一種BaTiO₃智能塗層的製備方法和BaTiO₃智能塗層的製作方法

2023-08-07 14:22:46 2

專利名稱：一種BaTiO3智能塗層的製備方法和BaTiO3智能塗層的製作方法
技術領域：
本發明涉及表面塗層技術領域，更具體地說，涉及一種BaTiO3智能塗層的製備方法和BaTiO3智能塗層。
背景技術：
為了提高零件表面的耐磨性，通常在零件的表面製備一塗層。現有零件表面上的塗層在服役時，若其動態損傷無法感知，則無法掌控塗層的磨損狀態。當前的塗層疲勞磨損試驗多以震動、摩擦係數、溫度等因素的變化作為評估塗層磨損狀態的判斷依據。當選定判斷因素的實際值超過了預設的門檻值，則說明塗層失效，然後對失效件進行斷口分析，通過經驗或經典理論反向推斷出失效機理。但是這種以「事後判斷」為主的失效行為與機理研究，不能判斷塗層的臨界失效狀態，故無法建立可動態監測並 控制塗層失效的掌控機制。由於智能傳感元件可以實時監控塗層的磨損狀態，因此，在塗層中嵌入智能傳感單元便成了人們的首選。當前常用的一種智能傳感單元是壓電傳感器，所述壓電傳感器是利用壓電材料的壓電效應製備的。在壓電傳感器在應用到機械設備的過程中，需要將壓電傳感器粘貼到設備(或零件)上。但是，由於一些機械設備的結構複雜或工作環境惡劣，使得所述壓電傳感器與設備間的結合度差，造成了壓電傳感器的檢測精度差，甚至脫落的問題。

發明內容
有鑑於此，本發明提供一種BaTiO3智能塗層的製備方法和BaTiO3智能塗層，該BaTiO3智能塗層的方法能夠極大地提高傳感器與設備基底間的結合強度，進而避免壓電傳感器的檢測精度差，甚至脫落的問題。。為實現上述目的，本發明提供如下技術方案一種BaTiO3智能塗層的製備方法，包括在一基底表面上形成BaTiO3陶瓷塗層；對所述BaTiO3陶瓷塗層進行極化處理，使所述BaTiO3陶瓷塗層具有壓電效應。優選的，所述在一基底表面上形成BaTiO3陶瓷塗層，包括通過超音速等離子噴塗工藝在所述基底表面上形成BaTiO3陶瓷塗層。優選的，所述超音速等離子噴塗工藝的噴塗電壓為IlOV 130V，噴塗電流為430A 450A，噴塗功率為45kW 65kW噴塗距離為90_ 110mm。優選的，對所述BaTiO3陶瓷塗層進行極化處理，包括將所述BaTiO3陶瓷塗層放入極化電場中，在100°C 180°C的範圍內對所述BaTiO3陶瓷塗層極化處理，持續15min 30min。優選的，所述方法還包括
在所述BaTiO3陶瓷塗層表面上形成第一電極，所述基底為第二電極，所述第一電極和第二電極構成所述BaTiO3智能塗層的電流導出電極；將所述BaTiO3陶瓷塗層烘乾。優選的，在一基底表面上形成BaTiO3陶瓷塗層之前，還包括對所述基底表面進 行預處理，得到粗糙的基底表面。優選的，所述預處理包括採用噴砂工藝處理所述基底表面。優選的，所述噴砂工藝包括以棕剛玉為砂料，噴砂氣壓為O. 5MPa IMPa，噴砂角度為30° 60°，噴砂距離為 130mm 160mm。—種BaTiO3智能塗層,包括基底，所述基底為任意形狀的基底；BaTiO3陶瓷塗層，所述BaTiO3塗層覆蓋在所述基底表面上。優選的，所述BaTiO3智能塗層還包括第一電極，所述第一電極設置在所述BaTiO3陶瓷塗層表面上。由於本申請所提供的一種BaTiO3智能塗層的製備方法，包括在一基底表面上形成BaTiO3陶瓷塗層，並對所述BaTiO3陶瓷塗層進行極化處理，使所述BaTiO3陶瓷塗層成為具有壓電效應的塗層。則得到的BaTiO3智能塗層具有壓電傳感器的功能，可以對基底表面(SP零件表面的BaTiO3智能塗層)的磨損狀態實時監控、反饋，因此無需再粘貼傳感器。與現有的通過粘貼來結合的傳感器和基底相比，本申請所提供的BaTiO3智能塗層的製備方法可以避免傳感器和基底之間粘合度差的問題。另外，所述BaTiO3陶瓷塗層作為基底(零件)表面塗層，本身即可以提高零件的耐磨性。


為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本發明實施例所提供的一種BaTiO3智能塗層製備方法的流程示意圖；圖2為本發明實施例所提供的另一種BaTiO3智能塗層製備方法的流程示意圖；圖3為本發明實施例所提供的又一種BaTiO3智能塗層製備方法的流程示意圖；圖4為本發明實施例所提供的又一種BaTiO3智能塗層製備方法的流程示意圖；圖5為本發明實施例所提供的又一種BaTiO3智能塗層製備方法的流程示意圖；圖6為本發明實施例所提供的又一種BaTiO3智能塗層製備方法的流程示意圖；圖7為本發明實施例所提供的一種BaTiO3智能塗層的示意圖。
具體實施例方式為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式
做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本發明，但是本發明還可以採用其他不同於在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施例的限制。本發明實施例公開了一種BaTiO3智能塗層的製備方法，如圖I所示，包括在一基底表面上形成BaTiO3陶瓷塗層。所述基底為金屬基底，優選為45#鋼，即所述基底可以為蒸汽透平機、壓縮機、泵的運動零件，還可為齒輪、軸、活塞銷等零件(零件需經高頻或火焰表面淬火)，並可以為鑄件；或者，所述基底為銅基底或鋁基底，以適應其他場合應用的部件。對所述BaTiO3陶瓷塗層進行極化處理，使所述BaTiO3陶瓷塗層具有壓電效應，則所述BaTiO3陶瓷塗層可以對其自身損傷產生電信號。 由於本申請所提供的一種BaTiO3智能塗層的製備方法，包括在一基底表面上形成BaTiO3陶瓷塗層，並對所述BaTiO3陶瓷塗層進行極化處理，使所述BaTiO3陶瓷塗層成為具有壓電效應的塗層。則得到的BaTiO3智能塗層具有壓電傳感器的功能，可以對基底表面(SP零件表面的BaTiO3智能塗層)的磨損狀態實時監控、反饋，因此無需再粘貼傳感器。與現有的通過粘貼來結合的傳感器和基底相比，本申請所提供的BaTiO3智能塗層的製備方法可以避免傳感器和基底之間粘合度差的問題。並且，由於所述BaTiO3智能塗層具有壓電傳感器的作用，則在收集BaTiO3智能塗層自身產生微斷裂時，所述BaTiO3智能塗層由於受力變化在上下兩個表面產生等量的正負電荷，即所述BaTiO3智能塗層發出的電流可以作為特徵信號來完成對塗層臨界失效狀態的判斷，即對塗層狀態的判斷模式為「完整…較完整…未失效…臨界失效…失效」的多選式的連續判斷模式，即可完成對塗層的失效演變過程的實時、在線和動態掌握。另外，所述BaTiO3陶瓷塗層作為基底(零件)表面塗層，本身即可以提高零件的耐磨性。本發明另一實施例公開了另一種BaTiO3智能塗層的製備方法，如圖2所示，包括在一 45#鋼基底表面上形成BaTiO3陶瓷塗層，所述BaTiO3陶瓷塗層的厚度在150 μ m以下，優選的，所述BaTiO3陶瓷塗層的厚度為100 μ m或更小，以使得在對元件厚度有特殊要求的場合，使用所述BaTiO3智能塗層的元件成為可能。對所述BaTiO3陶瓷塗層進行極化處理，使所述BaTiO3陶瓷塗層成為具有壓電效應的塗層。本發明又一實施例公開了又一種BaTiO3智能塗層的製備方法，如圖3所示，包括通過超音速等離子噴塗工藝在一基底表面上形成BaTiO3陶瓷塗層。其中，超音速等離子噴塗工藝屬於熱噴塗工藝中的一種，是製備表面塗層的重要工藝。通過超音速等離子噴塗工藝過程中，會產生較高溫度的等離子火焰流，可以將各種噴塗材料加熱至熔融狀態。不但可以製備高質量的金屬和合金塗層，還可以製備高熔點的陶瓷和金屬陶瓷塗層，從而大大提高塗層的耐磨性。具體的，本實施例中，所述超音速等離子噴塗工藝的噴塗電壓為IlOV 130V，優選為120V ;噴塗電流為430A 450A，優選為440A ;噴塗功率為45kW 65kW，優選為50kW ；噴塗距離為90mm 110mm，優選為100mm。所述BaTiO3陶瓷塗層與基底之間存在微冶金結合，則使得塗層與基底之間的結合更加牢固。對所述BaTiO3陶瓷塗層進行極化處理，使所述BaTiO3陶瓷塗層具備壓電效應，具體包括將所述BaTiO3陶瓷塗層放入極化電場中，在100°C 180°C的範圍內對所述BaTiO3陶瓷塗層極化處理，持續15min 30min，優選的，上述溫度範圍控制在130°C 150°C，極化時間為20min 25min。本發明又一實施例公開了又一種BaTiO3智能塗層的製備方法，如圖4所示，包括在一基底表面上形成BaTiO3陶瓷塗層；在所述BaTiO3陶瓷塗層表面上形成第一電極，所述基底為第二電極，所述第一電極和第二電極構成所述BaTiO3智能塗層的電流導出電極；將所述BaTiO3陶瓷塗層烘乾，所述烘乾過程，烘乾溫度為100°C 150°C，優選為125°C，烘乾時間為IOmin 30min，優選為20min ；·對所述BaTiO3陶瓷塗層進行極化處理，使所述BaTiO3陶瓷塗層成為具有壓電效應的塗層。其中，所述第一電極和第二電極為所述BaTiO3智能塗層對塗層損傷產生的電流的導出電極。具體的，由於所述BaTiO3智能塗層產生的電流值較小，則所述第一電極優選為金電極，以提高導電性，降低電流的損耗，所述第一電極的厚度為5 μ m左右，通過塗覆工藝形成在所述BaTiO3智能塗層表面上，為了使所述金電極的厚度更均勻，則優選的分三次塗覆形成所述金電極，並且由於所述基底為金屬基底，所以所述基底可以作為用於導出BaTiO3智能塗層產生電流的第二電極。本發明又一實施例公開了又一種BaTiO3智能塗層的製備方法，如圖5所示，包括提供一基底；對所述基底表面進行預處理，得到粗糙的基底表面；在所述基底表面上形成BaTiO3陶瓷塗層；在所述BaTiO3陶瓷塗層表面上形成第一電極，所述基底為第二電極；將所述BaTiO3陶瓷塗層烘乾，所述烘乾過程中，烘乾溫度為120°C，烘乾時間為20min ；對所述BaTiO3陶瓷塗層進行極化處理，使所述BaTiO3陶瓷塗層成為具有壓電效應的塗層。即，在一基底表面上形成BaTiO3陶瓷塗層之前，還包括對所述基底表面進行預處理的過程。具體的，所述預處理包括採用噴砂工藝處理所述基底表面，在所述噴砂工藝中，以棕剛玉為砂料，所述棕剛玉的粒度為15目 30目，優選為20目，噴砂氣壓為O. 5MPa IMPa，優選為O. 8MPa，噴砂角度為30° 60°，優選為45° ,噴砂距離為130mm 160mm,優選為145_。本發明又一實施例公開了又一種BaTiO3智能塗層的製備方法，如圖6所示，包括提供基底，並對所述基底進行淬火處理，以提高所述基底的硬度，並使所述基底的硬度達到HRC55左右。
用棕剛玉對所述基底表面進行噴砂處理，使所述基底表面具有一定的粗糙度。對BaTiO3陶瓷粉料自主造粒，使所述BaTiO3陶瓷粉料的粒徑均勻，且所述BaTiO3陶瓷粉料的粒徑達到40 μ m 70 μ m。將經過自主造粒的BaTiO3陶瓷粉料放入送粉器，調整送粉量，使送粉量為30g/min,對上述經過噴砂處理的基底表面進行噴塗。所述噴塗過程中，噴塗電流為430A，噴塗電壓為130V，噴塗主氣為氬氣，且所述噴塗主氣的流速為3. 2m3/h,並輔助以氫氣作為輔助氣體，且所述輔助氣體的流速為O. 5m3/h，噴塗距離為100mm，使得塗層厚度控制在100 μ m。噴塗結束後，對所述BaTiO3陶瓷塗層的表面進行檢查，去除邊緣的毛刺、清洗不淨等缺陷。然後用高阻搖表對所述BaTiO3陶瓷塗層逐一檢查，將電阻太小的剔出，以保證BaTiO3陶瓷塗層能夠達到合格的極化度。將所述BaTiO3陶瓷塗層的電極面標出正極和負極(一般情況下，所述BaTiO3陶瓷塗層的上表面為正極，塗層與基體的結合面為負極，此外，還可以根據其他具體情況相應調 整)。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。時間繼電器調至需要極化的時間(15min 30min)。將按極化溫度(100°C 180°C)預熱過的BaTiO3陶瓷塗層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，預熱幾分鐘後打開高壓開關，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100V或200V為一檔，一直到預設數值(5000V左右)，極化時間一到，高壓開關自動斷開，則極化結束後，形成的塗層為BaTiO3智能塗層。從極化槽中取出8&1103智能塗層，並用甲苯或四氯化碳或煤油清洗所述8&1103智能塗層，用藥棉擦拭乾淨。本發明又一實施例公開了一種BaTiO3智能塗層，如圖7所示，包括基底I，所述基底I為任意形狀的基底，即所述基底I可以為任意形狀的零件，且所述基底為金屬基底，優選為45#鋼，即所述基底可以為蒸汽透平機、壓縮機、泵的運動零件，還可為齒輪、軸、活塞銷等零件(零件需經高頻或火焰表面淬火)，並可以為鑄件；或者，所述基底為銅基底或鋁基底，以適應其他場合應用的部件；BaTiO3智能塗層2，所述BaTiO3智能塗層2覆蓋在所述基底I表面上，同時，所述BaTiO3智能塗層2具有壓電傳感器的功能。由於本申請所提供的一種BaTiO3智能塗層具有壓電傳感器的作用，因此無需再粘貼傳感器。與現有的通過粘貼來結合的傳感器和基底相比，本申請所提供的BaTiO3智能塗層可以避免傳感器和基底之間粘合度差的問題。並且，由於所述BaTiO3智能塗層具有壓電傳感器的作用，則在收集塗層微斷裂時，所述BaTiO3智能塗層發出的電流可以作為特徵信號來完成對塗層臨界失效狀態的判斷，SP對塗層狀態的判斷模式為「完整…較完整…未失效…臨界失效…失效」的多選式的連續判斷模式，即可完成對塗層的失效演變過程的實時、在線和動態掌握。另外，所述BaTiO3智能塗層為零件表面塗層，可以提高零件的耐磨性。另外,所述BaTiO3智能塗層還包括第一電極3,所述第一電極3設置在所述BaTiO3智能塗層2表面上,所述基底I為第二電極，且所述第一電極和第二電極為所述BaTiO3智能塗層2對塗層損傷產生的電流的導出電極。此外，所述第一電極和第二電極還需要連接引線，已將所述電流導出。優選的，所述第一電極3為金電極，以提高導電性，降低電流的損耗。
對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。
權利要求
1.一種BaTiO3智能塗層的製備方法，其特徵在於，包括 在一基底表面上形成BaTiO3陶瓷塗層； 對所述BaTiO3陶瓷塗層進行極化處理，使所述BaTiO3陶瓷塗層具有壓電效應。
2.根據權利要求I所述方法，其特徵在於，所述在一基底表面上形成BaTiO3陶瓷塗層，包括 通過超音速等離子噴塗工藝在所述基底表面上形成BaTiO3陶瓷塗層。
3.根據權利要求2所述方法，其特徵在於，所述超音速等離子噴塗工藝的噴塗電壓為IIOV 130V，噴塗電流為430A 450A，噴塗功率為45kW 65kW噴塗距離為90_ 110_。
4.根據權利要求I所述方法，其特徵在於，對所述BaTiO3陶瓷塗層進行極化處理，包括 將所述BaTiO3陶瓷塗層放入極化電場中，在100°C 180°C的範圍內對所述BaTiO3陶瓷塗層極化處理，持續15min 30min。
5.根據權利要求I所述方法，其特徵在於，還包括 在所述BaTiO3陶瓷塗層表面上形成第一電極，所述基底為第二電極，所述第一電極和第二電極構成所述BaTiO3智能塗層的電流導出電極； 將所述BaTiO3陶瓷塗層烘乾。
6.根據權利要求I所述方法，其特徵在於，在一基底表面上形成BaTiO3陶瓷塗層之前，還包括 對所述基底表面進行預處理，得到粗糙的基底表面。
7.根據權利要求6所述方法，其特徵在於，所述預處理包括 採用噴砂工藝處理所述基底表面。
8.根據權利要求7所述方法，其特徵在於，所述噴砂工藝包括 以棕剛玉為砂料，噴砂氣壓為O. 5MPa IMPa，噴砂角度為30° 60°，噴砂距離為130mm 160mmo
9.一種BaTiO3智能塗層，其特徵在於，包括 基底，所述基底為任意形狀的基底； BaTiO3陶瓷塗層，所述BaTiO3塗層覆蓋在所述基底表面上。
10.根據權利要求9所述BaTiO3智能塗層，其特徵在於，還包括 第一電極，所述第一電極設置在所述BaTiO3陶瓷塗層表面上。
全文摘要
本發明實施例公開了一種BaTiO3智能塗層的製備方法，包括在一基底表面上形成BaTiO3陶瓷塗層。對所述BaTiO3陶瓷塗層進行極化處理，使所述BaTiO3陶瓷塗層具有壓電效應。則得到的BaTiO3智能塗層具有壓電傳感器的功能，可以對BaTiO3智能塗層自身的磨損狀態實時監控、反饋，因此無需再粘貼傳感器。與現有的通過粘貼來結合的傳感器和基底相比，本申請所提供的BaTiO3智能塗層的製備方法可以避免傳感器和基底之間粘合度差的問題。
文檔編號H01L41/39GK102888579SQ20121036449
公開日2013年1月23日 申請日期2012年9月26日 優先權日2012年9月26日
發明者王海鬥, 邢志國, 徐濱士, 盧曉亮, 朱麗娜, 周新遠, 康嘉傑 申請人:中國人民解放軍裝甲兵工程學院