[发明专利]一种小型复杂型面零部件涂层配伍优化设计方法

说明书

本发明涉及一种小型复杂型面零部件涂层配伍优化设计方法，属于热喷涂技术领域。在切向功能梯度涂层设计方法指导下，将切向功能梯度涂层各位置处复合比的独立约束整合为均质涂层整个复杂型面复合比的综合约束，并建立相应的评价模型，从理论方法层面进行材料配伍优化，优化了传统均质涂层材料配伍，提升了涂层的整体抗冲蚀性能，解决了小型复杂零部件表面因局部冲蚀磨损严重而过早报废的问题。本发明开辟了切向功能梯度涂层设计方法在均质涂层配伍优化设计上的新应用，涂层抗冲蚀性能有效提升。

技术领域

本发明属于热喷涂技术领域，具体涉及一种小型复杂型面零部件涂层配伍优化设计方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

风机叶片广泛应用于石化、冶金与天然气输运等领域，服役中受气固两相流冲击作用，易产生冲蚀磨损损伤。利用热喷涂技术在制备脆性金属陶瓷涂层是增强表面抗冲蚀性能的重要手段之一。对于复杂型面零部件，其各位置处的冲击角度差异大，而脆性材料、塑性材料的抗冲蚀性能受冲击角度影响敏感，导致不同位置处冲蚀率迥异，涂层因局部冲蚀磨损严重而过早报废。根据不同复合比金属陶瓷涂层在不同冲击角度下的抗冲蚀性能差异，优化匹配零部件表面各位置处的复合比，制备切向功能梯度涂层，是提升复杂型面零部件抗冲蚀性能的有效手段。

发明人发现，与3D打印、激光熔覆等点增材技术不同，热喷涂是面积增材技术，其喷涂半径大，无法实现复杂型面各位置处材料配伍的逐点沉积。因此，对于小型复杂型面零部件，切向功能梯度涂层理论上可以显著提升抗冲蚀性能，而实际上无法在小型表面实现切向功能梯度涂层的制备。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种小型复杂型面零部件涂层配伍优化设计方法，利用切向功能梯度涂层设计方法，优化设计了传统均质涂层的材料配伍，降低了涂层的当量冲蚀率，提升了小型复杂型面零部件表面均质涂层的抗冲蚀性能。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面，提供了一种小型复杂型面零部件涂层配伍优化设计方法，包括：

根据复杂型面工件结构、工况条件，确定复杂型面工件表面与冲蚀粒子间冲击角度的变化规律；

根据使用工况需求选择抗冲蚀涂层材料，包括脆性材料与塑性材料；

获得涂层冲击角度-复合比-冲蚀率三者对应关系；

将复杂型面进行离散化，以各离散区域的面积为权重，与各离散区域的冲蚀率进行加权平均，建立涂层当量冲蚀率计算模型；

以冲蚀率阈值为约束条件，确定复合比的约束条件；

采用所述复合比的约束条件评估不同复合比的均质涂层的当量冲蚀率，确定优选复合比；

基于优选复合比，对小型复杂型面零部件表面进行热喷涂。

传统上，小型复杂型面零部件涂层材料配伍的优化，往往采用试错法进行试验测试，而未考虑冲击角度对冲蚀率的影响，成为制约小型零部件表面均质涂层材料配伍优化的关键。为此，本发明在切向功能梯度涂层设计方法指导下，将切向功能梯度涂层各位置处复合比的独立约束整合为均质涂层整个复杂型面复合比的综合约束，并建立相应的评价模型，从理论方法层面进行材料配伍优化，降低了均质涂层的当量冲蚀率，提升了小型复杂型面零部件表面涂层的抗冲蚀性能。

本发明的第二个方面，提供了一种小型复杂型面零部件涂层配伍优化设计系统，被配置为执行以下步骤：

根据复杂型面工件结构、工况条件，确定复杂型面工件表面与冲蚀粒子间冲击角度的变化规律；

根据使用工况需求选择抗冲蚀涂层材料，包括脆性材料与塑性材料；