[发明专利]基于交替组合形成织构图案以提高涂层结合强度的结构和方法

说明书

技术领域

本发明涉及涂层材料技术领域，具体涉及一种交替组合形成织构图案来提高涂层结合强度的结构和方法。

背景技术

等离子喷涂涂层能够实现大尺寸零件的加工，且能够得到较厚的涂层厚度，因此被广泛的应用在工程领域，但是因其与基体的结合方式属于机械结合，这就导致喷涂涂层的结合力较低，而基体与涂层的结合强度是影响热喷涂涂层服役性能的至关重要的因素。若喷涂涂层由于其结合强度较弱，在服役时，在涂层界面处容易发生失效行为，因此，很多手段已经被应用于喷涂前处理，如喷丸、化学除油等。但是化学方法除油会在表面产生化学反应，引进新的氧化物，造成基体表面化学成分的改变，且所使用的化学药品对人体和环境均有害；而喷丸过程虽然能够使基体表面得到一定的粗糙度，但是所得到的图案不规则，不易于控制，并且喷砂过程会导致基体的变形，甚至使基体表面具有显微裂纹。可见，传统的喷涂前粗化处理并不能使涂层的结合力得到有效的提高。

因此，提供一种交替组合形成织构图案来提高涂层结合强度的方法，作为喷涂前处理过程，通过研究织构形状组合与结合强度之间的关系，从而调整和选择织构图案形式，以提高涂层与基体的结合力，以期将其应用到工程实践领域，延长喷涂涂层的服役寿命，就成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种交替组合形成织构图案来提高涂层结合强度的方法，作为喷涂前处理过程，通过研究织构形状组合与结合强度之间的关系，从而调整和选择织构图案形式，以提高涂层与基体的结合力，以期将其应用到工程实践领域，延长喷涂涂层的服役寿命。本发明的另一目的是提供一种提高涂层结合强度的结构。

为了实现本发明的目的，本发明提供了一种交替组合形成织构图案以提高涂层结合强度的方法，包括以下步骤：

1)制备织构化图案：基于生物仿生学，利用激光过程在基体表面进行正方形和圆形交替组合图案的织构化加工；

2)参数调整：根据步骤1)中形成的织构化图案调整喷涂工艺参数和织构化图案参数，以得到具有预设边长的正方形和具有预设直径的圆形交替组合形成的织构化图案，所述织构化图案的织构步骤为：首先织构至少三列圆形图案，相邻两列圆形图案之间预留预设距离，且该预设距离大于预织构正方形的边长，而后在相邻两列圆形图案之间织构正方形图案；

3)涂层喷涂：利用超音速等离子喷涂方法对步骤1)所得的基体进行喷涂；

4)涂层结合强度测试和校验：通过扫描电子显微镜观察喷涂前织构的几何形貌和喷涂后涂层横截面的SEM形貌；使用胶粘纸把棒状零件粘接在涂层表面，通过测量拉开零件使涂层从基片上剥离所需力的大小，求得涂层的附着力。

进一步地，在步骤1)之前还包括基体预处理步骤，对基体的表面进行打磨清洗处理。

进一步地，在步骤1)中所制备的织构化图案中，其相邻正方形与圆形之间的间距为60微米，正方形的边长为以下至少一种：20微米、35微米、55微米或70微米，圆形的直径为以下至少一种：15微米、25微米、40微米、60微米。

进一步地，在步骤1)中，所用基体为FV520B。

进一步地，步骤2)中所述喷涂工艺参数为：激光功率15W，扫描速度900mm/s，加工次数为2次。

进一步地，所得到的织构化图案加工深度为60微米。

进一步地，在步骤3)中所选用的涂层为NiCrBSi陶瓷涂层，通过超音速等离子喷涂得到厚度为500微米左右的喷涂涂层，其中NiCrBSi粉末的粒度为50-60微米。

本发明还提供一种交替组合形成织构图案以提高涂层结合强度的结构，包括基体、在所述基体上制备形成的织构化图案，和在所述织构化图案上喷涂形成的涂层；所述织构化图案包括多列正方形图案和多列圆形图案，所述正方形图案与所述圆形图案交替分布，相邻两列正方形图案之间设置有一列圆形图案。

优选地，所述织构化图案中相邻正方形与圆形之间的间距为60微米，正方形的边长为以下至少一种：20微米、35微米、55微米或70微米，圆形的直径为以下至少一种：15微米、25微米、40微米或60微米。

优选地，所述基体为不锈钢，所述涂层为NiCrBSi陶瓷涂层。

本发明的有益效果如下：