一种控制涂层内部结构提高涂层抗疲劳性能的方法与流程

本发明涉及喷涂材料技术领域，具体涉及一种控制涂层内部结构提高涂层抗疲劳性能的方法。

背景技术：

由于喷涂涂层本身具有空隙率相对较高，存在夹杂、纤维裂纹等缺陷，使得喷涂涂层在服役过程中易形成裂纹扩展，导致寿命降低。对现有表面涂层性能的提升主要是在涂层成形后采用激光重熔、表面强化等二次加工技术，虽然这些技术手段对涂层性能的提升起到了一定效果，但宏观性能是材料内部结构与质量的外在表征，所以这些技术并不能对已形成固定内部结构涂层的服役性能从本质上有较大提升。

超音速等离子喷涂技术因其能够在大型零件上制备较厚厚度的涂层而被广泛应用在实际工程领域，通过等离子喷涂技术可以实现多中材料不同体系的涂层，如金属及合金、陶瓷、金属陶瓷及塑料等，并且喷涂涂层也体现出不同的功能，如耐磨、热障、导电、防辐射等。但是由于喷涂涂层本身具有空隙率相对较高，存在夹杂、纤维裂纹等缺陷，使得喷涂涂层在服役过程中易形成裂纹扩展，导致寿命降低。

技术实现要素：

为了能够提高涂层的服役寿命，扩展涂层的性能，本发明的目的是提供一种控制涂层内部结构提高涂层抗疲劳性能的方法。

本发明的又一目的在于提供一种能够有效提高喷涂涂层抗疲劳性能的织构化图案。

为了实现本发明的目的，本发明提供了一种控制涂层内部结构提高涂层抗疲劳性能的方法，这种方法是控制喷涂过程中参数，使喷涂涂层具备一定的明暗层间隔结构。所述明暗层又称白黑层，是白层与黑层相间的涂层结构； 其中明层即白层是看起来比较亮的部分，其中暗层即黑层是看起来比较暗的部分。

具体地，本发明的方法是利用超音速等离子喷涂方法对基体进行喷涂，在喷涂过程中，不断调整喷涂工艺参数，使整个涂层具备一定厚度的明暗层间隔结构。

优选的，该方法中的基体还包括清洗打磨处理。所述基体优选不锈钢，具体选用FV520B。

优选的，喷涂所选用的涂层为NiCrBSi陶瓷涂层，超音速等离子喷涂得到厚度为100微米的喷涂涂层，其中NiCrBSi粉末的粒度为50-60微米。

优选的，所述喷涂工艺参数为：喷涂功率45-85kW；其中，所述黑层，喷涂距离80-140mm，喷涂速度为6-10g/min；所述白层，喷涂距离为120-160mm，喷涂速度为9-12g/min。

更优选的，所述黑层的喷涂距离为140mm，喷涂速度为10g/min；所述白层的喷涂距离100mm，喷涂速度8g/min。

优选的，所述白层和黑层的厚度为1-7μm。

更优选的，所述白层厚度为4-6μm，黑层厚度为2-7μm。最优选为：白层5μm，黑层4μm。

进一步地，本发明提供了一种能够有效提高喷涂涂层抗疲劳性能的织构化图案。所述图案包括任意几何图案或几种几何图案的组合，如圆、三角形、六边形、沟槽形、网格形、箭头形或条纹形等。

更优选的，所述织构化图案的密度为大于0％，并且小于50％；织构化图案在基体或涂层表面所占的面积比即密度。

本发明的有益效果如下：

本发明的通过控制涂层的明暗层的间距及厚度，可以使涂层的性能得到优化，从而提高整个喷涂涂层的服役性能和抗疲劳性能。

附图说明

图1本发明涂层表面硬度随涂层明暗层白层厚度的变化曲线；

图2本发明涂层疲劳强度随涂层明暗层白层厚度的变化曲线。

具体实施方式

以下通过实施例来进一步描述本发明的有益效果，应该理解的是，这些实施例仅用于例证的目的，决不限制本发明的保护范围。

实施例1制备三层织构耦合的涂层

第一步：

首先对基体进行清洗打磨处理，所述基体优选不锈钢，具体选用FV520B。

第二步

喷涂设备选用矿冶研究总院的高效GTV F6等离子喷涂设备，喷涂工艺参数为喷涂电压120V，喷涂电流440A，喷涂功率55kW，喷涂距离100mm。最终获得一定厚度的涂层。喷涂所选用的涂层为NiCrBSi陶瓷涂层，超音速等离子喷涂得到厚度为100微米的喷涂涂层，其中NiCrBSi粉末的粒度为56微米。

喷涂工艺参数为，喷涂功率80kW，所述黑层的喷涂距离为140mm，喷涂速度为10g/min；所述白层的喷涂距离100mm，喷涂速度8g/min；得到涂层的明暗层厚度为：白层5μm，黑层4μm。

实施例3对实施例1制备的涂层进行滚动接触疲劳测试，并改变接触疲劳的滑差率，观察在不同滑差率条件下涂层的抗疲劳性能。

为了测量涂层的各项性能，采用NovaNanoSEM450型扫描电子显微镜观察喷涂后织构的几何形貌。

为了测试不同织构化图案对喷涂涂层的抗疲劳性能的影响，采用滚动接触疲劳试验机对喷涂涂层的疲劳性能进行测试。

1、为涂层硬度随涂层明暗相中白层厚度的变化

使用疲劳试验机对涂层中白层厚度分别为1-3微米，2-4微米，3-5微米，4-6微米，5-7微米的涂层进行疲劳测试，测试结果如图1所示，发现涂层的疲劳强度是随着涂层中白层的厚度而变化的，当涂层中白层厚度为4-6微米时，涂层的疲劳强度最大，为780HV。

2、为涂层的抗疲劳强度随硬度的变化

对不同硬度的涂层进行疲劳测试，使用滚动接触疲劳试验机，发现涂层的疲劳强度随涂层的硬度的增加而增加，测试结果如图2所示，所以选择硬 度最大所对应的明暗层厚度，即白层4-6微米，以获得较优的抗疲劳性能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。