CN102888579A - 一种BaTiO3智能涂层的制备方法和BaTiO3智能涂层 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种BaTiO₃智能涂层的制备方法，包括：在一基底表面上形成BaTiO₃陶瓷涂层。对所述BaTiO₃陶瓷涂层进行极化处理，使所述BaTiO₃陶瓷涂层具有压电效应。则得到的BaTiO₃智能涂层具有压电传感器的功能，可以对BaTiO₃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。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BaTiO₃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。

Description

一种BaTiO3智能涂层的制备方法和BaTiO3智能涂层

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BaTiO₃智能涂层的制备方法和BaTiO₃智能涂层。 

背景技术

为了提高零件表面的耐磨性，通常在零件的表面制备一涂层。现有零件表面上的涂层在服役时，若其动态损伤无法感知，则无法掌控涂层的磨损状态。 

当前的涂层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涂层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，则说明涂层失效，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，不能判断涂层的临界失效状态，故无法建立可动态监测并控制涂层失效的掌控机制。 

由于智能传感元件可以实时监控涂层的磨损状态，因此，在涂层中嵌入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BaTiO₃智能涂层的制备方法和BaTiO₃智能涂层，该BaTiO₃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BaTiO₃智能涂层的制备方法，包括： 

在一基底表面上形成BaTiO₃陶瓷涂层； 

对所述BaTiO₃陶瓷涂层进行极化处理，使所述BaTiO₃陶瓷涂层具有压电效应。 

优选的，所述在一基底表面上形成BaTiO₃陶瓷涂层，包括： 

通过超音速等离子喷涂工艺在所述基底表面上形成BaTiO₃陶瓷涂层。 

优选的，所述超音速等离子喷涂工艺的喷涂电压为110V～130V，喷涂电流为430A～450A，喷涂功率为45kW～65kW喷涂距离为90mm～110mm。 

优选的，对所述BaTiO₃陶瓷涂层进行极化处理，包括： 

将所述BaTiO₃陶瓷涂层放入极化电场中，在100℃～180℃的范围内对所述BaTiO₃陶瓷涂层极化处理，持续15min～30min。 

优选的，所述方法还包括： 

在所述BaTiO₃陶瓷涂层表面上形成第一电极，所述基底为第二电极，所述第一电极和第二电极构成所述BaTiO₃智能涂层的电流导出电极； 

将所述BaTiO₃陶瓷涂层烘干。 

优选的，在一基底表面上形成BaTiO₃陶瓷涂层之前，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。 

优选的，所述喷砂工艺包括： 

以棕刚玉为砂料，喷砂气压为0.5MPa～1MPa，喷砂角度为30°～60°，喷砂距离为130mm～160mm。 

一种BaTiO₃智能涂层，包括： 

基底，所述基底为任意形状的基底； 

BaTiO₃陶瓷涂层，所述BaTiO₃涂层覆盖在所述基底表面上。 

优选的，所述BaTiO₃智能涂层还包括： 

第一电极，所述第一电极设置在所述BaTiO₃陶瓷涂层表面上。 

由于本申请所提供的一种BaTiO₃智能涂层的制备方法，包括在一基底表面上形成BaTiO₃陶瓷涂层，并对所述BaTiO₃陶瓷涂层进行极化处理，使所述BaTiO₃陶瓷涂层成为具有压电效应的涂层。则得到的BaTiO₃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BaTiO₃智能涂层）的磨损状态实时监控、反馈，因此无需再粘贴传感器。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BaTiO₃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。 

另外，所述BaTiO₃陶瓷涂层作为基底（零件）表面涂层，本身即可以提高零件的耐磨性。 

附图说明

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1为本发明实施例所提供的一种BaTiO₃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BaTiO₃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BaTiO₃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BaTiO₃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BaTiO₃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BaTiO₃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一种BaTiO₃智能涂层的示意图。 

具体实施方式

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BaTiO₃智能涂层的制备方法，如图1所示，包括： 

在一基底表面上形成BaTiO₃陶瓷涂层。 

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。 

对所述BaTiO₃陶瓷涂层进行极化处理，使所述BaTiO₃陶瓷涂层具有压电效应，则所述BaTiO₃陶瓷涂层可以对其自身损伤产生电信号。 

由于本申请所提供的一种BaTiO₃智能涂层的制备方法，包括在一基底表面上形成BaTiO₃陶瓷涂层，并对所述BaTiO₃陶瓷涂层进行极化处理，使所述BaTiO₃陶瓷涂层成为具有压电效应的涂层。则得到的BaTiO₃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BaTiO₃智能涂层）的磨损状态实时监控、反馈，因此无需再粘贴传感器。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BaTiO₃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BaTiO₃智能涂层具有压电传感器的作用，则在收集BaTiO₃智能涂层自身产生微断裂时，所述BaTiO₃智能涂层由于受力变化在上下两个表面产生等量的正负电荷，即所述BaTiO₃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。 

另外，所述BaTiO₃陶瓷涂层作为基底（零件）表面涂层，本身即可以提高零件的耐磨性。 

本发明另一实施例公开了另一种BaTiO₃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BaTiO₃陶瓷涂层，所述BaTiO₃陶瓷涂层的厚度在150μm以下，优选的，所述BaTiO₃陶瓷涂层的厚度为100μm或更小，以使得在对元件厚度有特殊要求的场合，使用所述BaTiO₃智能涂层的元件成为可能。 

对所述BaTiO₃陶瓷涂层进行极化处理，使所述BaTiO₃陶瓷涂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BaTiO₃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基底表面上形成BaTiO₃陶瓷涂层。 

其中，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。 

具体的，本实施例中，所述超音速等离子喷涂工艺的喷涂电压为110V～130V，优选为120V；喷涂电流为430A～450A，优选为440A；喷涂功 率为45kW～65kW，优选为50kW；喷涂距离为90mm～110mm，优选为100mm。所述BaTiO₃陶瓷涂层与基底之间存在微冶金结合，则使得涂层与基底之间的结合更加牢固。 

对所述BaTiO₃陶瓷涂层进行极化处理，使所述BaTiO₃陶瓷涂层具备压电效应，具体包括： 

将所述BaTiO₃陶瓷涂层放入极化电场中，在100℃～180℃的范围内对所述BaTiO₃陶瓷涂层极化处理，持续15min～30min，优选的，上述温度范围控制在130℃～150℃，极化时间为20min～25min。 

本发明又一实施例公开了又一种BaTiO₃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BaTiO₃陶瓷涂层； 

在所述BaTiO₃陶瓷涂层表面上形成第一电极，所述基底为第二电极，所述第一电极和第二电极构成所述BaTiO₃智能涂层的电流导出电极； 

将所述BaTiO₃陶瓷涂层烘干，所述烘干过程，烘干温度为100℃～150℃，优选为125℃，烘干时间为10min～30min，优选为20min； 

对所述BaTiO₃陶瓷涂层进行极化处理，使所述BaTiO₃陶瓷涂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BaTiO₃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BaTiO₃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，所述第一电极的厚度为5μm左右，通过涂覆工艺形成在所述BaTiO₃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，所以所述基底可以作为用于导出BaTiO₃智能涂层产生电流的第二电极。 

本发明又一实施例公开了又一种BaTiO₃智能涂层的制备方法，如图5所示，包括： 

提供一基底； 

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BaTiO₃陶瓷涂层； 

在所述BaTiO₃陶瓷涂层表面上形成第一电极，所述基底为第二电极； 

将所述BaTiO₃陶瓷涂层烘干，所述烘干过程中，烘干温度为120℃，烘干时间为20min； 

对所述BaTiO₃陶瓷涂层进行极化处理，使所述BaTiO₃陶瓷涂层成为具有压电效应的涂层。 

即，在一基底表面上形成BaTiO₃陶瓷涂层之前，还包括：对所述基底表面进行预处理的过程。 

具体的，所述预处理包括： 

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0.5MPa～1MPa，优选为0.8MPa，喷砂角度为30°～60°，优选为45°，喷砂距离为130mm～160mm，优选为145mm。 

本发明又一实施例公开了又一种BaTiO₃智能涂层的制备方法，如图6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BaTiO₃陶瓷粉料自主造粒，使所述BaTiO₃陶瓷粉料的粒径均匀，且所述BaTiO₃陶瓷粉料的粒径达到40μm～70μm。 

将经过自主造粒的BaTiO₃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。所述喷涂过程中，喷涂电流为430A，喷涂电压为130V，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0.5m³/h，喷涂距离为100mm，使得涂层厚度控制在100μm。 

喷涂结束后，对所述BaTiO₃陶瓷涂层的表面进行检查，去除边缘的毛刺、清洗不净等缺陷。然后用高阻摇表对所述BaTiO₃陶瓷涂层逐一检查，将电阻太小的剔出，以保证BaTiO₃陶瓷涂层能够达到合格的极化度。 

将所述BaTiO₃陶瓷涂层的电极面标出正极和负极(一般情况下，所述BaTiO₃陶瓷涂层的上表面为正极，涂层与基体的结合面为负极，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（100℃～180℃）预热过的BaTiO₃陶瓷涂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左右)，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BaTiO₃智能涂层。 

从极化槽中取出BaTiO₃智能涂层，并用甲苯或四氯化碳或煤油清洗所述BaTiO₃智能涂层，用药棉擦拭干净。 

本发明又一实施例公开了一种BaTiO₃智能涂层，如图7所示，包括： 

基底1，所述基底1为任意形状的基底，即所述基底1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； 

BaTiO₃智能涂层2，所述BaTiO₃智能涂层2覆盖在所述基底1表面上，同时，所述BaTiO₃智能涂层2具有压电传感器的功能。 

由于本申请所提供的一种BaTiO₃智能涂层具有压电传感器的作用，因此无需再粘贴传感器。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BaTiO₃智能涂层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BaTiO₃智能涂层具有压电传感器的作用，则在收集涂层微断裂时，所述BaTiO₃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。 

另外，所述BaTiO₃智能涂层为零件表面涂层，可以提高零件的耐磨性。 

另外，所述BaTiO₃智能涂层还包括： 

第一电极3，所述第一电极3设置在所述BaTiO₃智能涂层2表面上，所述基底1为第二电极，且所述第一电极和第二电极为所述BaTiO₃智能涂层2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，已将所述电流导出。 

优选的，所述第一电极3为金电极，以提高导电性，降低电流的损耗。 

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。 

Claims (10)

1.一种BaTiO₃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BaTiO₃陶瓷涂层；

对所述BaTiO₃陶瓷涂层进行极化处理，使所述BaTiO₃陶瓷涂层具有压电效应。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述在一基底表面上形成BaTiO₃陶瓷涂层，包括：

通过超音速等离子喷涂工艺在所述基底表面上形成BaTiO₃陶瓷涂层。

3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述超音速等离子喷涂工艺的喷涂电压为110V～130V，喷涂电流为430A～450A，喷涂功率为45kW～65kW喷涂距离为90mm～110mm。

4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，对所述BaTiO₃陶瓷涂层进行极化处理，包括：

将所述BaTiO₃陶瓷涂层放入极化电场中，在100℃～180℃的范围内对所述BaTiO₃陶瓷涂层极化处理，持续15min～30min。

5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，还包括：

在所述BaTiO₃陶瓷涂层表面上形成第一电极，所述基底为第二电极，所述第一电极和第二电极构成所述BaTiO₃智能涂层的电流导出电极；

将所述BaTiO₃陶瓷涂层烘干。

6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，在一基底表面上形成BaTiO₃陶瓷涂层之前，还包括：

对所述基底表面进行预处理，得到粗糙的基底表面。

7.根据权利要求6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。

8.根据权利要求7所述方法，其特征在于，所述喷砂工艺包括：

以棕刚玉为砂料，喷砂气压为0.5MPa～1MPa，喷砂角度为30°～60°，喷砂距离为130mm～160mm。

9.一种BaTiO₃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；

BaTiO₃陶瓷涂层，所述BaTiO₃涂层覆盖在所述基底表面上。

10.根据权利要求9所述BaTiO₃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BaTiO₃陶瓷涂层表面上。 

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