[發明專利]連通形通過改變連通形織構參數提高抗疲勞涂層結合強度的結構和方法

在審

• 申請號: 201710344824.4
• 申請日: 2017-05-16
• 公開（公告）號: CN107177812A
• 公開（公告）日: 2017-09-19
• 發明（設計）人: 徐濱士;譚娜;王海斗;邢志國
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍裝甲兵工程學院
• 主分類號: C23C4/134
• 分類號: C23C4/134;C23C4/10;C23C4/02
• 代理公司: 北京華圣典睿知識產權代理有限公司11510
• 代理人: 陳國偉

技術領域

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

背景技術

等離子噴涂涂層能夠實現大尺寸零件的加工，且能夠得到較厚的涂層厚度，因此被廣泛的應用在工程領域，但是因其與基體的結合方式屬于機械結合，這就導致噴涂涂層的結合力較低，而基體與涂層的結合強度是影響熱噴涂涂層服役性能的至關重要的因素。若噴涂涂層由于其結合強度較弱，在服役時，在涂層界面處容易發生失效行為，因此，很多手段已經被應用于噴涂前處理，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，不易于控制，并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，傳統的噴涂前粗化處理并不能使涂層的結合力得到有效的提高。

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

發明內容

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涂層結合強度的方法，作為噴涂前處理過程，通過研究連通形織構圖案的長度與結合強度之間的關系，從而調整和選擇連通形的長度，以提高涂層與基體的結合力，以期將其應用到工程實踐領域，延長噴涂涂層的服役壽命。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涂層結合強度的結構。

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涂層結合強度的方法，包括以下步驟：

1)制備織構化圖案：基于生物仿生學，利用激光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涂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)涂層噴涂：利用超音速等離子噴涂方法對步驟1)所得的基體進行噴涂；

4)涂層結合強度測試和校驗：通過掃描電子顯微鏡觀察噴涂前織構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)中所制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)中所述噴涂工藝參數為：激光功率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涂層結合強度的方法，包括基體、在所述基體上制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涂形成的涂層。

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，所述基體為不銹鋼，所述涂層為NiCrBSi陶瓷涂層。

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涂涂層結合強度，其噴涂涂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涂層強度的方法相比較，優化了織構化圖案參數；本發明使用激光織構化方法通過控制激光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。其作為噴涂前處理過程，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涂涂層強度的機理，并進一步探索出能有效提高涂層結合強度的較優的織構化圖案參數，提高了涂層與基體的結合力，便于將其應用到工程實踐領域，以延長噴涂涂層的服役壽命。

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。