[发明专利]一种精确感知损伤智能涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及表面涂层技术领域，更具体地说，涉及一种智能涂层及其制 备方法。

背景技术

现有零件表面在服役时，若其动态损伤无法感知，则无法掌控零件表面 的磨损状态。

当前的零件表面疲劳磨损试验多以震动、摩擦系数、温度等因素的变化 作为评估零件表面磨损状态的判断依据。当选定判断因素的实际值超过了预 设的门槛值，则说明零件表面失效，然后对失效件进行断口分析，通过经验 或经典理论反向推断出失效机理。但是这种以“事后判断”为主的失效行为与机 理研究，不能判断零件表面的临界失效状态，故无法建立可动态监测并控制 零件表面失效的掌控机制。

由于智能传感元件可以实时监控零件表面的磨损状态，因此，在零件表 面上设置智能传感单元便成了人们的首选。

当前常用的一种智能传感单元是压电传感器，所述压电传感器是利用压 电材料的压电效应制备的。在压电传感器在应用到机械设备的过程中，需要 将压电传感器粘贴到设备（或零件）上。

但是，由于一些机械设备的结构复杂或工作环境恶劣，使得所述压电传 感器与设备间的结合度差，造成了压电传感器的检测精度差，甚至脱落的问 题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种智能涂层及其制备方法，该智能涂层的方法 能够极大地提高传感器与设备基底间的结合强度，进而避免压电传感器的检 测精度差，甚至脱落的问题。。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种智能涂层，包括：

基底，所述基底为任意形状的基底；

绝缘层，所述绝缘层覆盖在所述基底表面上；

多个第一传感单元和多个第二传感单元，所述第一传感单元和第二传感 单元设置在所述绝缘层表面上，具有压电效应，且所述第一传感单元沿第一 方向延伸，所述第二传感单元沿第二方向延伸，所述多个第一传感单元和多 个第二传感单元相互交叉，呈网格状；

耐磨层，所述耐磨层覆盖在所述第一传感单元、第二传感单元和绝缘层 表面上。

优选的，所述第一方向与第二方向相互垂直。

优选的，所述第一传感单元宽度和第二传感单元的宽度均为 1.5mm～2.5mm。

优选的，相邻的两个第一传感单元之间的距离和相邻的两个第二传感单 元之间的距离均为3mm～4mm。

优选的，所述绝缘层为氧化铝层或氧化钛层或氧化铝与氧化钛的合金层。

优选的，所述第一传感单元和第二传感单元的制作材料为PbTiO3。

优选的，所述耐磨层为FeGrBSi层。

优选的，所述智能涂层还包括：

第一上电极，所述第一上电极设置在所述第一传感单元表面上；

第一下电极，所述第一下电极设置在所述第一传感单元下表面边缘；

第二上电极，所述第二上电极设置在所述第二传感单元表面上；

第二下电极，所述第二下电极设置在所述第二传感单元下表面边缘。

一种智能涂层的制备方法，包括：

在一基底表面上形成绝缘层；

在所述绝缘层表面上形成多个第一传感单元和多个第二传感单元，所述 第一传感单元沿第一方向延伸，所述第二传感单元沿第二方向延伸，所述多 个第一传感单元和多个第二传感单元相互交叉，呈网格状；

在所述第一传感单元、第二传感单元和绝缘层表面上形成耐磨层；

对所述第一传感单元和第二传感单元进行极化处理，使所述第一传感单 元和第二传感单元具有压电效应。

优选的，所述在一基底表面上形成绝缘层，包括：

通过超音速等离子喷涂工艺在所述基底表面上形成绝缘层。

优选的，所述在所述绝缘层表面上形成多个第一传感单元和多个第二传 感单元，包括：

将具有多个第一传感单元和多个第二传感单元形状的掩膜覆盖在所述绝 缘层表面上；

通过超音速等离子喷涂工艺在所述绝缘层表面上形成多个第一传感单元 和多个第二传感单元。

优选的，在所述第一传感单元、第二传感单元和绝缘层表面上形成耐磨 层，包括：

通过超音速等离子喷涂工艺在所述第一传感单元、第二传感单元和绝缘 层表面上形成耐磨层。

优选的，所述方法还包括：