[发明专利]一种通过调整织构图案深度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，具体涉及一种通过调整织构图案深度以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，因此被广泛的应用跟在工程领域，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，提供一种通过调整织构图案深度以提高涂层结合强度的方法，作为喷涂前处理过程，从而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通过调整织构图案深度以提高涂层结合强度的方法，作为喷涂前处理过程，从而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，本发明提供了一种通过调整织构图案深度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至少一种结构参数的织构化加工，所述结构参数包括织构化图案的深度、直径和间距；

2)工艺参数调整：根据步骤1)中形成的织构化图案的深度和直径，调整织构化图案的间距和喷涂工艺参数，以使不同织构化图案的加工密度相同；

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深度为30微米-120微米，织构直径为35微米-65微米。

进一步地，在步骤1)中所制备织构化图案的深度为35微米、55微米、 75微米、95微米和115微米中的任一者，织构直径为40微米、50微米和60 微米中的任一者。

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下述任一者：

织构化图案的直径为40微米、深度为35微米、间距为60微米时，激光功率为16W，扫描速度为700mm/s，频率为20HZ，加工次数为1次；织构化图案的直径为50微米、深度为35微米、间距为75微米时，激光功率为 16W，扫描速度为700mm/s，频率为20HZ，加工次数为1次；织构化图案的直径为60微米、深度为35微米、间距为90微米时，激光功率为16W，扫描速度为700mm/s，频率为20HZ，加工次数为1次；

织构化图案的直径为40微米、深度为55微米、间距为60微米时，激光功率为12W，扫描速度为800mm/s，频率为20HZ，加工次数为2次；织构化图案的直径为50微米、深度为55微米、间距为75微米时，激光功率为 12W，扫描速度为800mm/s，频率为20HZ，加工次数为2次；织构化图案的直径为60微米、深度为55微米、间距为90微米时，激光功率为12W，扫描速度为800mm/s，频率为20HZ，加工次数为2次；

织构化图案的直径为40微米、深度为75微米、间距为60微米时，激光功率为14W，扫描速度为600mm/s，频率为20HZ，加工次数为2次；织构化图案的直径为50微米、深度为75微米、间距为75微米时，激光功率为 14W，扫描速度为600mm/s，频率为20HZ，加工次数为2次；织构化图案的直径为60微米、深度为75微米、间距为90微米时，激光功率为14W，扫描速度为600mm/s，频率为20HZ，加工次数为2次；