本發(fā)明涉及涂層材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于龜殼表面六邊形織構(gòu)圖案邊長(zhǎng)來(lái)提高涂層結(jié)合強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)和方法。

背景技術(shù)：

等離子噴涂涂層能夠?qū)崿F(xiàn)大尺寸零件的加工，且能夠得到較厚的涂層厚度，因此被廣泛的應(yīng)用在工程領(lǐng)域，但是因其與基體的結(jié)合方式屬于機(jī)械結(jié)合，這就導(dǎo)致噴涂涂層的結(jié)合力較低，而基體與涂層的結(jié)合強(qiáng)度是影響熱噴涂涂層服役性能的至關(guān)重要的因素。若噴涂涂層由于其結(jié)合強(qiáng)度較弱，在服役時(shí)，在涂層界面處容易發(fā)生失效行為，因此，很多手段已經(jīng)被應(yīng)用于噴涂前處理，如噴丸、化學(xué)除油等。但是化學(xué)方法除油會(huì)在表面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，引進(jìn)新的氧化物，造成基體表面化學(xué)成分的改變，且所使用的化學(xué)藥品對(duì)人體和環(huán)境均有害；而噴丸過(guò)程雖然能夠使基體表面得到一定的粗糙度，但是所得到的圖案不規(guī)則，不易于控制，并且噴砂過(guò)程會(huì)導(dǎo)致基體的變形，甚至使基體表面具有顯微裂紋。可見(jiàn)，傳統(tǒng)的噴涂前粗化處理并不能使涂層的結(jié)合力得到有效的提高。

因此，提供一種基于龜殼表面六邊形織構(gòu)圖案邊長(zhǎng)來(lái)提高涂層結(jié)合強(qiáng)度的方法，作為噴涂前處理過(guò)程，通過(guò)研究六邊形織構(gòu)圖案的邊長(zhǎng)與結(jié)合強(qiáng)度之間的關(guān)系，從而調(diào)整和選擇六邊形的邊長(zhǎng)，以提高涂層與基體的結(jié)合力，以期將其應(yīng)用到工程實(shí)踐領(lǐng)域，延長(zhǎng)噴涂涂層的服役壽命，就成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于龜殼表面六邊形織構(gòu)圖案邊長(zhǎng)來(lái)提高涂層結(jié)合強(qiáng)度的方法，作為噴涂前處理過(guò)程，通過(guò)研究六邊形織構(gòu)圖案的邊長(zhǎng)與結(jié)合強(qiáng)度之間的關(guān)系，從而調(diào)整和選擇六邊形的邊長(zhǎng)，以提高涂層與基體的結(jié)合力，以期將其應(yīng)用到工程實(shí)踐領(lǐng)域，延長(zhǎng)噴涂涂層的服役壽命。本發(fā)明的另一目的是提供一種提高涂層結(jié)合強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供了一種基于龜殼表面六邊形織構(gòu)圖案邊長(zhǎng)以提高涂層結(jié)合強(qiáng)度的方法，包括以下步驟：

1)制備織構(gòu)化圖案：基于生物仿生學(xué)，利用激光過(guò)程在基體表面進(jìn)行正六邊形圖案的織構(gòu)化加工；

2)參數(shù)調(diào)整：根據(jù)步驟1)中形成的織構(gòu)化圖案調(diào)整噴涂工藝參數(shù)和織構(gòu)化圖案參數(shù)，以得到不同邊長(zhǎng)的正六邊形織構(gòu)化圖案；

3)涂層噴涂：利用超音速等離子噴涂方法對(duì)步驟1)所得的基體進(jìn)行噴涂；

4)涂層結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試和校驗(yàn)：通過(guò)掃描電子顯微鏡觀察噴涂前織構(gòu)的幾何形貌和噴涂后涂層橫截面的sem形貌；使用膠粘紙把棒狀零件粘接在涂層表面，通過(guò)測(cè)量拉開(kāi)零件使涂層從基片上剝離所需力的大小，求得涂層的附著力。

進(jìn)一步地，在步驟1)之前還包括基體預(yù)處理步驟，對(duì)基體的表面進(jìn)行打磨清洗處理。

進(jìn)一步地，在步驟1)中所制備織構(gòu)化圖案的間距為65微米，正六邊形的邊長(zhǎng)為以下至少一種：20微米、30微米、45微米或60微米。

進(jìn)一步地，在步驟1)中，所用基體為fv520b。

進(jìn)一步地，步驟2)中所述噴涂工藝參數(shù)為：激光功率14w，掃描速度800mm/s，加工次數(shù)為2次。

進(jìn)一步地，所得到的織構(gòu)化圖案加工深度為60微米。

進(jìn)一步地，在步驟3)中所選用的涂層為nicrbsi陶瓷涂層，通過(guò)超音速等離子噴涂得到厚度為500微米左右的噴涂涂層，其中nicrbsi粉末的粒度為50-60微米。

本發(fā)明還提供一種基于龜殼表面六邊形織構(gòu)圖案邊長(zhǎng)以提高涂層結(jié)合強(qiáng)度的方法，包括基體、在所述基體上制備形成的正六邊形圖案的織構(gòu)化圖案，和在所述織構(gòu)化圖案上噴涂形成的涂層。

優(yōu)選地，所述織構(gòu)化圖案的間距為65微米，正六邊形的邊長(zhǎng)為以下至少一種：20微米、30微米、45微米或60微米。

優(yōu)選地，所述基體為不銹鋼，所述涂層為nicrbsi陶瓷涂層。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明提供的方法基于龜殼表面六邊形織構(gòu)圖案邊長(zhǎng)，即通過(guò)改變正六邊形織構(gòu)化圖案的邊長(zhǎng)來(lái)改變噴涂涂層結(jié)合強(qiáng)度，其噴涂涂層結(jié)合強(qiáng)度能夠隨著正六邊形織構(gòu)圖案邊長(zhǎng)的變化而變化，與現(xiàn)有的織構(gòu)化提高涂層強(qiáng)度的方法相比較，優(yōu)化了織構(gòu)化圖案參數(shù)；本發(fā)明使用激光織構(gòu)化方法通過(guò)控制激光過(guò)程的參數(shù)在基體表面得到了一定尺寸及密度的規(guī)則排列的織構(gòu)化幾何圖案。其作為噴涂前處理過(guò)程，在材料表面預(yù)置不同邊長(zhǎng)的織構(gòu)化圖案，通過(guò)改變織構(gòu)化圖案的邊長(zhǎng)，探索出不同正六邊形邊長(zhǎng)提高噴涂涂層強(qiáng)度的機(jī)理，并進(jìn)一步探索出能有效提高涂層結(jié)合強(qiáng)度的較優(yōu)的織構(gòu)化圖案參數(shù)，提高了涂層與基體的結(jié)合力，便于將其應(yīng)用到工程實(shí)踐領(lǐng)域，以延長(zhǎng)噴涂涂層的服役壽命。

附圖說(shuō)明

圖1為正六邊形織構(gòu)化圖案的邊長(zhǎng)對(duì)結(jié)合強(qiáng)度的影響測(cè)試結(jié)果圖；

圖2-圖4為不同邊長(zhǎng)的織構(gòu)化圖案的示意圖。

具體實(shí)施方式

以下通過(guò)實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步描述本發(fā)明的有益效果，應(yīng)該理解的是，這些實(shí)施例僅用于例證的目的，決不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施例一

本發(fā)明提供了一種基于龜殼表面六邊形織構(gòu)圖案邊長(zhǎng)以提高涂層結(jié)合強(qiáng)度的方法，該方法具體包括以下步驟：

s11基體預(yù)處理步驟，對(duì)基體的表面進(jìn)行打磨清洗處理，以去除基體表面雜質(zhì)，提高噴涂效果；

s12制備織構(gòu)化圖案：基于生物仿生學(xué)，利用激光過(guò)程在基體表面進(jìn)行正六邊形圖案的織構(gòu)化加工；

s13參數(shù)調(diào)整：根據(jù)步驟s12中形成的織構(gòu)化圖案調(diào)整噴涂工藝參數(shù)和織構(gòu)化圖案參數(shù)，以得到邊長(zhǎng)20微米、間距65微米的織構(gòu)化圖案；具體地，對(duì)于間距為65微米、邊長(zhǎng)為20微米的正六邊形織構(gòu)化圖案，激光功率14w，掃描速度800mm/s，加工次數(shù)為2次；

s14涂層噴涂：利用超音速等離子噴涂方法對(duì)步驟s12所得的基體進(jìn)行噴涂；噴涂設(shè)備選用礦冶研究總院的高效gtvf6等離子噴涂設(shè)備，噴涂工藝參數(shù)為噴涂電壓120v，噴涂電流440a，噴涂功率55kw，噴涂距離100mm，最終獲得一定厚度的涂層。

s15涂層結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試和校驗(yàn)：通過(guò)掃描電子顯微鏡觀察噴涂前織構(gòu)的幾何形貌和噴涂后涂層橫截面的sem形貌；使用膠粘紙把棒狀零件粘接在涂層表面，通過(guò)測(cè)量拉開(kāi)零件使涂層從基片上剝離所需力的大小，求得涂層的附著力。

實(shí)施例二

本發(fā)明提供了一種基于龜殼表面六邊形織構(gòu)圖案邊長(zhǎng)以提高涂層結(jié)合強(qiáng)度的方法，該方法具體包括以下步驟：

s21基體預(yù)處理步驟，對(duì)基體的表面進(jìn)行打磨清洗處理，以去除基體表面雜質(zhì)，提高噴涂效果；

s22制備織構(gòu)化圖案：基于生物仿生學(xué)，利用激光過(guò)程在基體表面進(jìn)行正六邊形圖案的織構(gòu)化加工；

s23參數(shù)調(diào)整：根據(jù)步驟s22中形成的織構(gòu)化圖案調(diào)整噴涂工藝參數(shù)和織構(gòu)化圖案參數(shù)，以得到邊長(zhǎng)30微米、間距65微米的織構(gòu)化圖案；具體地，對(duì)于間距為65微米、邊長(zhǎng)為30微米的織構(gòu)化圖案，激光功率14w，掃描速度800mm/s，加工次數(shù)為2次；

s24涂層噴涂：利用超音速等離子噴涂方法對(duì)步驟s22所得的基體進(jìn)行噴涂；噴涂設(shè)備選用礦冶研究總院的高效gtvf6等離子噴涂設(shè)備，噴涂工藝參數(shù)為噴涂電壓120v，噴涂電流440a，噴涂功率55kw，噴涂距離100mm，最終獲得一定厚度的涂層。

s25涂層結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試和校驗(yàn)：通過(guò)掃描電子顯微鏡觀察噴涂前織構(gòu)的幾何形貌和噴涂后涂層橫截面的sem形貌；使用膠粘紙把棒狀零件粘接在涂層表面，通過(guò)測(cè)量拉開(kāi)零件使涂層從基片上剝離所需力的大小，求得涂層的附著力。

實(shí)施例三

本發(fā)明提供了一種基于龜殼表面六邊形織構(gòu)圖案邊長(zhǎng)以提高涂層結(jié)合強(qiáng)度的方法，該方法具體包括以下步驟：

s31基體預(yù)處理步驟，對(duì)基體的表面進(jìn)行打磨清洗處理，以去除基體表面雜質(zhì)，提高噴涂效果；

s32制備織構(gòu)化圖案：基于生物仿生學(xué)，利用激光過(guò)程在基體表面進(jìn)行正六邊形圖案的織構(gòu)化加工；

s33參數(shù)調(diào)整：根據(jù)步驟s32中形成的織構(gòu)化圖案調(diào)整噴涂工藝參數(shù)和織構(gòu)化圖案參數(shù)，以得到邊長(zhǎng)45微米、間距65微米的織構(gòu)化圖案；具體地，對(duì)于間距為65微米、邊長(zhǎng)為45微米的織構(gòu)化圖案，激光功率14w，掃描速度800mm/s，加工次數(shù)為2次；

s34涂層噴涂：利用超音速等離子噴涂方法對(duì)步驟s32所得的基體進(jìn)行噴涂；噴涂設(shè)備選用礦冶研究總院的高效gtvf6等離子噴涂設(shè)備，噴涂工藝參數(shù)為噴涂電壓120v，噴涂電流440a，噴涂功率55kw，噴涂距離100mm，最終獲得一定厚度的涂層。

s35涂層結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試和校驗(yàn)：通過(guò)掃描電子顯微鏡觀察噴涂前織構(gòu)的幾何形貌和噴涂后涂層橫截面的sem形貌；使用膠粘紙把棒狀零件粘接在涂層表面，通過(guò)測(cè)量拉開(kāi)零件使涂層從基片上剝離所需力的大小，求得涂層的附著力。

實(shí)施例四

本發(fā)明提供了一種基于龜殼表面六邊形織構(gòu)圖案邊長(zhǎng)以提高涂層結(jié)合強(qiáng)度的方法，該方法具體包括以下步驟：

s41基體預(yù)處理步驟，對(duì)基體的表面進(jìn)行打磨清洗處理，以去除基體表面雜質(zhì)，提高噴涂效果；

s42制備織構(gòu)化圖案：基于生物仿生學(xué)，利用激光過(guò)程在基體表面進(jìn)行正六邊形圖案的織構(gòu)化加工；

s43參數(shù)調(diào)整：根據(jù)步驟s42中形成的織構(gòu)化圖案調(diào)整噴涂工藝參數(shù)和織構(gòu)化圖案參數(shù)，以得到邊長(zhǎng)60微米、間距65微米的織構(gòu)化圖案；具體地，對(duì)于間距為65微米、邊長(zhǎng)為60微米的織構(gòu)化圖案，激光功率14w，掃描速度800mm/s，加工次數(shù)為2次；

s44涂層噴涂：利用超音速等離子噴涂方法對(duì)步驟s42所得的基體進(jìn)行噴涂；噴涂設(shè)備選用礦冶研究總院的高效gtvf6等離子噴涂設(shè)備，噴涂工藝參數(shù)為噴涂電壓120v，噴涂電流440a，噴涂功率55kw，噴涂距離100mm，最終獲得一定厚度的涂層。

s45涂層結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試和校驗(yàn)：通過(guò)掃描電子顯微鏡觀察噴涂前織構(gòu)的幾何形貌和噴涂后涂層橫截面的sem形貌；使用膠粘紙把棒狀零件粘接在涂層表面，通過(guò)測(cè)量拉開(kāi)零件使涂層從基片上剝離所需力的大小，求得涂層的附著力。

在上述各實(shí)施例中，所用基體為不銹鋼，具體為fv520b，所得到的織構(gòu)化圖案加工深度為60微米，所選用的涂層為nicrbsi陶瓷涂層，通過(guò)超音速等離子噴涂得到厚度為500微米左右的噴涂涂層，其中nicrbsi粉末的粒度為50-60微米。所用激光為脈沖激光，其能量和加工次數(shù)決定著織構(gòu)化圖案的深度，通過(guò)系統(tǒng)自帶的畫圖軟件，可以將所需要的一定尺寸一定形狀按照一定間距的織構(gòu)化圖案預(yù)先畫出來(lái)，然后對(duì)試樣表面進(jìn)行加工，可以得到精細(xì)尺寸結(jié)構(gòu)的織構(gòu)化圖案。

對(duì)比例

為了測(cè)量涂層的各項(xiàng)性能，采用novananosem450型掃描電子顯微鏡觀察噴涂后織構(gòu)的幾何形貌。為了測(cè)試不同織構(gòu)化圖案對(duì)噴涂涂層的抗疲勞性能的影響，采用滾動(dòng)接觸疲勞試驗(yàn)機(jī)對(duì)噴涂涂層的疲勞性能進(jìn)行測(cè)試。

基體表面不同形狀織構(gòu)下涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度采用拉伸試驗(yàn)機(jī)對(duì)涂層的結(jié)合強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，所用拉伸試驗(yàn)機(jī)的型號(hào)為：mts809型電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)。對(duì)上述各實(shí)施例中制備的不同形狀的織構(gòu)化圖案進(jìn)行涂層噴涂后進(jìn)行拉伸測(cè)試，涂層從基體斷裂的力比涂層的面積為最終的結(jié)合強(qiáng)度。

測(cè)試結(jié)果如圖1所示，同樣是正六邊形織構(gòu)化圖案下，不同圖案邊長(zhǎng)下涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度明顯不同，各邊長(zhǎng)值對(duì)應(yīng)的結(jié)合強(qiáng)度對(duì)照如下表所示：

表1各邊長(zhǎng)值對(duì)應(yīng)的結(jié)合強(qiáng)度對(duì)照表

正六邊形織構(gòu)圖案的邊長(zhǎng)在20微米時(shí)結(jié)合強(qiáng)度最低，為28.5mpa，邊長(zhǎng)在45微米時(shí)結(jié)合強(qiáng)度最高，為55mpa，邊長(zhǎng)在30微米時(shí)結(jié)合強(qiáng)度為31.5mpa，邊長(zhǎng)在60微米時(shí)結(jié)合強(qiáng)度為53mpa；邊長(zhǎng)在20-45微米之間時(shí)，結(jié)合強(qiáng)度與邊長(zhǎng)成正比，邊長(zhǎng)在45-60微米之間時(shí)，結(jié)合強(qiáng)度與邊長(zhǎng)成反比，且上述正比例線的斜率大于反比例線的斜率。

本發(fā)明提供的方法通過(guò)改變正六邊形織構(gòu)化圖案的邊長(zhǎng)來(lái)改變噴涂涂層結(jié)合強(qiáng)度，其噴涂涂層結(jié)合強(qiáng)度能夠隨著正六邊形織構(gòu)圖案邊長(zhǎng)的變化而變化，與現(xiàn)有的織構(gòu)化提高涂層強(qiáng)度的方法相比較，優(yōu)化了織構(gòu)化圖案參數(shù)；本發(fā)明使用激光織構(gòu)化方法通過(guò)控制激光過(guò)程的參數(shù)在基體表面得到了一定尺寸及密度的規(guī)則排列的織構(gòu)化幾何圖案。其作為噴涂前處理過(guò)程，在材料表面預(yù)置不同邊長(zhǎng)的正六邊形織構(gòu)化圖案，通過(guò)改變正六邊形織構(gòu)化圖案的邊長(zhǎng)，探索出不同邊長(zhǎng)下提高噴涂涂層強(qiáng)度的機(jī)理，并進(jìn)一步探索出能有效提高涂層結(jié)合強(qiáng)度的較優(yōu)的織構(gòu)化圖案邊長(zhǎng)，提高了涂層與基體的結(jié)合力，便于將其應(yīng)用到工程實(shí)踐領(lǐng)域，以延長(zhǎng)噴涂涂層的服役壽命。

本發(fā)明還提供一種基于龜殼表面六邊形織構(gòu)圖案邊長(zhǎng)以提高涂層結(jié)合強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)，包括基體、在所述基體上制備形成的正六邊形圖案的織構(gòu)化圖案，和在所述織構(gòu)化圖案上噴涂形成的涂層；其中織構(gòu)化圖案的間距為65微米，正六邊形的邊長(zhǎng)為以下至少一種：20微米、30微米、45微米或60微米，其中，邊長(zhǎng)為20微米的織構(gòu)圖案如圖2所示，邊長(zhǎng)為30微米的織構(gòu)圖案如圖3所示，邊長(zhǎng)為60微米的織構(gòu)圖案如圖4所示。所述基體為不銹鋼，具體為fv520b，所述涂層為nicrbsi陶瓷涂層。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。