[发明专利]基于改变正方形织构图案的边长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，具体涉及一种基于多种正方形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，提供一种基于多种正方形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，通过研究正方形织构图案的边长与结合强度之间的关系，从而调整和选择正方形的边长，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基于多种正方形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，通过研究正方形织构图案的边长与结合强度之间的关系，从而调整和选择正方形的边长，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，本发明提供了一种基于多种正方形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，以得到不同边长的正方形织构化图案；

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)中所制备织构化图案的间距为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。

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1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。

本发明还提供一种基于多种正方形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正方形图案的织构化图案，和在所述织构化图案上喷涂形成的涂层。

优选地，所述织构化图案的间距为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。

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：

本发明提供的方法通过改变正方形织构化图案的边长以形成多种正方形织构图案来改变喷涂涂层结合强度，其喷涂涂层结合强度能够随着正方形织构图案边长的变化而变化，与现有的织构化提高涂层强度的方法相比较，优化了织构化图案参数；本发明使用激光织构化方法通过控制激光过程的参数在基体表面得到了一定尺寸及密度的规则排列的织构化几何图案。其作为喷涂前处理过程，在材料表面预置不同边长的织构化图案，通过改变织构化图案的边长，探索出正方形不同边长提高喷涂涂层强度的机理，并进一步探索出能有效提高涂层结合强度的较优的织构化图案参数，提高了涂层与基体的结合力，便于将其应用到工程实践领域，以延长喷涂涂层的服役寿命。

附图说明

图1为正方形织构化图案的边长对结合强度的影响测试结果图。

具体实施方式