[发明专利]一种双向功能梯度涂层设计方法

说明书

本发明涉及一种双向功能梯度涂层设计方法，在基体与功能层之间设计呈双向梯度的过渡层，包括以下步骤：步骤1：确定功能层的复合比与冲击角度的对应关系；步骤2：得到功能层的复合比切向梯度分布形式；步骤3：对过渡层的复合比法向梯度分布形式进行设计；步骤4：得到过渡层复合比的双向梯度分布形式；步骤5：计算步骤4得到的由功能层和过渡层构成的涂层的各项性能参数；步骤6：分析过渡层的复合比法向梯度分布形式对热应力影响；步骤7：改变步骤3中进行过渡层法向梯度分布形式设计时的设计参数，迭代步骤3‑步骤6，直至热应力达到设定值，得到满足需要的涂层，采用本发明设计方法的涂层综合服役性能高。

技术领域

本发明涉及热喷涂技术领域，具体涉及一种双向功能梯度涂层设计方法。

背景技术

针对涂层与基体间存在的热物理性能差异，一般的，通过设计过渡层，实现材料性能的过渡，缩小涂层与基体材料间性能差异，减小层间热应力。

切向功能梯度涂层由两种或两种以上材料复合而成，如图1所示，其材料配伍沿零部件表面切向方向梯度变化，能有效提高涂层的抗冲蚀性能。

发明人发现，与传统均质涂层不同，切向功能梯度涂层的材料配伍是沿切向呈梯度变化，采用传统切向功能梯度涂层设计方法得到的涂层喷涂到基体后热应力显著，容易开裂和剥落，传统过渡层设计方法得到的过渡层无法适应切向功能梯度涂层的热应力缓和需求，导致涂层热应力显著。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种双向功能梯度涂层设计方法，在功能层与基体间设计一种沿法向和切向呈双向梯度变化的过渡层，克服了切向功能梯度涂层热应力显著的缺陷。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种双向功能梯度涂层设计方法，在基体与用于抗冲蚀的功能层之间设计呈双向梯度的过渡层，具体包括以下步骤：

步骤1：以工件的冲蚀率阈值为约束条件，确定功能层的复合比与冲击角度的对应关系。

步骤2：根据工件表面冲击角度分布规律及步骤1得到的复合比与冲击角度的对应关系，得到功能层的复合比切向梯度分布形式。

步骤3：对过渡层的复合比法向梯度分布形式进行设计。

步骤4：根据步骤2和步骤3得到的功能层复合比切向梯度分布形式及过渡层复合比的法向梯度分布形式，得到过渡层复合比的双向梯度分布形式。

步骤5：计算步骤4得到的由功能层和过渡层构成的涂层的各项性能参数。

步骤6：基于步骤5得到的涂层的各项性能参数，分析过渡层的复合比法向梯度分布形式对热应力影响。

步骤7：改变步骤3中进行过渡层法向梯度分布形式设计时的设计参数，迭代步骤3-步骤6，直至热应力达到设定值，得到满足需要的涂层。

本发明得到的双向功能梯度涂层，考虑了切向方向复合比梯度变化，制备切向与法向双向功能梯度涂层，功能层的切向梯度保障涂层优异的抗冲蚀性能，过渡层的双向梯度适应功能层的切向梯度变化，以缓和热应力，能提升涂层综合服役性能。

本发明的有益效果：

本发明在切向功能梯度的功能层与基体间制备呈双向梯度变化的过渡层，克服了涂层材料与基体材料因热膨胀系数、弹性模量与热导率等性能差异较大而造成的应力集中问题，避免了涂层的开裂和剥落。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为切向功能梯度涂层示意图；

图2为本实施例设计方法流程图；