专利名称：一种PbTiO3智能涂层的制备方法和PbTiO3智能涂层的制作方法
技术领域：
本发明涉及表面涂层技术领域，更具体地说，涉及一种PbTi03智能涂层的制备方法和PbTi03智能涂层。
背景技术：
现有零件表面在服役时，若其动 态损伤无法感知，则无法掌控零件表面的磨损状态。当前的零件表面疲劳磨损试验多以震动、摩擦系数、温度等因素的变化作为评估零件表面磨损状态的判断依据。当选定判断因素的实际值超过了预设的门槛值，则说明零件表面失效，然后对失效件进行断口分析，通过经验或经典理论反向推断出失效机理。但是这种以“事后判断”为主的失效行为与机理研究，不能判断零件表面的临界失效状态，故无法建立可动态监测并控制零件表面失效的掌控机制。由于智能传感元件可以实时监控零件表面的磨损状态，因此,在零件表面上设置智能传感单元便成了人们的首选。当前常用的一种智能传感单元是压电传感器，所述压电传感器是利用压电材料的压电效应制备的。在压电传感器在应用到机械设备的过程中，需要将压电传感器粘贴到设备(或零件)上。但是，由于一些机械设备的结构复杂或工作环境恶劣，使得所述压电传感器与设备间的结合度差，造成了压电传感器的检测精度差，甚至脱落的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种PbTi03智能涂层的制备方法和PbTi03智能涂层，该PbTi03智能涂层的方法能够极大地提高传感器与设备基底间的结合强度，进而避免压电传感器的检测精度差，甚至脱落的问题。。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案一种PbTi03智能涂层的制备方法，包括在一基底表面上形成打底层；在所述打底层表面上形成PbTi03传感层；对所述PbTi03传感层进行极化处理，使所述PbTi03传感层具有压电效应。优选的，所述在一基底表面上形成打底层，包括通过超音速等离子喷涂工艺在所述基底表面上形成打底层。优选的，所述打底层的制作材料为镍铝合金。优选的，所述在所述打底层表面上形成PbTi03传感层，包括通过超音速等离子喷涂工艺在所述打底层表面上形成PbTi03传感层。优选的，所述方法还包括在所述PbTi03传感层表面上形成耐磨层。
优选的，所述PbTi03传感层表面上形成耐磨层，包括 通过超音速等离子喷涂工艺在所述PbTi03传感层表面上形成耐磨层。优选的，，所述耐磨层的制作材料为FeCrBSi合金。优选的，所述方法还包括在所述PbTi03传感层表面上形成第一电极，所述基底或打底层为第二电极，所述第一电极和第二电极构成所述PbTi03智能涂层的电流导出电极；烘干。优选的,在一基底表面上形成打底层之前,还包括对所述基底表面进行预处理，得到粗糙的基底表面。 优选的,所述预处理包括采用喷砂工艺处理所述基底表面。一种PbTi03智能涂层，包括基底，所述基底为任意形状的基底；打底层，所述打底层覆盖在所述基底表面上；PbTi03传感层，所述PbTi03传感层覆盖在所述打底层表面上。优选的，所述PbTi03智能涂层还包括耐磨层，所述耐磨层覆盖在所述PbTi03传感层表面上。优选的，所述PbTi03智能涂层还包括第一电极，所述第一电极设置在所述PbTi03传感层表面上。由于本申请所提供的一种PbTi03智能涂层的制备方法，包括在一基底表面上形成打底层，在所述打底层表面上形成PbTi03传感层，对所述PbTi03传感层进行极化处理，使所述PbTi03传感层具有压电效应。则得到的PbTi03智能涂层具有压电传感器的功能，可以对基底表面(即零件表面)的磨损状态实时监控、反馈，因此无需再粘贴传感器。并且，所述PbTi03传感层与基底之间设置有打底层，则所述PbTi03传感层与基底间具有很强的结合度。与现有的通过粘贴来结合的传感器和基底相比，本申请所提供的PbTi03智能涂层的制备方法可以避免传感器和基底之间粘合度差的问题。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I为本发明实施例所提供的一种PbTi03智能涂层制备方法的流程示意图；图2为本发明实施例所提供的另一种PbTi03智能涂层制备方法的流程示意图；图3为本发明实施例所提供的又一种PbTi03智能涂层制备方法的流程示意图；图4为本发明实施例所提供的又一种PbTi03智能涂层制备方法的流程示意图；图5为本发明实施例所提供的又一种PbTi03智能涂层制备方法的流程示意图；图6为本发明实施例所提供的又一种PbTi03智能涂层制备方法的流程示意图；图7为本发明实施例所提供的又一种PbTi03智能涂层制备方法的流程示意图8本发明实施例所提供的一种PbTi03智能涂层的示意图；图9本发明实施例所提供的另一种PbTi03智能涂层的不意图。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。本发明实施例公开了一种PbTi03智能涂层的制备方法，如图I所示，包括
在一基底表面上形成打底层。所述基底为金属基底，优选为45#钢，即所述基底可以为蒸汽透平机、压缩机、泵的运动零件，还可为齿轮、轴、活塞销等零件(零件需经高频或火焰表面淬火)，并可以为铸件；或者，所述基底为铜基底或铝基底，以适应其他场合应用的部件。在所述打底层表面上形成PbTi03传感层。对所述PbTi03传感层进行极化处理，使所述PbTi03传感层具有压电效应，则所述PbTi03传感层可以对基底表面和PbTi03传感层自身的损伤产生电信号。由于本申请所提供的PbTi03智能涂层的制备方法，包括在一基底表面上形成打底层，在所述打底层表面上形成PbTi03传感层，对所述PbTi03传感层进行极化处理，使所述PbTi03传感层具有压电效应。则得到的PbTi03智能涂层具有压电传感器的功能，可以对基底表面(即零件表面)和PbTi03智能涂层自身的磨损状态实时监控、反馈，因此无需再粘贴传感器。并且，所述PbTi03传感层与基底之间设置有打底层，即所述PbTi03传感层通过打底层与所述基底结合，则所述PbTi03传感层与基底间具有很强的结合度。与现有的通过粘贴来结合的传感器和基底相比，本申请所提供的PbTi03智能涂层的制备方法可以避免传感器和基底之间粘合度差的问题。并且，由于所述PbTi03智能涂层具有压电传感器的作用，则在收集基底表面微断裂时，所述PbTi03智能涂层发出的电流可以作为特征信号来完成对基底表面临界失效状态的判断，即对基底表面状态的判断模式为“完整…较完整…未失效…临界失效…失效”的多选式的连续判断模式，即可完成对基底表面的失效演变过程的实时、在线和动态掌握。本发明另一实施例公开了另一种PbTi03智能涂层的制备方法，如图2所示，包括在一 45#钢基底表面上形成打底层，在所述打底层表面上形成PbTi03传感层，所述PbTi03传感层的厚度在150 μ m以下，优选的，所述PbTi03传感层的厚度为100 μ m或更小，以使得在对元件厚度有特殊要求的场合，使用所述PbTi03智能涂层的元件成为可能。对所述PbTi03传感层进行极化处理，使所述PbTi03传感层成为具有压电效应的涂层。本发明又一实施例公开了又一种PbTi03智能涂层的制备方法，如图3所示，包括通过超音速等离子喷涂工艺在一金属基底表面上形成打底层，所述打底层的制作材料为镍招合金。具体的，本实施例中，所述形成打底层的超音速等离子喷涂工艺，包括喷涂电压为IlOV 130V，优选为120V ;喷涂电流为370A 400A，优选为385A ;喷涂功率为30kW 50kW，优选为40kW ;喷涂距离为100mnTl20mm，优选为110mm。通过超音速等离子喷涂工艺在所述打底层表面上形成PbTi03传感层。具体的，本实施例中，所述形成PbTi03传感层的超音速等离子喷涂工艺，包括喷涂电压为110广13(^，优选为120V ;喷涂电流为350A 380A，优选为365A ;喷涂功率为35kW 55kW，优选为45kW ;喷涂距离为90mnTl 10mm，优选为100mm。所述PbTi03传感层与打底层之间存在微冶金结合，则所述PbTi03传感层与打底层之间有很强的结合度。而且所述打底层与基底之间也有很强的结合度。相应的，所述 PbTi03传感层与基底之间的结合会更加牢固。对所述PbTi03传感层进行极化处理，使所述PbTi03传感层具备压电效应，具体包括将所述PbTi03传感层放入极化电场中，极化温度为180°C 200°C、极化电场强度为2. 4KV/mnT2. 6KV/mm,对所述PbTi03传感层极化处理,持续15min 20min。优选的，上述极化温度控制在190°C，极化时间为18min。需要说明的是，超音速等离子喷涂工艺属于热喷涂工艺中的一种，是制备表面涂层的重要工艺。通过超音速等离子喷涂工艺过程中，会产生较高温度的等离子火焰流，可以将各种喷涂材料加热至熔融状态。不但可以制备高质量的金属和合金涂层，还可以制备高熔点的陶瓷和金属陶瓷涂层，从而大大提高涂层的耐磨性。本发明又一实施例公开了又一种PbTi03智能涂层的制备方法，如图4所示，包括在一基底表面上形成打底层。所述基底为金属基底，优选为45#钢，即所述基底可以为蒸汽透平机、压缩机、泵的运动零件，还可为齿轮、轴、活塞销等零件(零件需经高频或火焰表面淬火)，并可以为铸件；或者，所述基底为铜基底或铝基底，以适应其他场合应用的部件。在所述打底层表面上形成PbTi03传感层。在所述PbTi03传感层表面上形成耐磨层。所述耐磨层的制作材料为FeCrBSi合金，是通过超音速等离子喷涂工艺形成的，其中，喷涂电压为IlOV 130V，优选为120V ;喷涂电流为410A 430A，优选为420A ;喷涂功率为35kW 55kW，优选为45kW ;喷涂距离为90mnTl00mm，优选为95mm。所述FeCrBSi合金价格便宜，与PbTi03传感层的结合度好，且耐磨性好，所述以所述FeCrBSi合金作为耐磨层的制作材料，可以进一步的增大零件表面的耐磨性，且不易脱落。对所述PbTi03传感层进行极化处理，使所述PbTi03传感层具有压电效应，则所述PbTi03传感层可以对耐磨层的损伤产生电信号。由于所述PbTi03智能涂层具有压电传感器的作用，则在收集零件表面涂层(耐磨层)微断裂时，所述PbTi03智能涂层发出的电流可以作为特征信号来完成对涂层临界失效状态的判断，即对涂层状态的判断模式为“完整…较完整…未失效…临界失效…失效”的多选式的连续判断模式，即可完成对涂层的失效演变过程的实时、在线和动态掌握。本发明又一实施例公开了又一种PbTi03智能涂层的制备方法，如图5所示，包括在一基底表面上形成打底层；在所述打底层表面上形成PbTi03传感层；在所述PbTi03传感层表面上形成耐磨层；在所述PbTi03传感层表面上形成第一电极，所述基底或打底层为第二电极，所述第一电极和第二电极构成所述PbTi03智能涂层的电流导出电极；对所述PbTi03传感层进行极化处理，使所述PbTi03传感层具有压电效应，则所述PbTi03传感层可以对涂层的损伤产生电信号； 烘干，在烘干过程中，烘干温度为100°C 150°C，优选为120°C，烘干时间在15min以上，优选为20min ；对所述PbTi03传感层进行极化处理，使所述PbTi03传感层成为具有压电效应的涂层。其中，所述第一电极和第二电极为所述PbTi03智能涂层对涂层损伤产生的电流的导出电极。具体的，由于所述PbTi03智能涂层产生的电流值较小，则所述第一电极优选为金电极，以提高导电性，降低电流的损耗。所述第一电极通过涂覆工艺形成在所述PbTi03智能涂层表面上，为了使所述金电极的厚度更均匀，则优选的分三次涂覆形成所述金电极。并且由于所述基底为金属基底，所述打底层为镍铝合金层，则所述基底或打底层可以作为用于导出PbTi03智能涂层产生电流的第二电极。需要说明的是，所述第一电极还可以根据实际需求选用银电极或铝电极，具体材料不做任何限定，本实施例中为了取得更优的导电能力，故选用金电极。并且，所述第一电极设置在所述涂层的非磨损部位，以避免由于基底涂层磨损对所述第一电极的影响。本发明又一实施例公开了又一种PbTi03智能涂层的制备方法，如图6所示，包括提供一基底，并对所述基底表面进行预处理，得到粗糙的基底表面；在所述基底表面上形成打底层；在所述打底层表面上形成PbTi03传感层；在所述PbTi03传感层表面上形成耐磨层；在所述PbTi03传感层表面上形成第一电极，所述基底或打底层为第二电极；烘干，所述烘干过程中，烘干温度为120°C，烘干时间为20min ；对所述PbTi03传感层进行极化处理，使所述PbTi03传感层成为具有压电效应的涂层。具体的，对所述基底表面进行预处理的过程，包括采用喷砂工艺处理所述基底表面，在所述喷砂工艺中，以棕刚玉为砂料，所述棕刚玉的粒度为15目 30目，优选为20目，喷砂气压为O. 5MPa IMPa，优选为O. 8MPa，喷砂角度为30。 60°，优选为45。，喷砂距离为130mnTl60mm,优选为145_。所述预处理过程可以增大基底的粗糙度，使所述打底层与基底之间的结合度更闻。本发明又一实施例公开了又一种PbTi03智能涂层的制备方法，如图7所示，包括提供基底，并对所述基底进行淬火处理，以提高所述基底的硬度，并使所述基底的硬度达到HRC55左右。用棕刚玉对所述基底表面进行喷砂处理，使所述基底表面具有一定的粗糙度。对镍铝合金、PbTi03陶瓷粉料和FeCrBSi合金自主造粒，使所述镍铝合金、PbTi03陶瓷粉料和FeCrBSi合金的粒径均匀，且所述镍铝合金、PbTi03陶瓷粉料和FeCrBSi合金的粒径均达到40 μ πΓ70 μ m。将经过自主造粒的BaTi03陶瓷粉料放入送粉器，调整送粉量，使送粉量为30g/ min，对上述经过喷砂处理的基底表面进行喷涂。具体的，首先在所述基底表面喷涂镍铝合金打底层。所述喷涂过程中，喷涂电流为380A，喷涂电压为110V，喷涂功率为41. 8kff,喷涂主气为氩气，且所述喷涂主气的流速为3. Om3A,并辅助以氢气作为辅助气体，且所述辅助气体的流速为O. 25m3/h,喷涂距离为
IIOmm,使得打底层厚度控制在60 μ m。然后，在所述打底层表面上喷涂PbTi03传感层。所述喷涂过程中，喷涂电流为360A，喷涂电压为120V，喷涂功率为43. 2kff,喷涂主气为氩气，且所述喷涂主气的流速为3. 2m3/h,并辅助以氢气作为辅助气体，且所述辅助气体的流速为O. 3m3/h,喷涂距离为100mm,使得PbTi03传感层厚度控制在150 μ m。最后，在所述PbTi03传感层表面上喷涂FeCrBSi合金耐磨层。所述喷涂过程中，喷涂电流为430A，喷涂电压为120V，喷涂功率为51. 6kff,喷涂主气为氩气，且所述喷涂主气的流速为2. 8m3/h,并辅助以氢气作为辅助气体，且所述辅助气体的流速为O. 4m3/h,喷涂距离为100mm，使得FeCrBSi合金耐磨层厚度控制在300 μ m。喷涂结束后，进行检查，去除边缘的毛刺、清洗不净等缺陷。然后用高阻摇表逐一检查，将电阻太小的剔出，以保证PbTi03传感层能够达到标准的极化度。将所述PbTi03传感层的电极面标出正极和负极(一般情况下，所述PbTi03传感层的上表面为正极，涂层与打底层的结合面为负极，此外，还可以根据其他具体情况相应调整)。过滤或更换绝缘油，以保证极化槽和极化油及极化板的清洁。把动圈式温度调节仪的指控针调至极化温度点，通过加热极化槽，使油温升至所需要的极化温度。时间继电器调至需要极化的时间(15min"30min)。将按极化温度预热过的PbTi03传感层放在极化槽的正负电极之间，关好极化室的门。按通整流器部分低压电源开关，预热几分钟后打开高压开关，此时，时间继电器开始计时。缓慢的升高正负电极之间的电压值，从2500V开始，每100V或200V为一档，一直到预设数值(5000V)，极化时间一到，高压开关自动断开，则极化结束后，形成的涂层为PbTi03智能涂层。从极化槽中取出PbTi03智能涂层，并用甲苯或四氯化碳或煤油清洗所述PbTi03智能涂层，用药棉擦拭干净。本发明又一实施例公开了一种PbTi03智能涂层，如图8所示，包括基底I，所述基底I为任意形状的基底，即所述基底I可以为任意形状的零件，且所述基底为金属基底，优选为45#钢，即所述基底可以为蒸汽透平机、压缩机、泵的运动零件，还可为齿轮、轴、活塞销等零件(零件需经高频或火焰表面淬火)，并可以为铸件；或者，所述基底为铜基底或铝基底，以适应其他场合应用的部件；打底层2，所述打底层2覆盖在所述基底I表面上，且所述打底层2优选为镍铝合
金层；PbTi03传感层3，所述PbTi03传感层3覆盖在所述打底层2表面上，并且，所述PbTi03传感层3具有压电效应。由于本申请所提供的一种PbTi03智能涂层中，所述PbTi03传感层3具有压电效应，则所述PbTi03智能涂层具有压电传感器的作用，可以对基底表面和PbTi03智能涂层自身的磨损状态实时监控、反馈，因此无需再粘贴传感器。并且，所述PbTi03传感层与基底之间设置有打底层，则所述PbTi03传感层与基底间具有很强的结合度。与现有的通过粘贴来结合的传感器和基底相比，本申请所提供的PbTi03智能涂层的制备方法可以避免传感器 和基底之间粘合度差的问题。并且，由于所述PbTi03智能涂层具有压电传感器的作用，则在收集基底表面微断裂时，所述PbTi03智能涂层发出的电流可以作为特征信号来完成对基底表面临界失效状态的判断，即对基底表面状态的判断模式为“完整…较完整…未失效…临界失效…失效”的多选式的连续判断模式，即可完成对基底表面的失效演变过程的实时、在线和动态掌握。另外，所述PbTi03智能涂层还包括第一电极4,所述第一电极4设置在所述PbTi03传感层3表面上,所述基底I或打底层2为第二电极，且所述第一电极和第二电极为所述PbTi03智能涂层对涂层损伤产生的电流的导出电极。此外，所述第一电极和第二电极还需要连接引线，以将所述电流导出。优选的，所述第一电极4为金电极，以提高导电性，降低电流的损耗。并且，所述第一电极4设置在所述涂层的非磨损部位，以避免由于基底涂层磨损对所述第一电极的影响。本发明又一实施例公开了另外一种PbTi03智能涂层，如图9所示，包括基底11，所述基底I为任意形状的基底；打底层12，所述打底层12覆盖在所述基底11表面上；PbTi03传感层13，所述PbTi03传感层13覆盖在所述打底层12表面上，并且，所述PbTi03传感层3具有压电传感器的功能；耐磨层14，所述耐磨层14覆盖在所述PbTi03传感层13表面上。所述耐磨层14优选为FeCrBSi合金层,所述FeCrBSi合金价格便宜，与PbTi03传感层的结合度好，且耐磨性好，所述以所述FeCrBSi合金作为耐磨层的制作材料，可以进一步的增大零件表面的耐磨性，且不易脱落。并且，由于所述PbTi03智能涂层具有压电传感器的作用，而耐磨层14作为零件最外侧的涂层(即会磨损损伤的层)，则在收集零件表面涂层(耐磨层)微断裂时，所述PbTi03智能涂层发出的电流可以作为特征信号来完成对涂层临界失效状态的判断，即对涂层状态的判断模式为“完整…较完整…未失效…临界失效…失效”的多选式的连续判断模式，即可完成对涂层的失效演变过程的实时、在线和动态掌握。第一电极15,所述第一电极15设置在所述PbTi03传感层13表面上,且位于所述涂层的非磨损部位，以避免由于基底涂层磨损对所述第一电极15的影响。所述基底11或打底层12为第二电极，且所述第一电极15和第二电极为所述PbTi03智能涂层对涂层损伤产生的电流的导出电极。此外，所述第一电极15和第二电极还需要连接引线，以将所述电流导出。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
权利要求
1.一种PbTi03智能涂层的制备方法，其特征在于，包括 在一基底表面上形成打底层； 在所述打底层表面上形成PbTi03传感层； 对所述PbTi03传感层进行极化处理，使所述PbTi03传感层具有压电效应。
2.根据权利要求I所述方法，其特征在于，所述在一基底表面上形成打底层，包括 通过超音速等离子喷涂工艺在所述基底表面上形成打底层。
3.根据权利要求I所述方法，其特征在于，所述打底层的制作材料为镍铝合金。
4.根据权利要求I所述方法，其特征在于，所述在所述打底层表面上形成PbTi03传感层，包括 通过超音速等离子喷涂工艺在所述打底层表面上形成PbTi03传感层。
5.根据权利要求I所述方法，其特征在于，还包括 在所述PbTi03传感层表面上形成耐磨层。
6.根据权利要求5所述方法，其特征在于，在所述PbTi03传感层表面上形成耐磨层，包括 通过超音速等离子喷涂工艺在所述PbTi03传感层表面上形成耐磨层。
7.根据权利要求5所述方法，其特征在于，所述耐磨层的制作材料为FeCrBSi合金。
8.根据权利要求I所述方法，其特征在于，还包括 在所述PbTi03传感层表面上形成第一电极，所述基底或打底层为第二电极，所述第一电极和第二电极构成所述PbTi03智能涂层的电流导出电极； 烘干。
9.根据权利要求I所述方法，其特征在于，在一基底表面上形成打底层之前，还包括 对所述基底表面进行预处理，得到粗糙的基底表面。
10.根据权利要求9所述方法，其特征在于，所述预处理包括采用喷砂工艺处理所述基底表面。
11.一种PbTi03智能涂层，其特征在于，包括 基底，所述基底为任意形状的基底； 打底层，所述打底层覆盖在所述基底表面上； PbTi03传感层，所述PbTi03传感层覆盖在所述打底层表面上。
12.根据权利要求11所述PbTi03智能涂层，其特征在于，还包括 耐磨层，所述耐磨层覆盖在所述PbTi03传感层表面上。
13.根据权利要求11所述PbTi03智能涂层，其特征在于，还包括 第一电极，所述第一电极设置在所述PbTi03传感层表面上。
全文摘要
本发明实施例公开了一种PbTiO3智能涂层的制备方法，包括在一基底表面上形成打底层，在所述打底层表面上形成PbTiO3传感层，对所述PbTiO3传感层进行极化处理，使所述PbTiO3传感层具有压电效应。则得到的PbTiO3智能涂层具有压电传感器的功能，可以对基底表面和PbTiO3智能涂层自身的磨损状态实时监控、反馈，因此无需再粘贴传感器。并且，所述PbTiO3传感层与基底之间设置有打底层，则所述PbTiO3传感层与基底间具有很强的结合度。与现有的通过粘贴来结合的传感器和基底相比，本申请所提供的PbTiO3智能涂层的制备方法可以避免传感器和基底之间粘合度差的问题。
文档编号G01N3/56GK102879289SQ20121036379
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月26日 优先权日2012年9月26日
发明者王海斗, 邢志国, 徐滨士, 卢晓亮, 朱丽娜, 周新远, 马国政 申请人:中国人民解放军装甲兵工程学院