CN107385375B - 一种石墨烯改性的残余应力敏感涂层的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种石墨烯改性的残余应力敏感涂层的制备方法，步骤1：称取碳酸锶（CaCO3）、氧化铝（Al2O3）、二氧化硅（SiO2）及酒精混合；步骤2：氧化石墨烯分散在无水乙醇中；步骤3：采用稀盐酸溶解，同时加入一定量蒸馏水；步骤4：实现石墨烯对Dy3+/Eu3+的改性和成分调控，最终在真空气氛中烘干得到石墨烯改性/Dy3+/Eu3+粉体；步骤5：筛选获得粉末粒径约1μm~3μm的石墨烯改性的CaAl2Si2O8:Eu3+,Dy3+粉末；步骤6：获得一定粒度的石墨烯共掺杂Dy3+/Eu3+的WC‑Co粉体材料；采用热喷涂技术制备石墨烯改性的SrAl2O4:Eu3+,Dy3+共掺杂WC‑Co可视耐磨涂层。采用上述方案，喷涂材料粒度均匀，纯度高，粉末中石墨烯含量高，可用于热喷涂技术制备残余应力敏感涂层。

Description

一种石墨烯改性的残余应力敏感涂层的制备方法
技术领域
本发明属于应用于热喷涂技术制备石墨烯改性的SrAl2Si2O8:Eu3+,Dy3+共掺杂WC-Co的残余应力敏感涂层技术领域，尤其涉及的是一种石墨烯改性的残余应力敏感涂层的制备方法。
背景技术
热喷涂制备耐磨涂层是再制造工程应用的主要技术之一，既可以用于新品零件的表面耐磨性能提升，也可以用于失效零件几何尺寸的修复，赋予废旧零件新的生命周期，节省制造新品造成的能源和材料浪费，在航空航天、石化、核电站等高科技工程领域具有广泛的应用潜力。
耐磨涂层一般处于高载、交变载荷等恶劣工况下长期服役，涂层内部残余应力不断发生变化最终会导致涂层发生变形、开裂以及脱落等失效。因此要预估热喷涂再制造后零件的二次服役寿命，就必须对涂层系统内的残余应力及其分布情况进行准确的评估和有效的控制。到目前为止，对再制造零件表面涂层在整机服役过程中残余应力随着工况的变化而进行在线诊断的研究工作难以开展，一般只有涂层出现大面积点蚀或者剥落失效时才有明显的信号提示，属于“事后判断”。这种失效具有突发性和难以预知性，往往在材料安全系数下服役时就突然发生失效，有可能对设备产生严重的损坏，甚至严重威胁一线操作人员的安全。另外，残余应力难以得到准确预测和控制主要在于残余应力导致的涂层发生弹塑性变形、裂纹萌生、扩展、连接以及材料的断裂等微观渐进的累积损伤过程，肉眼根本无法直接观察。因此，发展灵敏度高、有效且能在线监测涂层内部残余应力演变及涂层服役过程中微观损伤过程的可视化监测技术是极其必要的。
应力诱发荧光材料是一种新型光能和机械能转换的功能材料，具有发光强度和材料所受应力成正比关系的特点。其发光原理在于外界应力施加到固体材料上，使材料内部产生残余应力，残余应力导致形变而发射出光的现象。本发明旨在提出一种具有残余应力诱发荧光的自敏智能耐磨涂层，涂层在服役过程中残余应力与诱发出荧光强度之间的实时反馈和灵敏响应，从而可以对喷涂层残余应力进行原位在线监测及再制造零件摩擦过程中涂层的剥落、微裂纹等失效演变的可视化分析，对热喷涂再制造耐磨涂层在工程应用中实现健康自诊断及失效预警具有重大的理论和实际价值。
现阶段，针对热喷涂再制造涂层残余应力的主要评价技术有钻孔法、X光衍射法、超声波法等，虽然每种检测方法都有其特色和优点，但所测量的结果仍有其局限性，如钻孔法为破坏性检测方法，在工程实践中无法对每个零部件进行检测。X射线对金属的穿透深度有限，只能无破坏性地检测表层应力，将X射线衍射法与剥层法结合可以测定涂层沿厚度方向的残余应力分布，采用此方法可以检测深层应力，但需破坏零件。超声波检测技术是非破坏性检测方法，具有穿透力强、声束方向性好等优点，但超声波法检测应力的结果为超声波在试样内部穿越一定路径的平均值，虽然没有破坏性，但无法得到结构整体的应力分布。因此，到目前为止还没有一种可以适用于针对热喷涂再制造零件涂层无损、在线、实时监测的技术。
近年来，基于应力诱发荧光材料的一种新型残余应力检测方法越来越引起人们的广泛注目。应力诱发荧光过程是材料表面受到机械应力的作用引起内部残余应力发生变化，从而激发复合在材料内部的基质、敏化剂、激活剂(一般为复合稀土离子Eu2+、Er2+、Dy3+、Sm2+等的化合物)等吸收能量，所吸收的能量通过某些方式向发光中心转移，将发光中心激发至激发态，发光中心从激发态返回基态并发光。
另有研究表明，Eu3+，Dy3+如果应用于涂层中由于在涂层内部激发信号的灵敏度有所下降，会影响其发光特性，有研究表明，氧化石墨烯(GO)是石墨烯的衍生物，其表面含有大量的含氧官能团，石墨烯具有荧光特性的原理正是石墨烯氧化过程中产生的含氧官能团导致π轨道发生缺陷而引起。也有研究证明GO表面含氧官能团会影响荧光强度以及位置的变化。综上分析，采用石墨烯改性Dy3+/Eu3+的成分调控和制备可实现增强Dy3+/Eu3+应用于残余应力敏感耐磨涂层中荧光强度弱的难题。
因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
发明内容
本发明提出一种石墨烯改性的残余应力敏感涂层及制备方法，本发明提供的粉末可采用热涂技术来制备具有残余应力响应荧光强度特性的敏感涂层，涂层内部弥散分布有残余应力激发发光特性的石墨烯改性SrAl2Si2O8：Dy3+/Eu3+化合物，分析涂层在服役过程中残余应力与诱发出荧光强度之间的实时反馈和灵敏响应，从而可以对喷涂层残余应力进行原位在线监测及再制造零件摩擦过程中涂层的剥落、微裂纹等失效演变的可视化分析，有望实现再制造零件耐磨涂层在全生命周期内的残余应力实时监测，达到对涂层失效预警的目的，对热喷涂再制造耐磨涂层在工程应用中实现健康自诊断及失效预警具有重大的理论和实际价值。
本发明的目的在于提供用于制备残余应力敏感涂层的石墨烯改性SrAl2Si2O8:Eu3 +,Dy3+共掺杂WC-Co喷涂粉末及热喷涂制备石墨烯改性的残余应力敏感涂层制备方法。
一种石墨烯改性的残余应力敏感涂层的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：称取一定量的碳酸锶(SrCO3)、氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)，称取一定量酒精，混合粉末与酒精置于行星式球磨机中进行球磨混合一定时间，直至酒精完全挥发；随后转置于刚玉舟中，置于真空高温炉中一定温度下保温一定时间；
步骤2：称取一定量氧化石墨烯分散在无水乙醇中超声震荡制备氧化石墨烯分散液；
步骤3：将氧化铕(Eu2O3)和氧化镝(Dy2O3)采用稀盐酸溶解，同时加入一定量蒸馏水，搅拌处理一定时间，最终混合液呈悬浮状态；
步骤4：在步骤3获得氧化铕(Eu2O3)和氧化镝(Dy2O3)混合溶液中滴入不同含量的氧化石墨烯分散液，通过控制反应时间和温度，实现石墨烯对Dy3+/Eu3+的改性和成分调控，最终在真空气氛中烘干得到石墨烯改性/Dy3+/Eu3+粉体；
步骤5：将步骤1获得混合粉末与步骤4获得石墨烯改性/Dy3+/Eu3+粉体置于通有还原气氛(5％H2+95％N2)高温管式炉中，一定温度下处理一定时间，随后进行球磨破碎处理，筛选获得粉末粒径约1μm～3μm的石墨烯改性的SrAl2Si2O8:Eu3+,Dy3+粉末；
步骤6：称取粒径为1μm～3μm的WC-Co粉末，与步骤5获得粉末混合，加入一定量粘结剂聚乙烯醇，一定温度下，在一定搅拌速率范围内搅拌一定时间，将搅拌混合后的液料在真空条件下进行喷涂造粒，获得一定粒度的石墨烯共掺杂Dy3+/Eu3+的WC-Co粉体材料；采用热喷涂技术制备石墨烯改性的SrAl2 Si2O8:Eu3+,Dy3+共掺杂WC-Co可视耐磨涂层。
上述中，所述步骤1中，碳酸锶(SrCO3)：氧化铝(Al2O3)：二氧化硅(SiO2)的质量比为2.5～3:1.5:1，酒精与碳酸锶(SrCO3)：氧化铝(Al2O3)：二氧化硅(SiO2)的混合粉末质量比为2～3:1，球磨时间约70min～100min，球磨混合后粉末在高温炉中处理温度为940℃～1080℃，处理时间为4h～7h。
上述中，所述步骤2中，氧化石墨烯与无水乙醇质量百分比为1:100～300，超声分散时间为120min～180min，超声频率为15Hz。
所述步骤3中，氧化铕(Eu2O3)和氧化镝(Dy2O3)采用稀盐酸混合，其中氧化铕与氧化镝质量百分比为2～2.5:1，蒸馏水与氧化铕复合氧化镝混合物质量比为25～30:1，高速搅拌机以500rpm/min速率，搅拌均匀处理50min～90min。
上述中，所述步骤4中，将所述步骤3搅拌均匀处理的氧化铕和氧化镝混合溶液不断滴入不同含量的步骤2获得的氧化石墨烯分散液，其中两种混合液的比例控制在质量百分比为6～10:1，在真空条件下，以600rpm/min的速率不断搅拌，加热温度为400℃～600℃，搅拌时间为50～90min，同时不断滴入浓氨水。
上述中，所述步骤5中，将步骤1获得混合粉末与步骤4获得石墨烯改性/Dy3+/Eu3+粉体置于通有还原气氛(5％H2+95％N2)高温管式炉中，处理温度为1480℃～1640℃，处理时间为4h～6h，随后进行球磨破碎处理，筛选获得粉末粒径约1μm～3μm的石墨烯改性的SrAl2Si2O8:Eu3+,Dy3+粉末。
上述中，所述步骤6中，称取步骤5获得石墨烯改性的SrAl2 Si2O8:Eu3+,Dy3+粉末与粒径为1μm～3μm的WC-Co粉末质量比为1％～3％，与步骤1获得粉末混合，加入一定量聚乙烯醇，加热60～80℃，搅拌60～90min，搅拌速率500～700rpm/min。将搅拌混合后的液料在真空条件下进行喷雾造粒，获得粒径为30μm～45μm的石墨烯改性的SrAl2 Si2O8:Eu3+,Dy3+共掺杂WC-Co的喷涂材料。
上述中，所述步骤6中，热喷涂技术制备石墨烯改性的残余应力敏感涂层包括但不限于采用爆炸喷涂技术、超音速火焰喷涂技术、等离子喷涂技术、高速电弧喷涂技术。
上述中，采用爆炸喷涂技术制备石墨烯改性的残余应力敏感涂层工艺时：氮气为送粉气和清扫气，氧气和乙炔为热源气体，氧气和乙炔的气体流量比为1.0～1.5，气体充枪量为60～90％，调节爆炸频率为3～7次/秒，喷涂距离为250～300mm，送粉率为0.2～0.7g/s。
与最接近的现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)相比传统热喷涂制备的WC-Co耐磨涂层无法评估涂层内部残余应力变化的难题，本发明提供的石墨烯改性的SrAl2 Si2O8:Eu3+,Dy3+共掺杂WC-Co的喷涂粉末，采用热喷涂技术制备残余应力敏感涂层可以实时涂层内部全厚度范围内的残余应力变化，可以对涂层由于残余应力集中导致失效起到预警作用，监控涂层完整性及安全服役状况。
2)相比单一稀土离子Eu3+在残余应力敏感涂层中的应用，存在荧光强度信号弱的难题，本发明通过Dy3+/Eu3+共掺杂的协同作用机制，能够在实现制备残余应力敏感涂层在全厚度范围内的残余应力诱发光强度的高灵敏响应。
3)本发明提供的技术方案可以在片层石墨烯改性SrAl2 Si2O8:Eu3+,Dy3+，通过控制反应物之间的含量比，及反应条件，可以实现石墨烯表面共掺杂纳米氧化铕和氧化镝颗粒的尺寸、形貌、含量调控，采用石墨烯对Dy3+/Eu3+离子进行改性，实现增强稀土离子光学性能的目的。
4)相比石墨烯不经改性直接添加到喷涂粉末制备的残余应力敏感涂层，本发明所获得的石墨烯改性喷涂粉末在喷涂过程中减少被高速、高温的喷涂焰流吹飞而损失掉，有效的保留了石墨烯在涂层中的成分含量和均匀分布。
5)本发明提供的石墨烯改性的SrAl2 Si2O8:Eu3+,Dy3+共掺杂WC-Co的喷涂粉末，采用热喷涂技术制备残余应力敏感涂层，石墨烯一方面可以提高涂层的强度和韧性，另外利用石墨烯/Dy3+/Eu3+弥散分布在涂层内部作为第二相增韧涂层，同时起到对涂层发生裂纹具有抑制和应力松弛的作用，对提高残余应力敏感涂层服役性能有很大的意义。
附图说明
图1为石墨烯改性的SrAl2 Si2O8:Eu3+,Dy3+共掺杂WC-Co的喷涂粉末低倍扫描电镜图。
图2为石墨烯改性的SrAl2 Si2O8:Eu3+,Dy3+共掺杂WC-Co的喷涂粉末高倍扫描电镜图。
图3为爆炸喷涂技术制备的石墨烯改性的残余应力敏感涂层断口扫描电镜图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
实施例1：
本发明提供一种石墨烯改性的残余应力敏感涂层的制备方法，包括以下步骤：步骤(1)称取30g的碳酸锶(SrCO3)，20g的氧化铝(Al2O3)，10g二氧化硅(SiO2)，称取500ml酒精，混合粉末与酒精置于行星式球磨机中进行球磨混合70min，直至酒精完全挥发。随后转置于刚玉舟中，在高温炉中处理温度为940℃，处理时间为4h。
步骤(2)称取1g氧化石墨烯分散在300ml无水乙醇中超声震荡制备氧化石墨烯分散液。超声分散时间为120min，超声频率为15Hz。
步骤(3)称取2g氧化铕(Eu2O3)和1g氧化镝(Dy2O3)，加入300ml稀盐酸溶解，同时加入300ml蒸馏水，高速搅拌机以500rpm/min速率，搅拌均匀处理50min，最终混合液呈悬浮状态。
步骤(4)在步骤(3)获得氧化铕(Eu2O3)和氧化镝(Dy2O3)混合溶液中滴入不同含量的氧化石墨烯分散液，其中两种混合液的比例控制在质量百分比为6:1，在真空条件下，以600rpm/min的速率不断搅拌，加热温度为400℃，搅拌时间为50min，同时不断滴入浓氨水。实现石墨烯对Dy3+/Eu3+的改性和成分调控，最终在真空气氛中烘干得到石墨烯改性/Dy3+/Eu3+粉体。
步骤(5)将步骤(1)获得混合粉末与步骤(4)获得石墨烯改性/Dy3+/Eu3+粉体置于通有还原气氛(5％H2+95％N2)高温管式炉中，处理温度为1480℃，处理时间为4h，随后进行球磨破碎处理，筛选获得粉末粒径约1μm～3μm的石墨烯改性的SrAl2 Si2O8:Eu3+,Dy3+粉末。
步骤(6)称取粒径为1μm～3μm的WC-Co粉末3000g，与步骤(5)获得石墨烯改性的SrAl2 Si2O8:Eu3+,Dy3+粉末混合，加入一定量粘结剂聚乙烯醇，加热60℃，搅拌60min，搅拌速率500rpm/min。将搅拌混合后的液料在真空条件下进行喷雾造粒，获得粒径为30μm～45μm的石墨烯改性的SrAl2Si2O8:Eu3+,Dy3+共掺杂WC-Co的喷涂材料。
步骤(7)采用爆炸喷涂技术制备石墨烯改性的残余应力敏感涂层，氧气和乙炔的气体流量比为1.0，气体充枪量为60％，调节爆炸频率为3次/秒，喷涂距离为250mm，送粉率为0.2g/s。
如图1所示为该实例制备的石墨烯改性的SrAl2 Si2O8:Eu3+,Dy3+共掺杂WC-Co的喷涂材料低倍扫描电镜图。可以看出，制备的粉末颗粒粒度均匀、团聚较好、球形粒度尺寸完整、流动性好。
如图2所示为该实例制备的石墨烯改性的SrAl2 Si2O8:Eu3+,Dy3+共掺杂WC-Co的喷涂材料高倍扫描电镜图，如图中箭头所示可以看到纳米薄层的透明状氧化石墨烯嵌入在球形颗粒内部，粘附在颗粒表面，石墨烯表面也附着生长有纳米尺度的氧化铕和氧化镝颗粒。
如图3所示为石墨烯改性的残余应力敏感涂层内部石墨烯“嵌入式”存在的高倍扫描电镜图，如图中箭头所示可以看到纳米薄层的透明状石墨烯嵌入在涂层组织内部，说明爆炸喷涂有效保留了石墨烯在涂层中的存在。
实施例2：
在上述实施例的基础上，本实施例的步骤为：步骤(1)称取60g的碳酸锶(SrCO3)，30g的氧化铝(Al2O3)，20g二氧化硅(SiO2)，称取1000ml酒精，混合粉末与酒精置于行星式球磨机中进行球磨混合80min，直至酒精完全挥发。随后转置于刚玉舟中，在高温炉中处理温度为1000℃，处理时间为5h。
步骤(2)称取2g氧化石墨烯分散在600ml无水乙醇中超声震荡制备氧化石墨烯分散液。超声分散时间为140min，超声频率为15Hz。
步骤(3)称取4g氧化铕(Eu2O3)和2g氧化镝(Dy2O3)，加入600ml稀盐酸溶解，同时加入600ml蒸馏水，高速搅拌机以500rpm/min速率，搅拌均匀处理70min，最终混合液呈悬浮状态。
步骤(4)在步骤(3)获得氧化铕(Eu2O3)和氧化镝(Dy2O3)混合溶液中滴入不同含量的氧化石墨烯分散液，其中两种混合液的比例控制在质量百分比为7:1，在真空条件下，以600rpm/min的速率不断搅拌，加热温度为500℃，搅拌时间为60min，同时不断滴入浓氨水。实现石墨烯对Dy3+/Eu3+的改性和成分调控，最终在真空气氛中烘干得到石墨烯改性/Dy3+/Eu3+粉体。
步骤(5)将步骤(1)获得混合粉末与步骤(4)获得石墨烯改性/Dy3+/Eu3+粉体置于通有还原气氛(5％H2+95％N2)高温管式炉中，处理温度为1520℃，处理时间为5h，随后进行球磨破碎处理，筛选获得粉末粒径约1μm～3μm的石墨烯改性的SrAl2 Si2O8:Eu3+,Dy3+粉末。
步骤(6)称取粒径为1μm～3μm的WC-Co粉末6000g，与步骤(5)获得石墨烯改性的SrAl2 Si2O8:Eu3+,Dy3+粉末混合，加入一定量粘结剂聚乙烯醇，加热70℃，搅拌70min，搅拌速率600rpm/min。将搅拌混合后的液料在真空条件下进行喷雾造粒，获得粒径为30μm～45μm的石墨烯改性的SrAl2 Si2O8:Eu3+,Dy3+共掺杂WC-Co的喷涂材料。
步骤(7)采用爆炸喷涂技术制备石墨烯改性的残余应力敏感涂层，氧气和乙炔的气体流量比为1.2，气体充枪量为70％，调节爆炸频率为4次/秒，喷涂距离为265mm，送粉率为0.4g/s。
实施例3：
在上述实施例的基础上，本实施例的步骤为：步骤(1)称取80g的碳酸锶(SrCO3)，60g的氧化铝(Al2O3)，20g二氧化硅(SiO2)，称取1000ml酒精，混合粉末与酒精置于行星式球磨机中进行球磨混合90min，直至酒精完全挥发。随后转置于刚玉舟中，在高温炉中处理温度为1040℃，处理时间为7h。
步骤(2)称取4g氧化石墨烯分散在1000ml无水乙醇中超声震荡制备氧化石墨烯分散液。超声分散时间为160min，超声频率为15Hz。
步骤(3)称取3g氧化铕(Eu2O3)和1.5g氧化镝(Dy2O3)，加入600ml稀盐酸溶解，同时加入600ml蒸馏水，高速搅拌机以500rpm/min速率，搅拌均匀处理80min，最终混合液呈悬浮状态。
步骤(4)在步骤(3)获得氧化铕(Eu2O3)和氧化镝(Dy2O3)混合溶液中滴入不同含量的氧化石墨烯分散液，其中两种混合液的比例控制在质量百分比为8:1，在真空条件下，以600rpm/min的速率不断搅拌，加热温度为500℃，搅拌时间为80min，同时不断滴入浓氨水。实现石墨烯对Dy3+/Eu3+的改性和成分调控，最终在真空气氛中烘干得到石墨烯改性/Dy3+/Eu3+粉体。
步骤(5)将步骤(1)获得混合粉末与步骤(4)获得石墨烯改性/Dy3+/Eu3+粉体置于通有还原气氛(5％H2+95％N2)高温管式炉中，处理温度为1600℃，处理时间为5h，随后进行球磨破碎处理，筛选获得粉末粒径约1μm～3μm的石墨烯改性的SrAl2 Si2O8:Eu3+,Dy3+粉末。
步骤(6)称取粒径为1μm～3μm的WC-Co粉末7000g，与步骤(5)获得石墨烯改性的SrAl2Si2O8:Eu3+,Dy3+粉末混合，加入一定量粘结剂聚乙烯醇，加热70℃，搅拌80min，搅拌速率600rpm/min。将搅拌混合后的液料在真空条件下进行喷雾造粒，获得粒径为30μm～45μm的石墨烯改性的SrAl2Si2O8:Eu3+,Dy3+共掺杂WC-Co的喷涂材料。
步骤(7)采用爆炸喷涂技术制备石墨烯改性的残余应力敏感涂层，氧气和乙炔的气体流量比为1.3，气体充枪量为80％，调节爆炸频率为5次/秒，喷涂距离为270mm，送粉率为0.5g/s。
实例4：
在上述实施例的基础上，本实施例的步骤为：步骤(1)称取90g的碳酸锶(SrCO3)，60g的氧化铝(Al2O3)，30g二氧化硅(SiO2)，称取1200ml酒精，混合粉末与酒精置于行星式球磨机中进行球磨混合90min，直至酒精完全挥发。随后转置于刚玉舟中，在高温炉中处理温度为1080℃，处理时间为6h。
步骤(2)称取4g氧化石墨烯分散在1000ml无水乙醇中超声震荡制备氧化石墨烯分散液。超声分散时间为180min，超声频率为15Hz。
步骤(3)称取4g氧化铕(Eu2O3)和2g氧化镝(Dy2O3)，加入1000ml稀盐酸溶解，同时加入600ml蒸馏水，高速搅拌机以500rpm/min速率，搅拌均匀处理90min，最终混合液呈悬浮状态。
步骤(4)在步骤(3)获得氧化铕(Eu2O3)和氧化镝(Dy2O3)混合溶液中滴入不同含量的氧化石墨烯分散液，其中两种混合液的比例控制在质量百分比为10:1，在真空条件下，以600rpm/min的速率不断搅拌，加热温度为600℃，搅拌时间为90min，同时不断滴入浓氨水。实现石墨烯对Dy3+/Eu3+的改性和成分调控，最终在真空气氛中烘干得到石墨烯改性/Dy3+/Eu3+粉体。
步骤(5)将步骤(1)获得混合粉末与步骤(4)获得石墨烯改性/Dy3+/Eu3+粉体置于通有还原气氛(5％H2+95％N2)高温管式炉中，处理温度为1640℃，处理时间为6h，随后进行球磨破碎处理，筛选获得粉末粒径约1μm～3μm的石墨烯改性的SrAl2 Si2O8:Eu3+,Dy3+粉末。
步骤(6)称取粒径为1μm～3μm的WC-Co粉末6000g，与步骤(5)获得石墨烯改性的SrAl2 Si2O8:Eu3+,Dy3+粉末混合，加入一定量粘结剂聚乙烯醇，加热80℃，搅拌90min，搅拌速率700rpm/min。将搅拌混合后的液料在真空条件下进行喷雾造粒，获得粒径为30μm～45μm的石墨烯改性的SrAl2 Si2O8:Eu3+,Dy3+共掺杂WC-Co的喷涂材料。
步骤(7)采用爆炸喷涂技术制备石墨烯改性的残余应力敏感涂层，氧气和乙炔的气体流量比为1.5，气体充枪量为90％，调节爆炸频率为7次/秒，喷涂距离为300mm，送粉率为0.7g/s。
与最接近的现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)相比传统热喷涂制备的WC-Co耐磨涂层无法评估涂层内部残余应力变化的难题，本发明提供的石墨烯改性的SrAl2 Si2O8:Eu3+,Dy3+共掺杂WC-Co的喷涂粉末，采用热喷涂技术制备残余应力敏感涂层可以实时涂层内部全厚度范围内的残余应力变化，可以对涂层由于残余应力集中导致失效起到预警作用，监控涂层完整性及安全服役状况。
2)相比单一稀土离子Eu3+在残余应力敏感涂层中的应用，存在荧光强度信号弱的难题，本发明通过Dy3+/Eu3+共掺杂的协同作用机制，能够在实现制备残余应力敏感涂层在全厚度范围内的残余应力诱发光强度的高灵敏响应。
3)本发明提供的技术方案可以在片层石墨烯改性SrAl2 Si2O8:Eu3+,Dy3+，通过控制反应物之间的含量比，及反应条件，可以实现石墨烯表面共掺杂纳米氧化铕和氧化镝颗粒的尺寸、形貌、含量调控，采用石墨烯对Dy3+/Eu3+离子进行改性，实现增强稀土离子光学性能的目的。
4)相比石墨烯不经改性直接添加到喷涂粉末制备的残余应力敏感涂层，本发明所获得的石墨烯改性喷涂粉末在喷涂过程中减少被高速、高温的喷涂焰流吹飞而损失掉，有效的保留了石墨烯在涂层中的成分含量和均匀分布。
5)本发明提供的石墨烯改性的SrAl2 Si2O8:Eu3+,Dy3+共掺杂WC-Co的喷涂粉末，采用热喷涂技术制备残余应力敏感涂层，石墨烯一方面可以提高涂层的强度和韧性，另外利用石墨烯/Dy3+/Eu3+弥散分布在涂层内部作为第二相增韧涂层，同时起到对涂层发生裂纹具有抑制和应力松弛的作用，对提高残余应力敏感涂层服役性能有很大的意义。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种石墨烯改性的残余应力敏感涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：称取一定量的碳酸锶(SrCO3)、氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)，称取一定量酒精，混合粉末与酒精置于行星式球磨机中进行球磨混合一定时间，直至酒精完全挥发；随后转置于刚玉舟中，置于真空高温炉中一定温度下保温一定时间；
步骤2：称取一定量氧化石墨烯分散在无水乙醇中超声震荡制备氧化石墨烯分散液；
步骤3：将氧化铕(Eu2O3)和氧化镝(Dy2O3)采用稀盐酸溶解，同时加入一定量蒸馏水，搅拌处理一定时间，最终混合液呈悬浮状态；
步骤4：在步骤3获得氧化铕(Eu2O3)和氧化镝(Dy2O3)混合溶液中滴入不同含量的氧化石墨烯分散液，通过控制反应时间和温度，实现石墨烯对Dy3+/Eu3+的改性和成分调控，最终在真空气氛中烘干得到石墨烯改性/Dy3+/Eu3+粉体；
步骤5：将步骤1获得混合粉末与步骤4获得石墨烯改性/Dy3+/Eu3+粉体置于通有还原气氛(5％H2+95％N2)高温管式炉中，一定温度下处理一定时间，随后进行球磨破碎处理，筛选获得粉末粒径约1μm～3μm的石墨烯改性的SrAl2Si2O8:Eu3+,Dy3+粉末；
步骤6：称取粒径为1μm～3μm的WC-Co粉末，与步骤5获得粉末混合，加入一定量粘结剂聚乙烯醇，一定温度下，在一定搅拌速率范围内搅拌一定时间，将搅拌混合后的液料在真空条件下进行喷涂造粒，获得一定粒度的石墨烯共掺杂Dy3+/Eu3+的WC-Co粉体材料；采用热喷涂技术制备石墨烯改性的SrAl2 Si2O8:Eu3+,Dy3+共掺杂WC-Co可视耐磨涂层；
所述步骤1中，碳酸锶(SrCO3)：氧化铝(Al2O3)：二氧化硅(SiO2)的质量比为3:1.5:1，酒精与碳酸锶(SrCO3)：氧化铝(Al2O3)：二氧化硅(SiO2)的混合粉末，球磨时间约70min～100min，球磨混合后粉末在高温炉中处理温度为940℃～1080℃，处理时间为4h～7h；
所述步骤2中，氧化石墨烯与无水乙醇质量百分比为1:100～300，超声分散时间为120min～180min，超声频率为15Hz；
所述步骤3中，氧化铕(Eu2O3)和氧化镝(Dy2O3)采用稀盐酸混合，其中氧化铕与氧化镝质量百分比为2～2.5:1，蒸馏水与氧化铕复合氧化镝混合物质量比为25～30:1，高速搅拌机以500rpm/min速率，搅拌均匀处理50min～90min；
所述步骤4中，将所述步骤3搅拌均匀处理的氧化铕和氧化镝混合溶液不断滴入不同含量的步骤2获得的氧化石墨烯分散液，其中两种混合液的比例控制在质量百分比为6～10:1，在真空条件下，以600rpm/min的速率不断搅拌，加热温度为400℃～600℃，搅拌时间为50～90min，同时不断滴入浓氨水；
所述步骤5中，将步骤1获得混合粉末与步骤4获得石墨烯改性/Dy3+/Eu3+粉体置于通有还原气氛(5％H2+95％N2)高温管式炉中，处理温度为1480℃～1640℃，处理时间为4h～6h，随后进行球磨破碎处理，筛选获得粉末粒径约1μm～3μm的石墨烯改性的SrAl2Si2O8:Eu3+,Dy3+粉末；
所述步骤6中，称取步骤5获得石墨烯改性的SrAl2Si2O8:Eu3+,Dy3+粉末与粒径为1μm～3μm的WC-Co粉末质量比为1％～3％，加入一定量聚乙烯醇，加热60～80℃，搅拌60～90min，搅拌速率500～700rpm/min；将搅拌混合后的液料在真空条件下进行喷雾造粒，获得粒径为30μm～45μm的石墨烯改性的SrAl2Si2O8:Eu3+,Dy3+共掺杂WC-Co的喷涂材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤6中，热喷涂技术制备石墨烯改性的残余应力敏感涂层包括但不限于采用爆炸喷涂技术、超音速火焰喷涂技术、等离子喷涂技术、高速电弧喷涂技术。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，采用爆炸喷涂技术制备石墨烯改性的残余应力敏感涂层工艺时：氮气为送粉气和清扫气，氧气和乙炔为热源气体，氧气和乙炔的气体流量比为1.0～1.5，气体充枪量为60～90％，调节爆炸频率为3～7次/秒，喷涂距离为250～300mm，送粉率为0.2～0.7g/s。
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