一种超音速等离子喷涂工艺涂层优化方法与流程

技术特征：

1.一种超音速等离子喷涂工艺涂层优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取斑点：获取涂层中的单个凝固斑点；

数字形貌提取：提取凝固斑点的边缘形貌；

计算参数：根据边缘形貌计算凝固斑点几何形貌评价参数，该参数包括固化指数、圆度、离心率及分形维数；

优化工艺方法：根据上述计算的参数数值，对超音速等离子喷涂工艺中的各步骤进行调整优化。

2.根据权利要求1所述的超音速等离子喷涂工艺涂层优化方法，其特征在于，获取斑点时，粒子撞击在基体上形成凝固斑点，在获取斑点步骤之前，对基体进行超声清洗，去除基体表面污染物。

3.根据权利要求2所述的超音速等离子喷涂工艺涂层优化方法，其特征在于，数字形貌提取为将凝固斑点与基体分离，具体为：

通过阈值计算方法对所述凝固斑点的扫描电子显微图像进行二值化处理；

采用label函数对凝固斑点的二值图进行标注，并将单个连通域最大的区域设定为凝固斑点区域；

采用形态学处理方法对凝固斑点进行滤波处理，包括数字图像的膨胀算子与腐蚀算子；

采用candy算子提取凝固斑点的边界，最终完成边缘形貌的提取。

4.根据权利要求3所述的超音速等离子喷涂工艺涂层优化方法，其特征在于，计算参数步骤中，具体的计算方法为：

固化指数：通过计算凝固斑点面积与其边界包络线面积之比，提取凝固斑点的固化指数；

圆度：以凝固斑点的最大内切圆与最大外切圆的比值作为其与圆形凝固斑点的接近程度；

离心率：以凝固斑点的质心为中心，质心的计算方式为：

$(\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{y}_j\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{x}_i\·E(j,i),\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{x}_i\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{y}_{j}E(j,i\left)\right)$

其中，E(j,i)表示凝固斑点二值图的矩阵形式，x_i、y_j分别表示矩阵的第i列元素和第j行元素，m，n分别表示矩阵的总列数与总行数，以最小外切圆的半径作为椭圆的长半轴a，随后缩寻找一个最小的短半轴b作椭圆，并使椭圆能够完全覆盖凝固斑点的所有像素点，此时长半轴a与短半轴b的比值即为凝固斑点的离心率；

分形维数：采用沙盒法覆盖凝固斑点边缘，初始盒子的边长为凝固斑点边长的1/10，以凝固斑点边长1/100的长度逐渐递减，分别提取盒子边长ε(N)，以及此时覆盖有凝固斑点的正方形个数N，则ε(N)与N之间满足关系：

N(ε)∝ε^-D

其中，D为凝固斑点的分形维数。

5.根据权利要求4所述的超音速等离子喷涂工艺涂层优化方法，其特征在于，优化工艺方法步骤中，具体的：

当圆度小于0.43时，需要调整制粉工艺或调整相应的喷涂参数；

当离心率小于0.47时，需要调整等离子喷枪的喷涂角度；

当固化指数小于0.546时，需要降低喷涂功率或提高主气流量；

在上述三类参数满足条件之后，通过优选凝固斑点分形维数则作为喷涂参数最终选取的主要指标，凝固斑点类型判定的依据为：

在喷涂过程中，优选圆盘型粒子凝固类型。

6.根据权利要求2所述的超音速等离子喷涂工艺涂层优化方法，其特征在于，获取斑点时，通过超音速等离子喷枪向基体喷射等离子射流，等离子射流中的粒子穿过挡板上的孔撞击到基体上；

其中，孔的直径为1mm，相邻的孔之间的距离为500mm。

7.根据权利要求6所述的超音速等离子喷涂工艺涂层优化方法，其特征在于，所述超音速等离子喷枪移动速度设定为6m/min，将送粉量当量设定为3。

8.根据权利要求7所述的超音速等离子喷涂工艺涂层优化方法，其特征在于，所述挡板表面的粗糙度Ra＝1.5μm。

9.根据权利要求3所述的超音速等离子喷涂工艺涂层优化方法，其特征在于，扫描电子显微镜的拍摄模式为二次电子，电压5-10kV。

10.根据权利要求2所述的超音速等离子喷涂工艺涂层优化方法，其特征在于，通过浓度为97.5％的乙醇对基体进行超声清洗。