CN104101531B - 针对基体表面失效的感知系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种针对基体表面失效的感知系统，包括：传感装置；和信号分析装置，用于分析所述传感装置输出的信号；所述传感装置包括敏感单元，所述敏感单元包括：覆盖在基体表面的钛酸铅涂层，用于感知和转换所述基体表面失效的信号；和设置在所述钛酸铅涂层上的第一电极，用于输出所述基体表面失效的信号；所述钛酸铅涂层由混合粉料喷涂在所述基体表面，经极化而成，所述混合粉料包括PbTiO3粉、PbO粉和Al粉。钛酸铅(PbTiO3)是一种铁电性材料，可用于制备压电传感器，本发明加入PbO粉和Al粉，可改善钛酸铅涂层的压电性能。在所述感知系统中，这种涂层能与基体紧密结合，压电信号强度高，能更好动态监测零件服役情况。
Description
技术领域
本发明涉及压电材料技术领域，特别涉及一种针对基体表面失效的感知系统。
背景技术
为了提高一些机械零件如齿轮、活塞和气缸等的耐磨性，通常在这些零件的表面设置耐磨涂层。然而，这些零件在长期服役过程中，其先天存在的原生性微缺陷仍会慢慢累积，并且可能会与后发性微损伤相互作用，最终从量变转为质变而产生致命的损坏。如果在零件质变损坏产生之前能够获得一个确定的信号，或者能够精确掌握零件微小损伤累积量变的全程，就可以尽量地避免发生事故。
当前的零件表面疲劳磨损试验多以震动、摩擦系数和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，当选定的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，然后对失效零件进行断口分析，通过经验或经典理论反向推断，从而得出失效机理。但是，这种以“事后判断”为主的失效行为与机理研究，不能准确判断零件表面的临界失效状态，无法建立可动态监测并控制零件表面失效的掌控机制。
而现有的在线监控零件表面损伤主要依靠布置可收集零件工作状态信息的压电传感器，通过整理、分析传感器输出的信号，来把握表面涂层服役状态的变化过程。其中，所述压电传感器是利用现有的压电材料如钛酸钡、钛酸铅的压电效应制备的，应用时，需要将其布置在服役涂层的周边，或者粘贴到机械设备或零件上。
但是，采用现有压电传感器来动态监测零件表面涂层服役的损伤状况，存在零件表面涂层损伤信息强度弱或失真的问题，不利于应用。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提供一种针对基体表面失效的感知系统，本发明提供的感知系统包括钛酸铅涂层，其具有更加优异的压电性能，且能与基体紧密结合，进而能提高动态监测零件表面损伤信息的强度，利于应用。
本发明提供一种针对基体表面失效的感知系统，包括：
传感装置；
和信号分析装置，用于分析所述传感装置输出的信号；
所述传感装置包括敏感单元，所述敏感单元包括：
覆盖在基体表面的钛酸铅涂层，用于感知和转换所述基体表面失效的信号；
和设置在所述钛酸铅涂层上的第一电极，用于输出所述基体表面失效的信号；
所述钛酸铅涂层由混合粉料喷涂在所述基体表面，经极化而成，所述混合粉料包括PbTiO3粉、PbO粉和Al粉。
优选的，所述PbTiO3粉、PbO粉和Al粉的质量比为(5～8)：(1～2)：(1～3)。
优选的，所述PbTiO3粉的粒度为40μm～60μm。
优选的，所述PbO粉的粒度为40μm～70μm。
优选的，所述Al粉的粒度为30μm～40μm。
优选的，所述钛酸铅涂层的厚度为45μm～55μm。
优选的，所述钛酸铅涂层还包括耐磨层。
优选的，所述钛酸铅涂层还包括打底层。
优选的，所述传感装置还包括信号放大单元，用于放大并输出所述敏感单元输出的信号。
优选的，所述传感装置还包括信号转换单元，用于转换并输出所述敏感单元或信号放大单元输出的信号。
与现有技术相比，本发明提供的感知系统主要以钛酸铅涂层为敏感单元，所述钛酸铅涂层由包括PbTiO3粉、PbO粉和Al粉的混合粉料喷涂在基体表面，经极化而成。钛酸铅(PbTiO3)是一种铁电性材料，可用于制备压电传感器。在形成涂层的过程中，会发生如下反应：PbTiO3→PbO+TiO2；本发明加入PbO粉，是为了补充铅由于挥发造成的损失，使上述反应尽可能的左移；而由于PbO在880℃以上高温条件下容易分解挥发，本发明同时还加入Al粉，其可包裹PbTiO3粉和PbO粉，这样本发明即可改善钛酸铅涂层的压电性能。在本发明所述感知系统中，这种涂层能与基体紧密结合，压电信号强度高，因而可被广泛应用在机械零件如活塞环、气缸和齿轮等上，用来更好地动态监测零件的服役情况。
附图说明
图1为本发明实施例提供的复合涂层的示意图；
图2为正压电效应的示意图；
图3为能量转化的示意图；
图4为本发明测试涂层结合强度的喷涂试样图；
图5为本发明测试涂层结合强度的拉伸试样图；
图6为本发明实施例提供的感知系统的磨损试验过程示意图；
图7为本发明所述感知系统记录的波形信号；
图8为电阻应变片记录的波形信号；
图9为本发明实施例1～6和比较例1～6提供的涂层的压电信号随极化温度变化的曲线图；
图10为本发明实施例1提供的涂层的截面形貌；
图11为本发明比较例1提供的涂层的截面形貌；
图12为本发明实施例7～11和比较例7～11提供的涂层的压电信号随极化温度变化的曲线图；
图13为本发明实施例7提供的涂层的截面形貌；
图14为本发明比较例7提供的涂层的截面形貌；
图15为本发明实施例12～15提供的涂层的压电信号图；
图16为本发明实施例16～19提供的涂层的压电信号图；
图17为本发明实施例16～19提供的涂层的孔隙率图；
图18为本发明实施例20～31提供的涂层的压电信号图；
图19为本发明实施例32～40提供的涂层的压电信号图；
图20为本发明实施例32～40提供的涂层的平均硬度图；
图21为本发明实施例41提供的涂层的截面形貌；
图22为本发明实施例41～50提供的涂层的结合强度的曲线图；
图23为本发明实施例46提供的涂层的截面形貌；
图24为本发明实施例51～60提供的涂层的压电信号随极化温度变化的曲线图；
图25为本发明实施例61～72不同喷涂手段得到的涂层的孔隙率随极化温度变化的曲线图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明提供了一种钛酸铅涂层，由混合粉料喷涂在基体表面，经极化而成，所述混合粉料包括PbTiO3粉、PbO粉和Al粉。
本发明提供的钛酸铅涂层的压电性能更加优异，并能与基体紧密结合，可作为压电涂层，更好地应用在零件服役情况的动态监测中。
形成本发明钛酸铅涂层的混合粉料包括PbTiO3粉，钛酸铅(PbTiO3)是一种铁电性材料，可用于制备压电传感器。所述PbTiO3粉为四方相钛酸铅粉末，粒度优选为40μm～60μm，更优选为45μm～55μm，粒度小于40微米的钛酸铅粉末使用时会大量烧灼，而粒度若高于60微米，则会出现未熔颗粒，影响涂层性能。并且，如果喷涂PbTiO3粉的粒度过大，流动性差，也易堵塞喷嘴，不易喷涂。所述PbTiO3粉的颗粒形状可以为圆形、椭圆形或不规则形状，优选为圆形。
在本发明中，所述混合粉料包括PbO粉。作为优选，所述PbO粉的粒度控制在40μm～70μm，更优选为50μm～60μm。所述PbO粉的颗粒形状可以为圆形、椭圆形或不规则形状，优选为圆形。
在形成涂层的过程中，会发生如下反应：PbTiO3→PbO+TiO2；
本发明加入PbO粉，是为了补充铅由于挥发造成的损失，使上述反应尽可能的左移，尽量减少副反应，保证涂层性能。
在本发明中，所述混合粉料包括Al粉。所述Al粉(铝粉)的粒度优选为30μm～40μm，更优选为33μm～38μm。所述铝粉的颗粒形状可以为圆形、椭圆形或不规则形状，优选为圆形。
由于PbO在880℃以上高温条件下容易分解挥发，本发明同时还加入Al粉，其可包裹PbTiO3粉和PbO粉，这样本发明即可改善钛酸铅涂层的压电性能。本发明制备的这种涂层能与基体紧密结合，压电信号强度高，因而可被广泛应用在活塞环、气缸和齿轮等机械零件上，用来更好地动态监测零件的服役情况。
此外，所述PbTiO3粉、PbO粉和Al粉的各个配比也有其相应的最佳作用。PbTiO3粉过多，容易造成Pb挥发量多，而太少则喷涂层性能不佳，压电涂层不致密；Al粉过多，喷涂的压电涂层信号差甚至及其微弱，太少的话粘结作用不强，不能更多的包裹压电喷涂粉末，造成喷涂效果不佳；PbO粉过多的话会使涂层的杂质变多，过少的话，PbTiO3分解较多，上述反应更容易向右进行，也会使喷涂效果很差。作为优选，所述PbTiO3粉、PbO粉和Al粉的质量比为(5～8)：(1～2)：(1～3)，如三者质量比可以为8:1:1、7:1:2、5:2:3，更优选为7:1:2，效果最佳。
在本发明中，所述钛酸铅涂层的厚度优选为45μm～100μm，更优选为50μm～60μm。涂层太薄，监测不准确。而过厚的压电涂层会出现电信号不稳定，这是因为过厚的涂层内部的大量气孔和裂纹会弱化电荷在涂层中的传输效率；并且由于涂层太厚容易形成更多的孔隙 和裂纹，也会影响涂层质量，导致涂层首先失效。另外，涂层太厚还会给喷涂过程带来一定的麻烦。
作为优选，所述钛酸铅涂层还包括耐磨层，形成既具有耐磨抗疲劳性能又具有压电传感作用的复合涂层。所述耐磨层为表面层，既能作为“装甲”，抵挡来自外界的应力接触并起到保护作用，又能作为一个电极和导体将信号输出。
所述耐磨层的制作材料优选为FeCrBSi合金，即形成铁铬硼硅涂层。所述FeCrBSi合金价格便宜，与PbTiO3的结合度好，且耐磨性好，所以优选采用所述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。所述耐磨层的厚度优选为50μm～100μm，更优选为60μm～80μm；所述耐磨层的粉料粒度优选为40μm～70μm，更优选为50μm～60μm。
本发明一个实施例提供的复合涂层如图1所示，图1为本发明实施例提供的复合涂层的示意图。在图1中，1为基体，2为压电涂层，3为耐磨层。在本实施例中，所述钛酸铅涂层包括：覆盖在基体1表面上的压电涂层2；和覆盖在压电涂层2上的耐磨层3。所述钛酸铅涂层性能优异，为一智能传感耐磨复合涂层。
作为优选，所述钛酸铅涂层还包括打底层。所述打底层设置在压电涂层与基体之间，其与PbTiO3、基体有很强的结合度。所述打底层的制作材料优选为NiAl合金或NiCr合金，更优选为NiAl合金。所述打底层的粉料粒度优选为30μm～50μm，更优选为35μm～45μm；所述打底层的厚度优选为15μm～25μm。
需要说明的是，本发明对各粉料的来源没有特殊限制，可以自主造粒获得，也可以从市场上购得。
本发明还提供了一种钛酸铅涂层的制备方法，包括以下步骤：
将混合粉料喷涂在基体表面，经极化，得到钛酸铅涂层；所述混合粉料包括PbTiO3粉、PbO粉和Al粉。
在本发明中，所述基体优选为金属基体，更优选为45#钢基体。即，所述基体可以为蒸汽透平机、压缩机、泵的运动零件，还可以为齿轮、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。或者所述基体为铜基体或铝基体，以适应其他场合应用的部件。
在对基体表面喷涂之前，本发明优选还包括对所述基体进行淬火处理，以提高所述基体的硬度，所述硬度一般达到HRC55左右。
在对基体表面喷涂之前，本发明优选还包括对其进行预处理，以 得到粗糙的基体表面，利于提高基体与涂层之间的结合度。
具体的，所述预处理包括：采用喷砂工艺处理所述基体表面，在所述喷砂工艺中，优选以棕刚玉为砂料；所述棕刚玉的粒度优选为15目～30目，更优选为16目～24目；喷砂的气压优选为0.5MPa～1MPa，更优选为0.6MPa～0.8MPa；喷砂的角度优选为30°～60°，更优选为45°；喷砂的距离优选为130mm～160mm，更优选为145mm。
在对基体表面喷涂之前，本发明优选还包括对所述基体进行热处理，使其温度达到120℃。
在预处理后的基体表面，本发明实施例首先将混合粉料喷涂形成涂层。
在本发明中，所述混合粉料包括PbTiO3粉、PbO粉和Al粉。各粉料的内容如前文所述，在此不再一一赘述。
本发明采用喷涂所述混合粉料的方式，来制备压电涂层。这样制作压电元件可避免常规应用中的粘贴过程，从而避免了由于粘贴带来的如应变传递损失、粘结剂失效和粘贴性能欠佳等缺点，使压电陶瓷阵列的可靠性得到了提高。
在本发明中，所述喷涂可以为火焰喷涂、等离子喷涂和超音速等离子喷涂等，优选为超音速等离子喷涂。
本发明所述的超音速等离子喷涂工艺是将粉末在较高温度的等离子焰流中加热到熔融状态，并高速喷打在零件表面上，当撞击零件表面时，熔融状态的球形粉末发生塑性变形，粘附于零件表面，各粉粒之间也依靠塑性变形而互相勾结起来，随着喷涂时间的增长，零件表面就获得了一定尺寸的喷涂层。
采用超音速等离子喷涂方法制备压电涂层具有一系列优点：首先，超音速等离子喷涂可控制涂层的厚度在数十微米以下，因而制成的压电涂层加上电极和引出线等的厚度可控制在100微米以内，这就使得对元件厚度有特殊要求的场合如涂层使用压电陶瓷元件成为可能，这也是采用烧结工艺制作压电元件所无法比拟的突出优点。其次，超音速等离子喷涂在大面积喷涂时生产效率较高，因此，在大面积压电陶瓷元件阵列的制作中使用喷涂技术具有十分显著的优势。
再者，喷涂层存在孔隙率高、杂质的带入和成分的散失、以及与基体结合强度不高等问题，这些问题对压电涂层的性能及使用有很大的影响。一般的等离子喷涂涂层的孔隙率大于3％，而超音速等离子喷涂涂层的孔隙率则普遍低于2％，并且其孔隙率还可通过优选工艺 参数如喷涂功率、工作气体流量和粉末粒度等继续调整降低。因此，由超音速等离子喷涂制备而得到的压电涂层不仅能与基体结合紧密，而且空隙率低、粘结性极好，容易磨削和抛光到很低的表面粗糙度，尤为重要的是压电性能更加优异。
在本发明中，所述超音速等离子喷涂的喷涂电压优选为110V～130V，更优选为120V；喷涂电流优选为430A～450A，更优选为440A；喷涂功率优选为45kW～65kW，更优选为50kW～60kW；喷涂距离优选为90mm～110mm，更优选为100mm。
喷涂完毕后，本发明实施例将所得涂层放入极化电场中进行极化，静置后，得到钛酸铅涂层，其具有优异的压电性能。
极化时产生压电效应，有能量的转化。正压电效应如图2所示，图2为正压电效应的示意图，如果极化方向不对，就会影响极化效果。能量转化如图3所示，图3为能量转化的示意图。
在本发明中，所述极化的温度优选为60℃～160℃，更优选为80℃～140℃，最优选为120℃。所述极化的时间优选为20min～40min，更优选为20min，时间太短不能使钛酸铅涂层完全极化，时间太长会使涂层被击穿，不能实现监测功能。
本发明实施例可将有钛酸铅涂层的基体置于硅油浴中，通电压进行极化。在本发明中，所述极化电场的强度优选为2.4KV/mm～2.6KV/mm。极化后，经静置，得到钛酸铅涂层，所述静置的时间优选为24小时～48小时，更优选为40小时。
得到钛酸铅涂层后，本发明对其压电性能或压电信号等进行测试。采用ZJ-4AN准静态压电常数测量仪，对钛酸铅涂层的压电信号进行测量。采用Nova NanoSEM450型扫描电子显微镜，对钛酸铅涂层的截面进行观察。采用灰度法测量涂层的孔隙率，具体步骤为：将涂层横截面金相SEM形貌进行灰度法拉伸和增强，气孔因底色较重而显现出来，再通过图像处理软件计算出显露的气孔占横截面的面积分数，记为涂层的孔隙率。利用Micromet6040自动载荷切换式显微硬度计，对涂层的显微硬度进行测试，测试载荷为25g，加载时间为15s，垂直于涂层方向，多次测量取平均值。按照国家标准GB9796-88《热喷涂铝及铝合金涂层试验方法》，本发明进行试样的制备，再采用MTS万能试验机，利用对偶件拉伸法对涂层与基体的结合强度进行测量，每个试验水平下，均采集6个试验的结合强度的平均值，作为该水平下涂层的结合强度值。其中，喷涂试样如图4所示，图4为本发 明测试涂层结合强度的喷涂试样图。粘结后的拉伸试样如图5所示，图5为本发明测试涂层结合强度的拉伸试样图。在图5中，1为对偶件(Coupled part)，2为粘结涂层(Bonding coating)，3为钛酸铅涂层(spraying layer)，4为基体样品(Spraying sample)。测试的具体方法为：首先将对偶件进行喷砂处理，然后把对偶件与本发明喷涂件进行对心粘结，粘结材料为E-7高强度胶，粘结完成后在烘箱内进行烘干，烘干温度为100℃，保温时间为4小时，待试样完全固化后对其进行拉伸试验，记录试样被拉断时的临界载荷，将这个临界载荷除以试样与涂层的粘结面积，得到的数值即是结合强度。
结果表明，所述钛酸铅涂层具有更加优异的压电性能，且能与基体紧密结合，利于其在动态监测零件表面损伤中的应用。
在形成压电涂层之前，本发明优选还包括在基体表面喷涂形成打底层，然后在打底层表面喷涂、极化，形成压电涂层。
即，作为优选，所述钛酸铅涂层还包括打底层。所述打底层设置在压电涂层与基体之间，其与PbTiO3、基体有很强的结合度。
所述打底层的制作材料优选为NiAl合金或NiCr合金，更优选为NiAl合金。所述打底层的粉料粒度优选为30μm～50μm，更优选为35μm～45μm；所述打底层的厚度优选为15μm～25μm。
本发明实施例优选通过超音速等离子喷涂形成打底层，具体的工艺包括：喷涂电压为110V～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100mm～120mm，优选为110mm。
在极化之前，本发明优选还包括在涂层上喷涂形成耐磨层，然后进行极化，得到钛酸铅涂层。
即，作为优选，所述钛酸铅涂层还包括耐磨层，形成既具有耐磨抗疲劳性能又具有压电传感作用的复合涂层。所述耐磨层为表面层，既能作为“装甲”，抵挡来自外界的应力接触并起到保护作用，又能作为一个电极和导体将信号输出。
所述耐磨层的制作材料优选为FeCrBSi合金，即形成铁铬硼硅涂层。所述FeCrBSi合金价格便宜，与PbTiO3的结合度好，且耐磨性好，所以优选采用所述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。所述耐磨层的厚度优选为50μm～100μm，更优选为60μm～80μm；所述耐磨层的粉料粒度优选为40μm～70μm，更优选为50μm～60μm。
本发明实施例优选通过超音速等离子喷涂形成耐磨层，具体的工艺包括：喷涂电压为110V～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90mm～100mm，优选为95mm。
本发明制备的钛酸铅涂层可以依次包括打底层和压电涂层，也可以依次包括压电涂层和耐磨层，还可以依次包括打底层、压电涂层和耐磨层，优选依次包括打底层、压电涂层和耐磨层。
本发明制备的钛酸铅涂层能与基体紧密结合，压电信号强度高，因而可被广泛应用在机械零件如活塞环、气缸和齿轮等上，用来更好地动态监测零件的服役情况。
本发明提供了一种针对基体表面失效的感知系统，包括：传感装置；和信号分析装置，用于分析所述传感装置输出的信号；所述传感装置包括敏感单元，所述敏感单元包括：覆盖在基体表面的钛酸铅涂层，用于感知和转换所述基体表面失效的信号；和设置在所述钛酸铅涂层上的第一电极，用于输出所述基体表面失效的信号；
所述钛酸铅涂层由混合粉料喷涂在所述基体表面，经极化而成，所述混合粉料包括PbTiO3粉、PbO粉和Al粉。
本发明提供的感知系统采用上文所述的钛酸铅涂层，提高了压电信号强度，可更好地用于监测零件的磨损和裂纹等一系列失效形式以及提供预警。
参见图6，图6为本发明实施例提供的感知系统的磨损试验过程示意图。在图6中，1是零件表面，211是覆盖在零件表面1上的压电涂层(传感层)，212是覆盖在压电涂层211上的耐磨层，22是设置在压电涂层211上的第一电极，3是电荷放大器，4是数据分析设备。
在本发明所述传感装置中，上文所述的钛酸铅涂层及其上的第一电极组成敏感单元，能更好地对基体表面失效的信号进行传感。
所述钛酸铅涂层覆盖在基体表面，随着基体表面的不断磨损，受力发生变化，所述钛酸铅涂层将轻微受力的变化转化成电荷的变化；所述基体为第二电极，所述第一电极和第二电极构成电流导出电极，输出电信号。
所述基体优选为金属基体，更优选为45#钢。即，所述基体可以为蒸汽透平机、压缩机、泵的运动零件，还可以为齿轮、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，所述基体为铜基体或铝基体，以适应其他场合应用的部件。
所述钛酸铅涂层的内容如前文所述，在此不再一一赘述。
所述第一电极22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钛酸铅涂层表面上，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。并且由于所述基体为金属基体，所述打底层为镍铝合金层，则所述基体或打底层可以作为用于导出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，以避免由于基体涂层磨损对所述第一电极的影响。
本发明所述传感装置优选还包括信号放大单元，用于放大所述敏感单元输出的电信号，便于显示、记录和处理。所述信号放大单元如电荷放大器3等，其将感知的微弱信号提取并且放大，便于下一步分析。电荷放大器3可以将信号幅值由15升高到200，进而可以更加清楚而直观地分析信号波。
本发明所述传感装置优选还包括信号转换单元，可将所述敏感单元或信号放大单元输出的电信号转换为便于显示、记录和处理的有用电信号。示波器即是一种信号转换单元，能将信号以波形的方式输出。
除了上述传感装置，本发明所述感知系统还包括信号分析装置，其用于分析所述传感装置输出的信号。
所述信号分析装置也可称为数据分析装置，一般都是电子计算机(电脑分析装置)，可安装小波分析和红外分析等软件，通过不同手段对提取或采集的信号进行分析处理，实现磨损表面损伤的动态监测。
在上述实施例的磨损试验过程中，载荷负载在耐磨层212上，随着零件表面1的不断磨损，受力发生变化，压电涂层211将轻微受力的变化转化成电荷的变化；零件表面1为第二电极，第一电极22和第二电极1构成电流导出电极，输出电信号；电荷放大器3将所述电信号放大输出，最终由数据分析设备4进行信号分析。
本发明所述感知系统是针对基体表面失效情况的，可以感知监测1微米宽到1毫米宽的裂纹，并且可以监测长约1微米宽约1纳米的细小裂纹的扩展。
针对同一基体表面失效情况，本发明所述感知系统与电阻应变片的检测结果参见图7和图8，图7为本发明所述感知系统记录的波形信号，图8为电阻应变片记录的波形信号。由图7、8可见，本发明所 述感知系统具有优良的感知灵敏度，能实时在线监测零件的服役情况，判定零件的失效形式，进而改进工艺，提高工业化生产效率。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的针对基体表面失效的感知系统进行具体描述。
以下实施例中，超音速等离子喷涂采用高效GTV F6等离子喷涂设备进行，PbTiO3粉购自保定宏声声学电子器件有限公司、牌号为P-5H，其余粉料的来源均是北京矿冶研究总院、纯度均为99.99％。
实施例1
提供用工业火碱清洗去除表面油污后的45#钢基体；
将所述基体进行淬火处理，硬度达到HRC55左右；
以粒度为20目的棕刚玉为砂料，对淬火处理后的基体进行喷砂处理，喷砂工艺包括：喷砂的气压为0.6MPa，喷砂的角度为45°，喷砂的距离为145mm；
对喷砂处理后的基体进行热处理，温度达到120℃。
采用粒度为30微米的NiAl合金的粉料，在所述基体上通过超音速等离子喷涂，形成厚度为20微米的打底层，喷涂工艺包括：喷涂电压为120V，喷涂电流为385A，喷涂功率为40kW，喷涂距离为110mm。
通过超音速等离子喷涂，将混合粉料喷涂在所述基体的打底层上，形成厚度为50微米的涂层；所述混合粉料包括粒度为40微米的、圆形颗粒的PbTiO3粉、粒度为70微米的PbO粉和粒度为30微米的Al粉，三者质量比例为7:1:2；喷涂工艺包括：喷涂电压为120V，喷涂电流为450A，喷涂功率为55kW，喷涂距离为110mm。
采用粒度为50微米的铁铬硼硅粉料，在所述涂层上通过超音速等离子喷涂，形成厚度为100微米的耐磨层，喷涂工艺包括：喷涂电压为120V，喷涂电流为420A，喷涂功率为55kW，喷涂距离为95mm。
将上述有复合涂层的基体制成尺寸为20mm×40mm×5mm的长方体试验片，置于HYJH-3-4压电极化装置试验机的硅油槽中，在基体侧面两侧通电压进行极化，静置40小时，得到有钛酸铅涂层的基体，极化温度为120℃，极化时间为20min，极化电场强度为2.4KV/mm。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的压电信号进行测量。结果参见图9，图9为本发明实施例1～6和比较例1～6提供的涂层的压电信号随极化温度变化的曲线图。由图9可知，本发明实施例1制备的涂层具有较强的压电信号。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的截面进行观察。结果参见 图10，图10为本发明实施例1提供的涂层的截面形貌。由图10可知，本发明实施例1制备的涂层与基体结合较好。
采用所述钛酸铅涂层构成感知系统，能更好地感知基体表面失效的情况。需要说明的是，以下实施例也是如此。
实施例2～6
按照实施例1的方法，仅将极化温度分别改变为60℃、80℃、100℃、140℃和160℃，分别得到有钛酸铅涂层的基体。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的压电信号进行测量。结果参见图9，由图9可知，本发明实施例1～6制备的涂层具有较强的压电信号，并且在温度接近120℃时压电信号值达到最大。
比较例1～6
按照实施例1的方法，仅将混合粉料中的PbO粉排除，PbTiO3粉和Al粉的比例为7:3，极化温度分别为120℃、60℃、80℃、100℃、140℃和160℃，分别得到有钛酸铅涂层的基体。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的压电信号进行测量。结果参见图9，由图9可知，不含PbO粉的涂层的压电信号比本发明实施例提供的含PbO粉的涂层的压电信号要差。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的截面进行观察。结果参见图11，图11为本发明比较例1提供的涂层的截面形貌。由图11可知，不含PbO粉的涂层与基体结合较差。
实施例7
提供用工业火碱清洗去除表面油污后的45#钢基体；
将所述基体进行淬火处理，硬度达到HRC55左右；
以粒度为16目的棕刚玉为砂料，对淬火处理后的基体进行喷砂处理，喷砂工艺包括：喷砂的气压为0.65MPa，喷砂的角度为45°，喷砂的距离为145mm；
对喷砂处理后的基体进行热处理，温度达到120℃。
采用粒度为50微米的NiAl合金的粉料，在所述基体上通过超音速等离子喷涂，形成厚度为20微米的打底层，喷涂工艺包括：喷涂电压为120V，喷涂电流为380A，喷涂功率为45kW，喷涂距离为105mm。
通过超音速等离子喷涂，将混合粉料喷涂在所述基体的打底层上，形成厚度为50微米的涂层；所述混合粉料包括粒度为60微米的、圆形颗粒的PbTiO3粉、粒度为40微米的PbO粉和粒度为40微米的Al粉，三者质量比例为7:1:2；喷涂工艺包括：喷涂电压为120V，喷 涂电流为440A，喷涂功率为60kW，喷涂距离为100mm。
采用粒度为60微米的铁铬硼硅粉料，在所述涂层上通过超音速等离子喷涂，形成厚度为100微米的耐磨层，喷涂工艺包括：喷涂电压为120V，喷涂电流为420A，喷涂功率为45kW，喷涂距离为100mm。
将上述有复合涂层的基体制成尺寸为20mm×40mm×5mm的长方体试验片，置于HYJH-3-4压电极化装置试验机的硅油槽中，在基体侧面两侧通电压进行极化，静置40小时，得到有钛酸铅涂层的基体，极化温度为120℃，极化时间为20min，极化电场强度为2.6KV/mm。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的压电信号进行测量。结果参见图12，图12为本发明实施例7～11和比较例7～11提供的涂层的压电信号随极化温度变化的曲线图。由图12可知，本发明实施例7制备的涂层具有较强的压电信号。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的截面进行观察。结果参见图13，图13为本发明实施例7提供的涂层的截面形貌。由图13可知，本发明实施例7制备的涂层与基体结合较好，而且颗粒熔化均匀。
实施例8～11
按照实施例7的方法，仅将极化温度分别改变为60℃、80℃、100℃和140℃，分别得到有钛酸铅涂层的基体。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的压电信号进行测量。结果参见图12，由图12可知，本发明实施例7～11制备的涂层具有较强的压电信号，并且在温度接近120℃时压电信号值达到最大。
比较例7～11
按照实施例7的方法，仅将混合粉料中的Al粉排除，PbTiO3粉和PbO粉的比例为7:3，极化温度分别为120℃、60℃、80℃、100℃和140℃，分别得到有钛酸铅涂层的基体。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的压电信号进行测量。结果参见图12，由图12可知，不含Al粉的涂层的压电信号比本发明实施例提供的含Al粉的涂层的压电信号要差。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的截面进行观察。结果参见图14，图14为本发明比较例7提供的涂层的截面形貌。由图14可知，不含Al粉的涂层与基体结合较差。
由以上实施例和比较例可知，本发明涂层中PbO粉和Al粉的作用不能小觑。
实施例12
提供用工业火碱清洗去除表面油污后的45#钢基体；
将所述基体进行淬火处理，硬度达到HRC55左右；
以粒度为20目的棕刚玉为砂料，对淬火处理后的基体进行喷砂处理，喷砂工艺包括：喷砂的气压为0.65MPa，喷砂的角度为45°，喷砂的距离为145mm；
对喷砂处理后的基体进行热处理，温度达到120℃。
采用粒度为40微米的NiAl合金的粉料，在所述基体上通过超音速等离子喷涂，形成厚度为20微米的打底层，喷涂工艺包括：喷涂电压为120V，喷涂电流为380A，喷涂功率为45kW，喷涂距离为105mm。
通过超音速等离子喷涂，将混合粉料喷涂在所述基体的打底层上，形成厚度为50微米的涂层；所述混合粉料包括粒度为40微米～60微米、圆形颗粒的PbTiO3粉、粒度为50微米的PbO粉和粒度为35微米的Al粉，三者质量比例为7:1:2；喷涂工艺包括：喷涂电压为120V，喷涂电流为440A，喷涂功率为60kW，喷涂距离为100mm。
采用粒度为55微米的铁铬硼硅粉料，在所述涂层上通过超音速等离子喷涂，形成厚度为100微米的耐磨层，喷涂工艺包括：喷涂电压为120V，喷涂电流为420A，喷涂功率为45kW，喷涂距离为100mm。
将上述有复合涂层的基体制成尺寸为20mm×40mm×5mm的长方体试验片，置于HYJH-3-4压电极化装置试验机的硅油槽中，在基体侧面两侧通电压进行极化，静置40小时，得到有钛酸铅涂层的基体，极化温度为120℃，极化时间为20min，极化电场强度为2.5KV/mm。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的压电信号进行测量。结果参见图15，图15为本发明实施例12～15提供的涂层的压电信号图。由图15可知，本发明实施例12制备的涂层具有较强的压电信号。
实施例13～15
按照实施例12的方法，仅将PbTiO3粉的粒度分别改变为10微米～30微米、60微米～80微米和80微米～100微米，分别得到有钛酸铅涂层的基体。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的压电信号进行测量。结果参见图15，由图15可知，本发明实施例12～15制备的涂层具有较强的压电信号，PbTiO3粉的粒度为40微米～60微米的涂层的效果最佳。
实施例16
提供用工业火碱清洗去除表面油污后的45#钢基体；
将所述基体进行淬火处理，硬度达到HRC55左右；
以粒度为16目的棕刚玉为砂料，对淬火处理后的基体进行喷砂处理，喷砂工艺包括：喷砂的气压为0.6MPa，喷砂的角度为45°，喷砂的距离为145mm；
对喷砂处理后的基体进行热处理，温度达到120℃。
采用粒度为35微米的NiAl合金的粉料，在所述基体上通过超音速等离子喷涂，形成厚度为20微米的打底层，喷涂工艺包括：喷涂电压为120V，喷涂电流为385A，喷涂功率为40kW，喷涂距离为110mm。
通过超音速等离子喷涂，将混合粉料喷涂在所述基体的打底层上，形成厚度为30微米的涂层；所述混合粉料包括粒度为50微米的、圆形颗粒的PbTiO3粉、粒度为60微米的PbO粉和粒度为35微米的Al粉，三者质量比例为7:1:2；喷涂工艺包括：喷涂电压为120V，喷涂电流为450A，喷涂功率为55kW，喷涂距离为110mm。
采用粒度为55微米的铁铬硼硅粉料，在所述涂层上通过超音速等离子喷涂，形成厚度为100微米的耐磨层，喷涂工艺包括：喷涂电压为120V，喷涂电流为420A，喷涂功率为55kW，喷涂距离为95mm。
将上述有复合涂层的基体制成尺寸为20mm×40mm×5mm的长方体试验片，置于HYJH-3-4压电极化装置试验机的硅油槽中，在基体侧面两侧通电压进行极化，静置40小时，得到有钛酸铅涂层的基体，极化温度为120℃，极化时间为20min，极化电场强度为2.5KV/mm。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的压电信号进行测量。结果参见图16，图16为本发明实施例16～19提供的涂层的压电信号图。由图16可知，本发明实施例16制备的涂层具有较强的压电信号。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的孔隙率进行测量。结果参见图17，图17为本发明实施例16～19提供的涂层的孔隙率图。由图17可知，本发明实施例16制备的涂层的孔隙率较低。
实施例17～19
按照实施例16的方法，区别在于，将混合粉料喷涂在所述基体的打底层上，形成厚度分别为10微米、50微米和70微米的涂层，最终得到有钛酸铅涂层的基体。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的压电信号进行测量。结果参见图16，由图16可知，本发明实施例16～19制备的涂层具有较强的压电信号，由压电材料形成的涂层的厚度为30微米时，效果最佳。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的孔隙率进行测量。结果参见图17，由图17可知，本发明实施例16～19制备的涂层的孔隙率较 低，由压电材料形成的涂层的厚度为50微米时，效果最佳。
实施例20
提供用工业火碱清洗去除表面油污后的45#钢基体；
将所述基体进行淬火处理，硬度达到HRC55左右；
以粒度为24目的棕刚玉为砂料，对淬火处理后的基体进行喷砂处理，喷砂工艺包括：喷砂的气压为0.65MPa，喷砂的角度为45°，喷砂的距离为145mm；
对喷砂处理后的基体进行热处理，温度达到120℃。
采用粒度为35微米的NiAl合金的粉料，在所述基体上通过超音速等离子喷涂，形成厚度为20微米的打底层，喷涂工艺包括：喷涂电压为120V，喷涂电流为385A，喷涂功率为40kW，喷涂距离为110mm。
通过超音速等离子喷涂，将混合粉料喷涂在所述基体的打底层上，形成厚度为50微米的涂层；所述混合粉料包括粒度为55微米的、圆形颗粒的PbTiO3粉、粒度为60微米的PbO粉和粒度为35微米的Al粉，三者质量比例为7:1:2；喷涂工艺包括：喷涂电压为120V，喷涂电流为430A，喷涂功率为55kW，喷涂距离为90mm。
采用粒度为55微米的铁铬硼硅粉料，在所述涂层上通过超音速等离子喷涂，形成厚度为100微米的耐磨层，喷涂工艺包括：喷涂电压为120V，喷涂电流为420A，喷涂功率为55kW，喷涂距离为95mm。
将上述有复合涂层的基体制成尺寸为20mm×40mm×5mm的长方体试验片，置于HYJH-3-4压电极化装置试验机的硅油槽中，在基体侧面两侧通电压进行极化，静置40小时，得到有钛酸铅涂层的基体，极化温度为120℃，极化时间为20min，极化电场强度为2.5KV/mm。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的压电信号进行测量。结果参见图18，图18为本发明实施例20～31提供的涂层的压电信号图。由图18可知，本发明实施例20制备的涂层具有较强的压电信号。
实施例21～23
按照实施例20的方法，仅将极化温度分别改变为60℃、80℃和100℃，分别得到有钛酸铅涂层的基体。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的压电信号进行测量。结果参见图18，由图18可知，本发明实施例20～23制备的涂层具有较强的压电信号，极化温度在120℃时，效果最佳。
实施例24～27
按照实施例20的方法，区别在于，混合粉料中，三者质量比例 为8:1:1，极化温度分别为60℃、80℃、100℃和120℃，分别得到有钛酸铅涂层的基体。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的压电信号进行测量。结果参见图18，由图18可知，本发明实施例24～27制备的涂层具有较强的压电信号，极化温度在120℃时，效果最佳。
实施例28～31
按照实施例20的方法，区别在于，混合粉料中，三者质量比例为5:2:3，极化温度分别为60℃、80℃、100℃和120℃，分别得到有钛酸铅涂层的基体。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的压电信号进行测量。结果参见图18，由图18可知，本发明实施例28～31制备的涂层具有较强的压电信号，极化温度在120℃时，效果最佳。
由以上实施例可知，混合粉料中，所述PbTiO3粉、PbO粉和Al粉的质量比为7:1:2时，得到的涂层性能最好。
实施例32
提供用工业火碱清洗去除表面油污后的45#钢基体；
将所述基体进行淬火处理，硬度达到HRC55左右；
以粒度为24目的棕刚玉为砂料，对淬火处理后的基体进行喷砂处理，喷砂工艺包括：喷砂的气压为0.65MPa，喷砂的角度为45°，喷砂的距离为145mm；
对喷砂处理后的基体进行热处理，温度达到120℃。
采用粒度为30微米的NiAl合金的粉料，在所述基体上通过超音速等离子喷涂，形成厚度为30微米的打底层，喷涂工艺包括：喷涂电压为120V，喷涂电流为385A，喷涂功率为45kW，喷涂距离为110mm。
通过超音速等离子喷涂，将混合粉料喷涂在所述基体的打底层上，形成厚度为50微米的涂层；所述混合粉料包括粒度为50微米的、圆形颗粒的PbTiO3粉、粒度为65微米的PbO粉和粒度为40微米的Al粉，三者质量比例为7:1:2；喷涂工艺包括：喷涂电压为120V，喷涂电流为450A，喷涂功率为55kW，喷涂距离为90mm。
采用粒度为50微米的铁铬硼硅粉料，在所述涂层上通过超音速等离子喷涂，形成厚度为100微米的耐磨层，喷涂工艺包括：喷涂电压为120V，喷涂电流为420A，喷涂功率为55kW，喷涂距离为95mm。
将上述有复合涂层的基体制成尺寸为20mm×40mm×5mm的长方体试验片，置于HYJH-3-4压电极化装置试验机的硅油槽中，在基体 侧面两侧通电压进行极化，静置40小时，得到有钛酸铅涂层的基体，极化温度为120℃，极化时间为20min，极化电场强度为2.5KV/mm。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的压电信号进行测量。结果参见图19，图19为本发明实施例32～40提供的涂层的压电信号图。由图19可知，本发明实施例32制备的涂层具有较强的压电信号。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的平均硬度进行测试。结果参见图20，图20为本发明实施例32～40提供的涂层的平均硬度图。由图20可知，本发明实施例32制备的涂层具有较高的硬度。
实施例33、34
按照实施例32的方法，区别在于，分别采用不规则颗粒的PbTiO3粉和椭圆颗粒的PbTiO3粉，分别得到有钛酸铅涂层的基体。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的压电信号进行测量。结果参见图19，由图19可知，本发明实施例32～34制备的涂层具有较强的压电信号，采用圆形颗粒的PbTiO3粉，效果最佳。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的平均硬度进行测试。结果参见图20，由图20可知，本发明实施例32～34制备的涂层具有较高的硬度，采用圆形颗粒的PbTiO3粉，效果最佳。
实施例35
按照实施例32的方法，区别在于，混合粉料中，三者的比例为8:1:1，得到有钛酸铅涂层的基体。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的压电信号进行测量。结果参见图19，由图19可知，本发明实施例35制备的涂层具有较强的压电信号。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的平均硬度进行测试。结果参见图20，由图20可知，本发明实施例35制备的涂层具有较高硬度。
实施例36、37
按照实施例35的方法，区别在于，分别采用不规则颗粒的PbTiO3粉和椭圆颗粒的PbTiO3粉，分别得到有钛酸铅涂层的基体。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的压电信号进行测量。结果参见图19，由图19可知，本发明实施例35～37制备的涂层具有较强的压电信号，采用圆形颗粒的PbTiO3粉，效果最佳。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的平均硬度进行测试。结果参见图20，由图20可知，本发明实施例35～37制备的涂层具有较高的硬度，采用圆形颗粒的PbTiO3粉，效果最佳。
实施例38
按照实施例32的方法，区别在于，混合粉料中，三者的比例为5:2:3，得到有钛酸铅涂层的基体。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的压电信号进行测量。结果参见图19，由图19可知，本发明实施例38制备的涂层具有较强的压电信号。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的平均硬度进行测试。结果参见图20，由图20可知，本发明实施例38制备的涂层具有较高硬度。
实施例39、40
按照实施例38的方法，区别在于，分别采用不规则颗粒的PbTiO3粉和椭圆颗粒的PbTiO3粉，分别得到有钛酸铅涂层的基体。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的压电信号进行测量。结果参见图19，由图19可知，本发明实施例38～40制备的涂层具有较强的压电信号，采用圆形颗粒的PbTiO3粉，效果最佳。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的平均硬度进行测试。结果参见图20，由图20可知，本发明实施例38～40制备的涂层具有较高的硬度，采用圆形颗粒的PbTiO3粉，效果最佳。
由以上实施例可知，混合粉料中，所述PbTiO3粉、PbO粉和Al粉的质量比为7:1:2，且采用圆形颗粒的PbTiO3粉时，得到的涂层性能最好。
实施例41
提供用工业火碱清洗去除表面油污后的45#钢基体；
将所述基体进行淬火处理，硬度达到HRC55左右；
以粒度为24目的棕刚玉为砂料，对淬火处理后的基体进行喷砂处理，喷砂工艺包括：喷砂的气压为0.65MPa，喷砂的角度为45°，喷砂的距离为145mm；
对喷砂处理后的基体进行热处理，温度达到120℃。
采用粒度为35微米的NiAl合金的粉料，在所述基体上通过超音速等离子喷涂，形成厚度为20微米的打底层，喷涂工艺包括：喷涂电压为120V，喷涂电流为385A，喷涂功率为40kW，喷涂距离为110mm。
通过超音速等离子喷涂，将混合粉料喷涂在所述基体的打底层上，形成厚度为50微米的涂层；所述混合粉料包括粒度为50微米的、圆形颗粒的PbTiO3粉、粒度为70微米的PbO粉和粒度为40微米的Al粉，三者质量比例为7:1:2；喷涂工艺包括：喷涂电压为120V，喷 涂电流为430A，喷涂功率为55kW，喷涂距离为100mm。
采用粒度为55微米的铁铬硼硅粉料，在所述涂层上通过超音速等离子喷涂，形成厚度为100微米的耐磨层，喷涂工艺包括：喷涂电压为120V，喷涂电流为420A，喷涂功率为55kW，喷涂距离为95mm。
将上述有复合涂层的基体制成尺寸为20mm×40mm×5mm的长方体试验片，置于HYJH-3-4压电极化装置试验机的硅油槽中，在基体侧面两侧通电压进行极化，静置40小时，得到有钛酸铅涂层的基体，极化温度为120℃，极化时间为20min，极化电场强度为2.5KV/mm。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的截面进行观察。结果参见图21，图21为本发明实施例41提供的涂层的截面形貌。由图21可知，含打底层的涂层与基体结合较好。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的结合强度进行测试。结果参见图22，图22为本发明实施例41～50提供的涂层的结合强度的曲线图。由图22可知，含打底层的涂层具有较高的结合强度。
实施例42～45
按照实施例41的方法，仅将极化温度分别改变为60℃、80℃、100℃和140℃，分别得到有钛酸铅涂层的基体。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的结合强度进行测试。结果参见图22，由图22可知，含打底层的涂层具有较高的结合强度，极化温度为120℃时，效果最佳。
实施例46
提供用工业火碱清洗去除表面油污后的45#钢基体；
将所述基体进行淬火处理，硬度达到HRC55左右；
以粒度为24目的棕刚玉为砂料，对淬火处理后的基体进行喷砂处理，喷砂工艺包括：喷砂的气压为0.65MPa，喷砂的角度为45°，喷砂的距离为145mm；
对喷砂处理后的基体进行热处理，温度达到120℃。
通过超音速等离子喷涂，将混合粉料喷涂在所述基体上，形成厚度为50微米的涂层；所述混合粉料包括粒度为50微米的、圆形颗粒的PbTiO3粉、粒度为70微米的PbO粉和粒度为40微米的Al粉，三者质量比例为7:1:2；喷涂工艺包括：喷涂电压为120V，喷涂电流为430A，喷涂功率为55kW，喷涂距离为100mm。
采用粒度为55微米的铁铬硼硅粉料，在所述涂层上通过超音速等离子喷涂，形成厚度为100微米的耐磨层，喷涂工艺包括：喷涂电 压为120V，喷涂电流为420A，喷涂功率为55kW，喷涂距离为95mm。
将上述有复合涂层的基体制成尺寸为20mm×40mm×5mm的长方体试验片，置于HYJH-3-4压电极化装置试验机的硅油槽中，在基体侧面两侧通电压进行极化，静置40小时，得到有钛酸铅涂层的基体，极化温度为120℃，极化时间为20min，极化电场强度为2.5KV/mm。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的截面进行观察。结果参见图23，图23为本发明实施例46提供的涂层的截面形貌。由图23可知，不含打底层的涂层与基体结合较差。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的结合强度进行测试。结果参见图22，由图22可知，不含打底层的涂层的结合强度较差。
实施例47～50
按照实施例46的方法，仅将极化温度分别改变为60℃、80℃、100℃和140℃，分别得到有钛酸铅涂层的基体。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的结合强度进行测试。结果参见图22，由图22可知，不含打底层的涂层的结合强度较差。
实施例51
提供用工业火碱清洗去除表面油污后的45#钢基体；
将所述基体进行淬火处理，硬度达到HRC55左右；
以粒度为24目的棕刚玉为砂料，对淬火处理后的基体进行喷砂处理，喷砂工艺包括：喷砂的气压为0.65MPa，喷砂的角度为45°，喷砂的距离为145mm；
对喷砂处理后的基体进行热处理，温度达到120℃。
采用粒度为40微米的NiAl合金的粉料，在所述基体上通过超音速等离子喷涂，形成厚度为20微米的打底层，喷涂工艺包括：喷涂电压为120V，喷涂电流为390A，喷涂功率为40kW，喷涂距离为100mm。
通过超音速等离子喷涂，将混合粉料喷涂在所述基体的打底层上，形成厚度为50微米的涂层；所述混合粉料包括粒度为50微米的、圆形颗粒的PbTiO3粉、粒度为40微米的PbO粉和粒度为40微米的Al粉，三者质量比例为7:1:2；喷涂工艺包括：喷涂电压为120V，喷涂电流为430A，喷涂功率为55kW，喷涂距离为100mm。
采用粒度为55微米的铁铬硼硅粉料，在所述涂层上通过超音速等离子喷涂，形成厚度为100微米的耐磨层，喷涂工艺包括：喷涂电压为120V，喷涂电流为420A，喷涂功率为55kW，喷涂距离为95mm。
将上述有复合涂层的基体制成尺寸为20mm×40mm×5mm的长方 体试验片，置于HYJH-3-4压电极化装置试验机的硅油槽中，在基体侧面两侧通电压进行极化，静置40小时，得到有钛酸铅涂层的基体，极化温度为120℃，极化时间为20min，极化电场强度为2.5KV/mm。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的压电信号进行测量。结果参见图24，图24为本发明实施例51～60提供的涂层的压电信号随极化温度变化的曲线图。由图24可知，本发明实施例51制备的涂层具有较强的压电信号。
实施例52～55
按照实施例51的方法，仅将极化温度分别改变为60℃、80℃、100℃和140℃，分别得到有钛酸铅涂层的基体。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的压电信号进行测量。结果参见图24，由图24可知，本发明实施例51～55制备的涂层具有较强的压电信号，极化温度为120℃时，效果最佳。
实施例56
按照实施例51的方法，仅将打底层的粉料改变为NiCr合金，得到有钛酸铅涂层的基体。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的压电信号进行测量。结果参见图24，由图24可知，打底层的粉料为NiAl合金时，效果较好。
实施例57～60
按照实施例56的方法，仅将极化温度分别改变为60℃、80℃、100℃和140℃，分别得到有钛酸铅涂层的基体。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的压电信号进行测量。结果参见图24，由图24可知，打底层的粉料为NiAl合金时，效果较好。
实施例61
提供用工业火碱清洗去除表面油污后的45#钢基体；
将所述基体进行淬火处理，硬度达到HRC55左右；
以粒度为24目的棕刚玉为砂料，对淬火处理后的基体进行喷砂处理，喷砂工艺包括：喷砂的气压为0.65MPa，喷砂的角度为45°，喷砂的距离为140mm；
对喷砂处理后的基体进行热处理，温度达到120℃。
采用粒度为40微米的NiAl合金的粉料，在所述基体上通过超音速等离子喷涂，形成厚度为20微米的打底层，喷涂工艺包括：喷涂电压为120V，喷涂电流为390A，喷涂功率为40kW，喷涂距离为100mm。
通过超音速等离子喷涂，将混合粉料喷涂在所述基体的打底层 上，形成厚度为50微米的涂层；所述混合粉料包括粒度为50微米的、圆形颗粒的PbTiO3粉、粒度为40微米的PbO粉和粒度为30微米的Al粉，三者质量比例为7:1:2；喷涂工艺包括：喷涂电压为120V，喷涂电流为440A，喷涂功率为55kW，喷涂距离为100mm。
采用粒度为55微米的铁铬硼硅粉料，在所述涂层上通过超音速等离子喷涂，形成厚度为100微米的耐磨层，喷涂工艺包括：喷涂电压为120V，喷涂电流为420A，喷涂功率为55kW，喷涂距离为95mm。
将上述有复合涂层的基体制成尺寸为20mm×40mm×5mm的长方体试验片，置于HYJH-3-4压电极化装置试验机的硅油槽中，在基体侧面两侧通电压进行极化，静置40小时，得到有钛酸铅涂层的基体，极化温度为120℃，极化时间为20min，极化电场强度为2.5KV/mm。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的孔隙率进行测量。结果参见图25，图25为本发明实施例61～72不同喷涂手段得到的涂层的孔隙率随极化温度变化的曲线图。由图25可知，本发明实施例61制备的涂层具有较低的孔隙率。
实施例62～64
按照实施例61的方法，仅将极化温度分别改变为60℃、80℃和100℃，分别得到有钛酸铅涂层的基体。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的孔隙率进行测量。结果参见图25，由图25可知，本发明实施例61～64制备的涂层具有较低的孔隙率。
实施例65
按照实施例61的方法，仅将喷涂方式改变为等离子喷涂，得到有钛酸铅涂层的基体。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的孔隙率进行测量。结果参见图25，由图25可知，采用等离子喷涂的效果比采用超音速等离子喷涂的效果要差。
实施例66～68
按照实施例65的方法，仅将极化温度分别改变为60℃、80℃和100℃，分别得到有钛酸铅涂层的基体。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的孔隙率进行测量。结果参见图25，由图25可知，采用等离子喷涂的效果比采用超音速等离子喷涂的效果要差。
实施例69
按照实施例61的方法，仅将喷涂方式改变为火焰喷涂，得到有钛酸铅涂层的基体。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的孔隙率进行测量。结果参见图25，由图25可知，采用火焰喷涂的效果比采用超音速等离子喷涂的效果要差。
实施例70～72
按照实施例69的方法，仅将极化温度分别改变为60℃、80℃和100℃，分别得到有钛酸铅涂层的基体。
按照上文所述的方法，对钛酸铅涂层的孔隙率进行测量。结果参见图25，由图25可知，采用火焰喷涂的效果比采用超音速等离子喷涂的效果要差。
由以上实施例可知，本发明优选采用超音速等离子喷涂方式，通过对喷涂电压、喷涂距离等重要工艺参数的优化设计，能够获得响应性能最为灵敏的压电材料层和性能最为优良的等离子喷涂层。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种针对基体表面失效的感知系统，包括：
传感装置；
和信号分析装置，用于分析所述传感装置输出的信号；
所述传感装置包括敏感单元，所述敏感单元包括：
覆盖在基体表面的钛酸铅涂层，用于感知和转换所述基体表面失效的信号；
和设置在所述钛酸铅涂层上的第一电极，用于输出所述基体表面失效的信号；
所述钛酸铅涂层由混合粉料喷涂在所述基体表面，经极化而成，所述混合粉料包括PbTiO3粉、PbO粉和Al粉；所述PbTiO3粉、PbO粉和Al粉的质量比为(5～8)：(1～2)：(1～3)。
2.根据权利要求1所述的感知系统，其特征在于，所述PbTiO3粉的粒度为40μm～60μm。
3.根据权利要求2所述的感知系统，其特征在于，所述PbO粉的粒度为40μm～70μm。
4.根据权利要求3所述的感知系统，其特征在于，所述Al粉的粒度为30μm～40μm。
5.根据权利要求1所述的感知系统，其特征在于，所述钛酸铅涂层的厚度为45μm～55μm。
6.根据权利要求1所述的感知系统，其特征在于，所述钛酸铅涂层还包括耐磨层。
7.根据权利要求1所述的感知系统，其特征在于，所述钛酸铅涂层还包括打底层。
8.根据权利要求1所述的感知系统，其特征在于，所述传感装置还包括信号放大单元，用于放大并输出所述敏感单元输出的信号。
9.根据权利要求1或8所述的感知系统，其特征在于，所述传感装置还包括信号转换单元，用于转换并输出所述敏感单元或信号放大单元输出的信号。
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| 超音速等离子喷涂PZT涂层及其表征;顾林松等;《粉末冶金材料科学与工程》;20130831;第18卷(第4期);562页右栏最后1段 * |
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