CN112831773A - 一种基于立体成型的叶轮陶瓷涂层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于立体成型的叶轮陶瓷涂层的制备方法，其首先获得叶轮的投影图，并在二维图中以明暗程度体现出不同位置的紫外光照射剂量，选择叶轮旋转的转速，在紫外光照射叶轮的同时对叶轮进行旋转，此时叶轮周围的陶瓷前驱体会在叶轮表面进行固化，接着将表面带有固化层的叶轮取出进行烧结，最终得到表面带有陶瓷涂层的叶轮。该方法涂覆均匀，操作简单，剩余陶瓷前驱体可重复使用。
Description
技术领域
本发明涉及叶轮表面处理领域，尤其涉及一种基于立体成型的叶轮陶瓷涂层的制备方法。
背景技术
叶轮在机械领域应用非常广泛，属于机械行业中必不可少的部件之一。但是其使用条件比较恶劣，比如冲击力大，腐蚀性大，这使得对叶轮表面进行保护显得尤为重要。大量实践表明，表面涂覆涂层是提高材料耐磨防腐性能中最有效、最常用的一种方法。在涂层材料的选择上，陶瓷涂层由于具有：附着力大，远远高于普通涂层，这种较高附着力，可有效避免涂层下产生腐蚀，消除了传统材料存在的涂层脱落现象。
目前，现有对叶轮表面进行陶瓷涂覆存在以下局限：
1)叶片与前后盖板之间的缝隙涂覆不完全；
2)涂层涂覆不够均匀；
3)涂层材料制作复杂；
4)涂覆操作复杂；
5)材料浪费严重。
因此，为了更好地对叶轮表面进行陶瓷涂覆，必须找出一种方法解决上述问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于立体成型的叶轮陶瓷涂层的制备方法以及制备装置，它利用3D打印陶瓷前驱体再烧结转为陶瓷的方法来对叶轮表面进行陶瓷涂层的覆盖。
为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：
一种基于立体成型的叶轮陶瓷涂层的制备方法，其以叶轮的初始摆放位置开始，得出该初始位置下，叶轮在投影仪角度的投影图。并在二维图中以明暗程度体现出不同位置的紫外光照射剂量，选择叶轮旋转的转速，在紫外光照射叶轮的同时对叶轮进行旋转，此时叶轮周围的陶瓷前驱体会在叶轮表面进行固化，接着将表面带有固化层的叶轮取出进行烧结，最终得到表面带有陶瓷涂层的叶轮。
在本申请的一些实施例中，基于立体成型的叶轮陶瓷涂层的制备方法，具体为：
1)根据叶轮三维结构计算不同位置下的紫外光照射剂量，通过轴向计算层析成象技术制作二维投影图；
2)配制陶瓷前驱体溶液；
3)在储料筒中倒入陶瓷前驱体，并将叶轮浸入陶瓷前驱体溶液中加以固定；
4)打开投影光源的同时开始以一定转速旋转储料筒；
5)固化完成后取出叶轮进行表面清理；
6)对未完全固化部分进行二次固化；
7)完成烧结。
在本申请的一些实施例中，所述陶瓷前驱体为正丙醇锆或聚碳硅氮烷和甲基丙烯酸按照体积分数2∶1混合，并加入1wt.％的光敏引发剂，配制成型陶瓷前驱体溶液。
在本申请的一些实施例中，所述储料筒的转速优选为30转/秒。
在本申请的一些实施例中，当所述陶瓷前驱体为正丙醇锆和甲基丙烯酸混合时，所述烧结程序为先以1℃/min加热到600℃保温1h，再以5℃/min加热到1200℃保温2h。
在本申请的一些实施例中，当所述陶瓷前驱体为聚碳硅氮烷和甲基丙烯酸混合时，以1℃/min加热到600℃保温1h，再以10℃/min加热到1500℃保温2h，接着自然冷却这样的烧结参数进行烧结，得到SiCN陶瓷涂层。
在本申请的一些实施例中，所述陶瓷涂层为ZrOC或SiCN陶瓷涂层。
在本申请的一些实施例中，基于立体成型的叶轮陶瓷涂层的制备方法所用的制备装置，包括投影仪、储料筒、底座、升降台、叶轮。
在本申请的一些实施例中，所述投影仪，用于获得叶轮的投影图；
所述储料筒，用于放置陶瓷前驱体溶液；
所述底座，用于放置所述投影仪、储料筒和升降台；
所述升降台，用于调整出料筒的高度。
本发明的有益效果体现在：
1)陶瓷前驱体可以渗透到每个角落，这样可以解决角落涂层覆盖不到的问题；
2)陶瓷前驱体直接固化使得涂层更加均匀；
3)不需要直接制作陶瓷涂层材料；
4)整个过程直接是光固化过程，操作简单，结合特定的烧结温度，得到的陶瓷涂层致密度和抗腐蚀性能好；
5)剩余陶瓷前驱体可以重复使用，浪费很小。
结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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是本发明提出的基于立体成型的叶轮陶瓷涂层的制备方法所用的制备装置结构示意图；
1、投影仪；2、底座；3、储料筒；4、升降台；5、叶轮。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在本发明的描述中，需要理解的是，术语″中心″、″上″、″下″、″前″、″后″、″左″、″右″、″竖直″、″水平″、″顶″、″底″、″内″、″外″等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语″安装″、″相连″、″连接″应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
术语″第一″、″第二″仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有″第一″、″第二″的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，″多个″的含义是两个或两个以上。
实施例1
1)根据叶轮结构计算不同位置下的紫外光照射剂量，制作二维投影图；
2)配制陶瓷前驱体，将正丙醇锆和甲基丙烯酸按照体积比2∶1混合，并加入1wt.％的光敏引发剂，配制成型陶瓷前驱体溶液；
3)在储料筒中倒入陶瓷前驱体，并将叶轮浸入溶液中加以固定；
4)打开投影光源的同时开始以30秒每转的转速旋转储料筒；
5)固化完成后取出叶轮进行表面清理；
6)对未完全固化部分进行二次固化；
7)以1℃/min加热到600℃保温1h，再以5℃/min加热到1200℃保温2h，接着自然冷却这样的烧结参数进行烧结，得到ZrOC。
实施例2
1)根据叶轮结构计算不同位置下的紫外光照射剂量，制作二维投影图；
2)配制陶瓷前驱体，将聚碳硅氮烷和甲基丙烯酸按照2∶1混合，并加入1wt.％的光敏引发剂，配制成型陶瓷前驱体溶液；
3)在储料筒中倒入陶瓷前驱体，并将叶轮浸入溶液中加以固定；
4)打开投影光源的同时开始以100mm/h的转速旋转储料筒；
5)固化完成后取出叶轮，用酒精将表面未固化的部分清洗干净；
6)用紫外固化灯对未完全固化部分进行二次固化；
7)以1℃/min加热到600℃保温1h，再以10℃/min加热到1500℃保温2h，接着自然冷却这样的烧结参数进行烧结，得到SiCN陶瓷涂层。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种基于立体成型的叶轮陶瓷涂层的制备方法，其特征在于：其以叶轮的初始摆放位置开始，得出该初始位置下，叶轮在投影仪角度的投影图，并在二维图中以明暗程度体现出不同位置的紫外光照射剂量，选择叶轮旋转的转速，在紫外光照射叶轮的同时对叶轮进行旋转，此时叶轮周围的陶瓷前驱体会在叶轮表面进行固化，接着将表面带有固化层的叶轮取出进行烧结，最终得到表面带有陶瓷涂层的叶轮。
2.根据权利要求1所述的一种基于立体成型的叶轮陶瓷涂层的制备方法，其特征在于：所述方法具体为：
1)根据叶轮三维结构计算不同位置下的紫外光照射剂量，通过轴向计算层析成象技术制作二维投影图；
2)配制陶瓷前驱体溶液；
3)在储料筒中倒入陶瓷前驱体，并将叶轮浸入陶瓷前驱体溶液中加以固定；
4)打开投影光源的同时开始以一定转速旋转储料筒；
5)固化完成后取出叶轮进行表面清理；
6)对未完全固化部分进行二次固化；
7)完成烧结。
3.根据权利要求1所述的一种基于立体成型的叶轮陶瓷涂层的制备方法，其特征在于：所述陶瓷前驱体为正丙醇锆和甲基丙烯酸，或聚碳硅氮烷和甲基丙烯酸按照体积分数2:1混合，并加入1wt.％的光敏引发剂，配制成型陶瓷前驱体溶液。
4.根据权利要求2所述的一种基于立体成型的叶轮陶瓷涂层的制备方法，其特征在于：所述储料筒的转速优选为30转/秒。
5.根据权利要求3所述的一种基于立体成型的叶轮陶瓷涂层的制备方法，其特征在于：当所述陶瓷前驱体为正丙醇锆和甲基丙烯酸混合时，烧结温度为先以1℃/min加热到600℃保温1h，再以5℃/min加热到1200℃保温2h。
6.根据权利要求3所述的一种基于立体成型的叶轮陶瓷涂层的制备方法，其特征在于：当所述陶瓷前驱体为聚碳硅氮烷和甲基丙烯酸混合时，以1℃/min加热到600℃保温1h，再以10℃/min加热到1500℃保温2h，接着自然冷却这样的烧结参数进行烧结，得到SiCN陶瓷涂层。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种基于立体成型的叶轮陶瓷涂层的制备方法，其特征在于：所述制备方法所用的制备装置，包括投影仪、储料筒、底座、升降台、叶轮。
8.根据权利要求7所述的一种基于立体成型的叶轮陶瓷涂层的制备方法，其特征在于：
所述投影仪，用于获得叶轮的投影图；
所述储料筒，用于放置陶瓷前驱体溶液；
所述底座，用于放置所述投影仪、储料筒和升降台；
所述升降台，用于调整出料筒的高度。
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