[发明专利]超音速等离子喷涂陶瓷熔滴扁平化形貌的测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及热障涂层沉积过程中基本单元的形貌测量方法，特别涉及一种超音速等离子喷涂陶瓷熔滴扁平化形貌的测试和定量表征。

背景技术

等离子喷涂制备的热障涂层呈现明显的层状结构，这主要是由一系列熔滴经过有效撞击、扁平铺展、快速冷却和凝固堆垛后形成的。所以，熔滴的扁平化行为对涂层的微观结构和性能起着决定性的作用。影响熔滴扁平化行为的因素很多，包括粒子的初始状态(飞行速度，熔滴温度，熔滴尺寸)，基体温度及粗糙度。由于超音速等离子喷涂中熔滴的扁平化形貌缺少测试和定量表征方法，这严重影响了热障涂层微观结构形成机理的研究。

目前，等离子喷涂过程中陶瓷熔滴的收集以及扁平化形貌的测试主要通过收集已知原始直径的熔滴，同时在线监测粒子表面温度和飞行速度的方法来测试和表征熔滴扁平化形貌。该方法的缺点在于忽略了粒子在射流过程中的破碎现象，不能对发生破碎后的小粒子进行后续的扁平化形貌测试，尤其是在超音速等离子喷涂过程中粒子会发生明显的细化现象。还有一种方法是采用CCD高频摄影机记录低速熔滴自由落体的物理模拟方法测试熔滴的扁平化形貌。该方法是一种采用低速状态模拟高速状态来研究熔滴扁平化的实验方法，毕竟不可取代高速下的真实情况，尤其是在超音速等离子喷涂中速度可达380-900m/s的情况中。

发明内容

为了量化地表示陶瓷熔滴的扁平化形貌，更好地表征超音速等离子喷涂中陶瓷熔滴的扁平率以及飞溅形貌和统计细化程度，本发明的目的是提供一种依据等体积法推算熔滴原始粒径的扁平化形貌测试方法。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现：

一种超音速等离子喷涂陶瓷熔滴扁平化形貌的测试方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)对原始喷涂粉体进行200目以上、325目以下过筛处理；

(2)在抛光后的基体上采用狭缝法收集单个陶瓷熔滴，即在基体前放置“V”型狭缝，喷枪通过可控装置超音速喷出飞行粒子，飞行粒子通过狭缝，以单个形式分散落在(撞击于)基体表面，采用测温测速系统在线监测粒子表面温度和飞行速度；

(3)将落在(撞击于)基体表面的粒子试样置于三维激光显微镜下，先在低倍镜头下拍摄扁平粒子宏观形貌照片，选取待测试的粒子，将其置于视野中心，然后转换至高倍镜头，选择圆形区域覆盖该粒子所占的面积S，利用计算机图像处理软件测量单个粒子扁平后的体积V_p＝V-S(h_p-h₀)，其中，V为粒子体积与基体表面体积之和；h_p为粒子所在面的高度，h₀为基体表面高度；利用等体积法原理反推出原始粒子直径d_p＝(6V_p)^1/3π^-1/3；由于被测粒子扁平化形貌包括盘状未飞溅，网状飞溅，针状飞溅三种状态，故采用对应的三种区域测量方法；

(4)利用计算机图像处理软件测量所有粒子扁平后的直径D_p，计算已知原始直径粒子的扁平率ζ＝D_p/d_p；再计算出这些粒子表征飞溅程度的雷诺数Re＝ρvd_p/μ，统计多个扁平粒子，得出扁平率与雷诺数的数量关系曲线；

(5)最后，将D_p记录下来，用步骤(4)所得的扁平率与雷诺数间的数量关系曲线得出d_p的9个区间，再将粒子扁平后的直径D_p与上述d_p的9个区间一一对应，统计在不同原始粒径d_p范围的粒子个数，并得出其所占百分比，制作粒径分布图，即可得到细化程度。

上述方法中，步骤(3)所述三种区域测量方法为，对于盘状未飞溅粒子，圆形所覆盖区域即为测试区域；对于网状飞溅粒子，选取中心圆盘区所覆盖区域作为所测区域，测量后再乘以飞溅系数1.2-1.3来弥补飞溅部分所占体积；对于针状飞溅粒子，将圆形测试区域半径选为与中心盘状区相连针枝的2/5处。

步骤(4)所述统计多个扁平粒子，扁平粒子的数量为15个。

步骤(5)所述9个区间分为0-5μm；5-10μm，10-15μm…40-45μm。