面預置不同長度的連通形織構化圖案，通過改變連通形織構化圖案的長度，探索出不同長度下提高噴塗塗層強度的機理，並進一步探索出能有效提高塗層結合強度的較優的織構化圖案長度，提高了塗層與基體的結合力，便於將其應用到工程實踐領域，以延長噴塗塗層的服役壽命。

本發明還提供一種連通形通過改變連通形織構參數提高抗疲勞塗層結合強度的結構，包括基體、在所述基體上製備形成的連通形圖案的織構化圖案，和在所述織構化圖案上噴塗形成的塗層；其中織構化圖案的間距為60微米，連通形的寬度為15微米，連通形的長度為以下至少一種：20微米、30微米、45微米或55微米，所述基體為不鏽鋼，具體為fv520b，所述塗層為nicrbsi陶瓷塗層。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。