[发明专利]制备残余应力涂层用石墨烯改性热喷涂粉末的制备方法

说明书

本发明提供制备残余应力涂层用石墨烯改性热喷涂粉末的制备方法，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。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。采用上述方案，喷涂粉末粒度均匀，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。

技术领域

本发明属于热喷涂技术制备残余应力敏感涂层的石墨烯改性的CaAl2Si2O8:Eu3+,Dy3+共掺杂WC-Co的喷涂材料技术领域，尤其涉及的是一种制备残余应力涂层用石墨烯改性热喷涂粉末的制备方法。

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。