[發明專利]一種小型復雜型面零部件涂層配伍優化設計方法

有效

• 申請號: 202110004358.1
• 申請日: 2021-01-04
• 公開（公告）號: CN112765741B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 李方義;鹿海洋;李燕樂;李劍峰;杜際雨;戚小霞;楊寶娟
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;G06F111/04;G06F119/18
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 鄭平

本發明涉及一種小型復雜型面零部件涂層配伍優化設計方法，屬于熱噴涂技術領域。在切向功能梯度涂層設計方法指導下，將切向功能梯度涂層各位置處復合比的獨立約束整合為均質涂層整個復雜型面復合比的綜合約束，并建立相應的評價模型，從理論方法層面進行材料配伍優化，優化了傳統均質涂層材料配伍，提升了涂層的整體抗沖蝕性能，解決了小型復雜零部件表面因局部沖蝕磨損嚴重而過早報廢的問題。本發明開辟了切向功能梯度涂層設計方法在均質涂層配伍優化設計上的新應用，涂層抗沖蝕性能有效提升。

技術領域

本發明屬于熱噴涂技術領域，具體涉及一種小型復雜型面零部件涂層配伍優化設計方法。

背景技術

公開該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已經成為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

風機葉片廣泛應用于石化、冶金與天然氣輸運等領域，服役中受氣固兩相流沖擊作用，易產生沖蝕磨損損傷。利用熱噴涂技術在制備脆性金屬陶瓷涂層是增強表面抗沖蝕性能的重要手段之一。對于復雜型面零部件，其各位置處的沖擊角度差異大，而脆性材料、塑性材料的抗沖蝕性能受沖擊角度影響敏感，導致不同位置處沖蝕率迥異，涂層因局部沖蝕磨損嚴重而過早報廢。根據不同復合比金屬陶瓷涂層在不同沖擊角度下的抗沖蝕性能差異，優化匹配零部件表面各位置處的復合比，制備切向功能梯度涂層，是提升復雜型面零部件抗沖蝕性能的有效手段。

發明人發現，與3D打印、激光熔覆等點增材技術不同，熱噴涂是面積增材技術，其噴涂半徑大，無法實現復雜型面各位置處材料配伍的逐點沉積。因此，對于小型復雜型面零部件，切向功能梯度涂層理論上可以顯著提升抗沖蝕性能，而實際上無法在小型表面實現切向功能梯度涂層的制備。

發明內容

本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種小型復雜型面零部件涂層配伍優化設計方法，利用切向功能梯度涂層設計方法，優化設計了傳統均質涂層的材料配伍，降低了涂層的當量沖蝕率，提升了小型復雜型面零部件表面均質涂層的抗沖蝕性能。

為實現上述技術目的，本發明采用如下技術方案：

本發明的第一個方面，提供了一種小型復雜型面零部件涂層配伍優化設計方法，包括：

根據復雜型面工件結構、工況條件，確定復雜型面工件表面與沖蝕粒子間沖擊角度的變化規律；

根據使用工況需求選擇抗沖蝕涂層材料，包括脆性材料與塑性材料；

獲得涂層沖擊角度-復合比-沖蝕率三者對應關系；

將復雜型面進行離散化，以各離散區域的面積為權重，與各離散區域的沖蝕率進行加權平均，建立涂層當量沖蝕率計算模型；

以沖蝕率閾值為約束條件，確定復合比的約束條件；

采用所述復合比的約束條件評估不同復合比的均質涂層的當量沖蝕率，確定優選復合比；

基于優選復合比，對小型復雜型面零部件表面進行熱噴涂。

傳統上，小型復雜型面零部件涂層材料配伍的優化，往往采用試錯法進行試驗測試，而未考慮沖擊角度對沖蝕率的影響，成為制約小型零部件表面均質涂層材料配伍優化的關鍵。為此，本發明在切向功能梯度涂層設計方法指導下，將切向功能梯度涂層各位置處復合比的獨立約束整合為均質涂層整個復雜型面復合比的綜合約束，并建立相應的評價模型，從理論方法層面進行材料配伍優化，降低了均質涂層的當量沖蝕率，提升了小型復雜型面零部件表面涂層的抗沖蝕性能。

本發明的第二個方面，提供了一種小型復雜型面零部件涂層配伍優化設計系統，被配置為執行以下步驟：

根據復雜型面工件結構、工況條件，確定復雜型面工件表面與沖蝕粒子間沖擊角度的變化規律；

根據使用工況需求選擇抗沖蝕涂層材料，包括脆性材料與塑性材料；