專利名稱：一種智能涂層及其制備方法
技術領域：
本發明涉及表面涂層技術領域，更具體地說，涉及ー種智能涂層及其制備方法。
背景技術：
現有零件表面在服役時，若其動態損傷無法感知，則無法掌控零件表面的磨損狀態。當前的零件表面疲勞磨損試驗多以震動、摩擦系數、溫度等因素的變化作為評估零件表面磨損狀態的判斷依據。當選定判斷因素的實際值超過了預設的門檻值，則說明零件表面失效，然后對失效件進行斷ロ分析，通過經驗或經典理論反向推斷出失效機理。但是這種以“事后判斷”為主的失效行為與機理研究，不能判斷零件表面的臨界失效狀態，故無法建立可動態監測并控制零件表面失效的掌控機制。 由于智能傳感元件可以實時監控零件表面的磨損狀態，因此,在零件表面上設置智能傳感單元便成了人們的首選。當前常用的ー種智能傳感單元是壓電傳感器，所述壓電傳感器是利用壓電材料的壓電效應制備的。在壓電傳感器在應用到機械設備的過程中，需要將壓電傳感器粘貼到設備(或零件)上。但是，由于ー些機械設備的結構復雜或工作環境惡劣，使得所述壓電傳感器與設備(或零件)間的結合度差，造成了壓電傳感器的檢測精度差，甚至脫落的問題。

發明內容
有鑒于此，本發明提供ー種智能涂層及其制備方法，該智能涂層的方法能夠極大地提高傳感器與設備基底間的結合強度，進而避免壓電傳感器的檢測精度差，甚至脫落的問題。。為實現上述目的，本發明提供如下技術方案ー種智能涂層，包括基底；第一絕緣層，所述第一絕緣層覆蓋在所述基底表面上；多個第一傳感單元，所述多個第一傳感單元設置在所述第一絕緣層表面上，沿第二方向排列，且所述第一傳感單兀沿第一方向延伸；第二絕緣層，所述第二絕緣層覆蓋在所述多個第一傳感單元和第一絕緣層表面上；多個第二傳感單元，所述多個第二傳感單元設置在所述第二絕緣層表面上，沿第一方向排列，且所述第二傳感單元沿第二方向延伸；耐磨層，所述耐磨層覆蓋在所述第二傳感單元和第二絕緣層表面上；其中，所述多個第一傳感單元和多個第二傳感單元具有壓電效應。優選的，所述第一方向與第二方向相互垂直。
優選的，所述第一傳感單元寬度和第二傳感單元的寬度均為2mnT4mm。優選的，相鄰的兩個第一傳感單元之間的距離和相鄰的兩個第二傳感單元之間的距離均為2mnr"4mm。優選的，所述第一絕緣層和第二絕緣層均為氧化鋁層或氧化鈦層或氧化鋁與氧化鈦的合金層。優選的，所述第一傳感單元和第二傳感單元的制作材料均為PbTi03。優選的，所述智能涂層還包括第一上電極，所述第一上電極設置在所述第一傳感單元上表面邊緣；第一下電極，所述第一下電極設置在所述第一傳感單元下表面邊緣；第二上電極，所述第二上電極設置在所述第二傳感單元表面上；第二下電極，所述第二下電極設置在所述第二傳感單元下表面邊緣。ー種智能涂層的制備方法，包括在一基底表面上形成第一絕緣層；在所述絕緣層表面上形成多個第一傳感單元，所述多個第一傳感單元沿第二方向排列，且所述第一傳感單兀沿第一方向延伸；在所述多個第一傳感單元和第一絕緣層表面上形成第二絕緣層；在所述第二絕緣層表面上形成多個第二傳感單元，所述多個第二傳感單元沿第一方向排列，且所述第二傳感單元沿第二方向延伸；在所述第二傳感單元和第二絕緣層表面上形成耐磨層；對所述第一傳感單元和第二傳感單元進行極化處理，使所述第一傳感單元和第二傳感單元具有壓電效應。優選的，所述在一基底表面上形成第一絕緣層，包括通過超音速等離子噴涂エ藝在所述基底表面上形成第一絕緣層。優選的，在所述多個第一傳感單元和第一絕緣層表面上形成第二絕緣層，包括通過超音速等離子噴涂エ藝在所述多個第一傳感單元和第一絕緣層表面上形成
第二絕緣層。優選的，在所述第一絕緣層表面上形成多個第一傳感單元，包括將具有多個第一傳感單元形狀的掩膜覆蓋在所述第一絕緣層表面上；通過超音速等離子噴涂エ藝在所述第一絕緣層表面上形成多個第一傳感單元。優選的，在所述第二絕緣層表面上形成多個第二傳感單元，包括將具有多個第二傳感單元形狀的掩膜覆蓋在所述第二絕緣層表面上；通過超音速等離子噴涂エ藝在所述第二絕緣層表面上形成多個第二傳感單元。優選的，在所述第二傳感單元、第和第二絕緣層表面上形成耐磨層，包括通過超音速等離子噴涂エ藝在所述第二傳感單元和第二絕緣層表面上形成耐磨層。優選的，所述方法還包括在所述第一傳感單元上表面邊緣形成第一上電極；在所述第一傳感單元下表面邊緣形成第一下電極；在所述第二傳感單元表面上形成第二上電極；
在所述第二傳感單元下表面邊緣形成第二下電極；烘干。優選的，在一基底表面上形成第一絕緣層之前，還包括對所述基底表面進行預處理，得到粗糙的基底表面。一種基于上述智能涂層的定位方法，該定位方法包括當所述耐磨層受到磨損損傷時，所述第一傳感單元產生第一檢測信號，所述第二傳感單元產生第二檢測信號；對所述第一檢測信號和第二檢測信號進行篩選，選取最大的第一檢測信號和最大的第二檢測信號；通過產生最大第一檢測信號的第一傳感單元定位所述耐磨層在第二方向上的損傷位置；通過產生最大第二檢測信號的第二傳感單元定位所述耐磨層在第一方向上的損傷位置；通過所述耐磨層在第一方向上和第二方向上的損傷位置確定所述耐磨層的損傷 位置。由于本申請所提供的智能涂層的多個第一傳感單元和多個第二傳感單元具有壓電效應，在零件表面覆蓋耐磨層，所述多個第一傳感單元和多個第二傳感單元可以對零件表面(即耐磨層)的磨損狀態實時監控、反饋，因此無需再粘貼傳感器，與現有的通過粘貼來結合的傳感器和基底相比，本申請所提供的智能涂層可以避免傳感器和設備零件之間粘合度差的問題。而且所述第一傳感單元沿第一方向延伸，所述第二傳感單元沿第二方向延伸，則在所述耐磨層受到損傷的時候，所述多個第一傳感單元和多個第二傳感單元均會產生電信號，而且距離損傷位置最近的第一傳感單元所產生的電信號最強，同樣，距離損傷位置最近的第二傳感單元所產生的電信號也是最強的，而所述第一傳感單元與第二傳感單元之間絕緣，第一傳感單元所產生的電信號和第二傳感單元產生的電信號之間不會相互干擾，通過對最強電信號的檢測，可以精確定位損傷位置，為零件表面的磨損狀態提供更多、更準確的信息，更利于對零件表面的磨損狀態的監測與后期分析。


為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本發明所提供的ー種智能涂層制的俯視圖；圖2為本發明所提供的ー種智能涂層沿B-B’線的剖面圖；圖3為本發明所提供的ー種智能涂層制備方法的流程示意圖。
具體實施例方式為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式
做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本發明，但是本發明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施例的限制。本發明實施例公開了ー種智能涂層，如圖I和圖2所示，包括基底1，所述基底I為任意形狀的基底，即所述基底I可以為任意形狀的零件，優選為所述基底為金屬基底，更優選的為45#鋼，即所述基底可以為蒸汽透平機、壓縮機、泵的運動零件，還可為齒輪、軸、活塞銷等零件(零件需經高頻或火焰表面淬火)，并可以為鑄件；或者，所述基底為銅基底或鋁基底，以適應其他場合應用的部件。第一絕緣層2，所述第一絕緣層2覆蓋在所述基底I表面上，且所述第一絕緣層2優選為氧化鋁層或氧化鈦層或氧化鋁與氧化鈦的合金層。 多個第一傳感單元3，所述第一傳感單元3設置在所述第一絕緣層2表面上，呈長條狀，寬度為2mnT4mm，優選為3_，相鄰的兩個第一傳感單元3之間的距離為2mnT4mm，優選為3mm。所述多個第一傳感單元3沿第二方向排列，且沿第一方向延伸。所述第一方向與第二方向相互垂直，或近于垂直。第二絕緣層4，所述第二絕緣層4覆蓋在所述多個第一傳感單元3和第一絕緣層2表面上，且所述第二絕緣層4優選為氧化鋁層或氧化鈦層或氧化鋁與氧化鈦的合金層。多個第二傳感單元5，所述第二傳感單元5設置在所述第二絕緣層4表面上，呈長條狀，寬度為2mnT4mm,優選為3mm,相鄰的兩個第一傳感單元3之間的距離為2mnT4mm,優選為3mm。所述多個第二傳感單兀5沿第一方向排列,且沿第二方向延伸。所述第一傳感單元3和第二傳感單元5為具有壓電效應的單元，其制作材料優選為壓電陶瓷，更優選為PbTiO3或者BaTiO3或者PZT。耐磨層6，所述耐磨層6覆蓋在所述第二傳感單元5和第二絕緣層4表面上，所述耐磨層為FeGrBSi層。所述FeCrBSi合金價格便宜,與第二傳感單元5和第二絕緣層4的結合度好，且耐磨性好，則以所述FeCrBSi合金作為耐磨層6的制作材料，可以進ー步的增大零件表面的耐磨性，且不易脫落。由于本申請實施例所提供的智能涂層的多個第一傳感單元3和多個第二傳感單元5具有壓電效應，在零件表面上覆蓋耐磨層6，則可以對零件表面(即耐磨層6)的磨損狀態實時監控、反饋，因此無需再粘貼傳感器，與現有的通過粘貼來結合的傳感器和基底相比，本申請所提供的智能涂層可以避免傳感器和零件之間粘合度差的問題。而且，所述第一傳感單元3沿第一方向延伸，所述第二傳感單元5沿第二方向延イ申，二者相互交叉，呈網格狀，則在所述耐磨層6受到損傷的時候，所述多個第一傳感單元3和多個第二傳感單元5均會產生電信號，而且距離損傷位置最近的第一傳感單元3所產生的電信號最強，同樣，距離損傷位置最近的第二傳感單元5所產生的電信號也是最強的，且所述第一傳感單元3與第二傳感單元5之間絕緣，第一傳感單元3所產生的電信號和第二傳感單元5產生的電信號之間不會相互干擾，通過對最強電信號的檢測，可以精確定位損傷位置，為零件表面的磨損狀態提供更多、更準確的信息，更利于對零件表面的磨損狀態的監測與后期分析。并且，所述多個第一傳感單元3與基底I之間設置有第一絕緣層2，則可以避免所述多個第一傳感單元3產生的電信號流入基底1，即避免電信號的損失，増大對損傷的檢測靈敏度。可見，在收集零件表面涂層(耐磨層6)的磨損損傷或微斷裂時，所述智能涂層發出的電流可以作為特征信號來完成對涂層臨界失效狀態的判斷，即對零件表面涂層狀態的判斷模式為“完整…較完整…未失效…臨界失效…失效”的多選式的連續判斷模式，即可完成對零件表面涂層的失效演變過程的實時、在線和動態掌握，并可以精確定位磨損位置，為零件表面的磨損狀態提供更多、更準確的信息，更利于對零件表面的磨損狀態的監測與后期分析。需要說明的是，對于第一傳感單元3和第二傳感單元5而言，更小的寬度和更小間距可以增大所述智能涂層的定位精度，因此在不同的需求下，可以相應的改動傳感單元的寬度和間距，或者改變第一傳感單元3和第二傳感單元5的形狀，以增大其適用范圍。
另外，所述智能涂層還包括第一上電極31，所述第一上電極31設置在所述第一傳感單元3上表面邊緣，第一下電極32，所述第一下電極32設置在所述第一傳感單元3下表面邊緣，所述第一上電極31和第一下電極32為所述第一傳感單元3對涂層損傷產生的電流的導出電扱。第二上電極51，所述第二上電極51設置在所述第二傳感單元5表面上，第二下電極52，所述第二下電極52設置在所述第二傳感單元5下表面邊緣，所述第二上電極51和第ニ下電極52為所述第二傳感單元5對涂層損傷產生的電流的導出電扱。此外，所述第一上電極31、第一下電極32、第二上電極51和第二下電極52還需要連接引線，以將所述電流導出。優選的，所述第一上電極31、第一下電極32、第二上電極51和第二下電極52均為金電極，以提高導電性，降低電流的損耗。并且，所述第一上電極31、第一下電極32、第二上電極51和第二下電極52均設置在所述涂層的非磨損部位，以避免由于零件表面涂層磨損對電極的影響。本發明另ー實施例公開了ー種智能涂層的制備方法，如圖3所示，包括在一基底表面上形成第一絕緣層。所述基底為任意形狀的基底，即所述基底可以為任意形狀的零件，優選為所述基底為金屬基底，更優選的為45#鋼，即所述基底可以為蒸汽透平機、壓縮機、泵的運動零件，還可為齒輪、軸、活塞銷等零件(零件需經高頻或火焰表面淬火)，并可以為鑄件；或者，所述基底為銅基底或鋁基底，以適應其他場合應用的部件。在所述絕緣層表面上形成多個第一傳感單元，所述多個第一傳感單元沿第二方向排列，且所述第一傳感單兀沿第一方向延伸。在所述多個第一傳感單元和第一絕緣層表面上形成第二絕緣層。在所述第二絕緣層表面上形成多個第二傳感單元，所述多個第二傳感單元沿第一方向排列，且所述第二傳感單元沿第二方向延伸。在所述第二傳感單元和第二絕緣層表面上形成耐磨層。對所述第一傳感單元和第二傳感單元進行極化處理，使所述第一傳感單元和第二傳感單元具有壓電效應，完成所述智能涂層的制作。由于所述第一傳感單元和第二傳感單元具有壓電效應，則所述傳感層可以對零件表面的損傷產生電信號，即得到的智能涂層具有壓電傳感器的功能，可以對零件表面(即耐磨層)的磨損狀態實時監控、反饋，因此無需再粘貼傳感器。與現有的通過粘貼來結合的傳感器和基底相比，本申請所提供的智能涂層的制備方法可以避免傳感器和基底之間粘合度差的問題。而且所述第一傳感單元沿第一方向延伸，所述第二傳感單元沿第二方向延伸，則在所述耐磨層受到損傷的時候，所述多個第一傳感單元和多個第二傳感單元均會產生電信號，而且距離損傷位置最近的第一傳感單元所產生的電信號最強，同樣，距離損傷位置最近的第二傳感單元所產生的電信號也是最強的，而所述第一傳感單元與第二傳感單元之間絕緣，第一傳感單元所產生的電信號和第二傳感單元產生的電信號之間不會相互干擾，通過對最強電信號的檢測，可以精確定位損傷位置，為零件表面的磨損狀態提供更多、更準確的信息，更利于對零件表面的磨損狀態的監測與后期分析。并且，所述多個第一傳感單元與基底之間設置有絕緣層，則可以避免所述多個第ー傳感單元產生的電信號流入基底，即避免電信號的損失，増大對損傷的檢測靈敏度。可見，在收集零件表面涂層(耐磨層)的磨損損傷或微斷裂吋，所述智能涂層發出 的電流可以作為特征信號來完成對涂層臨界失效狀態的判斷，即對零件表面涂層狀態的判斷模式為“完整…較完整…未失效…臨界失效…失效”的多選式的連續判斷模式，即可完成對零件表面涂層的失效演變過程的實時、在線和動態掌握，并可以精確定位磨損位置，為零件表面的磨損狀態提供更多、更準確的信息，更利于對零件表面的磨損狀態的監測與后期分析。本發明又一實施例公開了另ー種智能涂層的制備方法，包括通過超音速等離子噴涂エ藝在一金屬基底表面上形成第一絕緣層，所述第一絕緣層的制作材料為氧化鋁或氧化鈦或氧化鋁與氧化鈦的合金。具體的，本實施例中，所述形成第一絕緣層的超音速等離子噴涂エ藝，包括噴涂電壓為110廣13(^，優選為120V ;噴涂電流為370A 400A，優選為385A ;噴涂功率為30kW 50kW，優選為40kW ;噴涂距離為100mnTl20mm，優選為110mm。將具有多個第一傳感單元形狀的掩膜覆蓋在所述第一絕緣層表面上，通過超音速等離子噴涂エ藝在所述第一絕緣層表面上形成多個第一傳感單元，所述多個第一傳感單元沿第二方向排列，且所述第一傳感單元沿第一方向延伸。本實施例中，所述第一傳感單元的制作材料為壓電陶瓷，優選為PbTiO315通過超音速等離子噴涂エ藝將PbTiO3噴涂到第一絕緣層表面，最終會在未被掩膜遮擋的位置形成第一傳感單元，在被掩膜遮擋的位置會露出第一絕緣層。形成所述多個第一傳感單元的超音速等離子噴涂エ藝，包括噴涂電壓為110廣13(^，優選為120V ;噴涂電流為350A 380A，優選為365A ;噴涂功率為35kW 55kW，優選為45kW ;噴涂距離為90mnTl 10mm，優選為100mm。通過超音速等離子噴涂エ藝在所述第一傳感單元和第一絕緣層表面上形成第二絕緣層，所述第二絕緣層的制作材料為氧化鋁或氧化鈦或氧化鋁與氧化鈦的合金。與所述第一絕緣層的制作方法相同，在本實施例中，形成所述第二絕緣層的超音速等離子噴涂エ藝，包括噴涂電壓為110廣13(^，優選為120V ;噴涂電流為370A 400A，優選為385A ;噴涂功率為30kW 50kW，優選為40kW ;噴涂距離為100mnTl20mm，優選為110mm。將具有多個第二傳感單元形狀的掩膜覆蓋在所述第二絕緣層表面上，通過超音速等離子噴涂エ藝在所述第二絕緣層表面上形成多個第二傳感單元，所述多個第二傳感單元沿第一方向排列，且所述第二傳感單元沿第二方向延伸。本實施例中，所述第二傳感單元的制作材料為壓電陶瓷，優選為PbTiO315通過超音速等離子噴涂エ藝將PbTiO3噴涂到第一絕緣層表面，最終會在未被掩膜遮擋的位置形成第一傳感單元，在被掩膜遮擋的位置會露出第一絕緣層。形成所述多個第一傳感單元的超音速等離子噴涂エ藝，包括噴涂電壓為110廣13(^，優選為120V ;噴涂電流為350A 380A，優選為365A ;噴涂功率為35kW 55kW，優選為45kW ;噴涂距離為90mnTl 10mm，優選為100mm。
此外，還可以通過化學氣相沉積エ藝在所述絕緣層表面上形成第一傳感單元和第ニ傳感單元。其中，沉積溫度為900°C 1150°C，優選為100°C，沉積時間為4h 8h，優選為6h，沉積環境壓カ為6KPa 15KPa，優選為lOKPa。通過超音速等離子噴涂エ藝在所述第二傳感單元和第二絕緣層表面上形成耐磨層。所述形成耐磨層的噴涂エ藝包括噴涂電壓為110廣13(^，優選為120V，噴涂電流為410A 430A，優選為420A，噴涂功率為40kW 55kW，優選為48kW，噴涂距離為90mnTl00mm，優選為95mm。由于FeCrBSi合金價格便宜，且耐磨性好，所以以所述FeCrBSi合金作為耐磨層的制作材料，可以進一歩的増大零件表面的耐磨性，且不易脫落。對所述第一傳感單元和第二傳感單元進行極化處理，使所述第一傳感單元和第二傳感單元具有壓電效應。具體的，將所述第一傳感單元和第二傳感單元放入極化電場中，極化溫度為180 V 200 V，優選為190 V，極化電場強度為2. 4KV/mnT2. 6KV/mm,優選為2. 5KV/mm,對所述第一傳感單元和第二傳感單元極化處理，持續時間不低于15min，優選的，持續時間為15min 20min,更優選為 18min。需要說明的是，超音速等離子噴涂エ藝屬于熱噴涂エ藝中的ー種，是制備表面涂層的重要エ藝。通過超音速等離子噴涂エ藝過程中，會產生較高溫度的等離子火焰流，可以將各種噴涂材料加熱至熔融狀態。不但可以制備高質量的金屬和合金涂層，還可以制備高熔點的陶瓷和金屬陶瓷涂層，從而大大提高涂層的耐磨性。由于所述第一傳感單元和第二傳感單元具有壓電效應，則所述傳感層可以對零件表面的損傷產生電信號，即得到的智能涂層具有壓電傳感器的功能，可以對零件表面(即耐磨層)的磨損狀態實時監控、反饋，因此無需再粘貼傳感器。與現有的通過粘貼來結合的傳感器和基底相比，本申請所提供的智能涂層的制備方法可以避免傳感器和基底之間粘合度差的問題。而且所述第一傳感單元沿第一方向延伸，所述第二傳感單元沿第二方向延伸，則在所述耐磨層受到損傷的時候，所述多個第一傳感單元和多個第二傳感單元均會產生電信號，而且距離損傷位置最近的第一傳感單元所產生的電信號最強，同樣，距離損傷位置最近的第二傳感單元所產生的電信號也是最強的，而所述第一傳感單元與第二傳感單元之間絕緣，第一傳感單元所產生的電信號和第二傳感單元產生的電信號之間不會相互干擾，通過對最強電信號的檢測，可以精確定位損傷位置，為零件表面的磨損狀態提供更多、更準確的信息，更利于對零件表面的磨損狀態的監測與后期分析。并且，所述多個第一傳感單元與基底之間設置有絕緣層，則可以避免所述多個第ー傳感單元產生的電信號流入基底，即避免電信號的損失，増大對損傷的檢測靈敏度。可見，在收集零件表面涂層(耐磨層)的磨損損傷或微斷裂吋，所述智能涂層發出的電流可以作為特征信號來完成對涂層臨界失效狀態的判斷，即對零件表面涂層狀態的判斷模式為“完整…較完整…未失效…臨界失效…失效”的多選式的連續判斷模式，即可完成對零件表面涂層的失效演變過程的實時、在線和動態掌握，并可以精確定位磨損位置，為零件表面的磨損狀態提供更多、更準確的信息，更利于對零件表面的磨損狀態的監測與后期分析。本發明又一實施例公開了又ー種智能涂層的制備方法，包括 在一基底表面上形成第一絕緣層；在所述絕緣層表面上形成多個第一傳感單元，所述多個第一傳感單元沿第二方向排列，且所述第一傳感單兀沿第一方向延伸；在所述多個第一傳感單元和第一絕緣層表面上形成第二絕緣層；在所述第二絕緣層表面上形成多個第二傳感單元，所述多個第二傳感單元沿第一方向排列，且所述第二傳感單元沿第二方向延伸； 在所述第二傳感單元和第二絕緣層表面上形成耐磨層；在所述第一傳感單元上表面邊緣形成第一上電極，在所述第一傳感單元下表面邊緣形成第一下電極，所述第一上電極和第一下電極為所述第一傳感單元對涂層損傷產生的電流的導出電極；在所述第二傳感單元表面上形成第二上電極，在所述第二傳感單元下表面邊緣形成第二下電極，所述第二上電極和第二下電極為所述第二傳感單元對涂層損傷產生的電流的導出電極；烘干，在烘干過程中，烘干溫度為在120°C以上，優選的，所述烘干溫度為1200C 150°C，更優選為130°C，烘干時間在15min以上，優選為20min ；對所述第一傳感單元和第二傳感單元進行極化處理，使所述第一傳感單元和第二傳感單元具有壓電效應。由于所述第一傳感單元和第二傳感單元產生的電流值較小，則所述第一上電極、第一下電極、第二上電極和第二下電極均為金電極優選為金電極，以提高導電性，降低電流的損耗。所述第一上電極、第一下電極、第二上電極和第二下電極通過涂覆エ藝形成，為了使所述金電極的厚度更均勻，則優選的分三次涂覆形成所述金電扱。需要說明的是，所述第一上電極、第一下電極、第二上電極和第二下電極還可以根據實際需求選用銀電極或鋁電極，具體材料不做任何限定，本實施例中為了取得更優的導電能力，故選用金電極。并且，所述第一上電極、第一下電極、第二上電極和第二下電極均設置在所述涂層的非磨損部位，以避免由于零件表面涂層磨損對電極的影響。本發明又一實施例公開了又ー種智能涂層的制備方法，包括
提供一基底，并對所述基底表面進行預處理，得到粗糙的基底表面。具體的，采用噴砂エ藝處理所述基底表面，在所述噴砂エ藝中，以棕剛玉為砂料，所述棕剛玉的粒度為15目 30目，優選為16目，噴砂氣壓為0. 5MPa IMPa，優選為0. 7MPa，噴砂角度為30° 60° ,優選為45°，噴砂距離為130mnTl60mm,優選為145mm。在所述基底表面上形成第一絕緣層，由于所述預處理過程可以增大基底的粗糙度，則所述第一絕緣層與基底之間的結合度更高。在所述第一絕緣層表面上形成多個第一傳感單元，所述多個第一傳感單元沿第二方向排列，且所述第一傳感單兀沿第一方向延伸。在所述多個第一傳感單元和第一絕緣層表面上形成第二絕緣層。在所述第二絕緣層表面上形成多個第二傳感單元，所述多個第二傳感單元沿第一方向排列，且所述第二傳感單元沿第二方向延伸。 在所述第二傳感單元和第二絕緣層表面上形成耐磨層。在所述第一傳感單元上表面邊緣形成第一上電極，在所述第一傳感單元下表面邊緣形成第一下電極，所述第一上電極和第一下電極為所述第一傳感單元對涂層損傷產生的電流的導出電極。在所述第二傳感單元表面上形成第二上電極，在所述第二傳感單元下表面邊緣形成第二下電極，所述第二上電極和第二下電極為所述第二傳感單元對涂層損傷產生的電流的導出電極。烘干，所述烘干過程中，烘干溫度為120°C，烘干時間為20min。對所述第一傳感單元和第二傳感單元進行極化處理，使所述第一傳感單元和第二傳感單元具有壓電效應。本發明又一實施例公開了又ー種智能涂層的制備方法，包括提供基底，并對所述基底進行淬火處理，以提高所述基底的硬度，并使所述基底的硬度達到HRC55左右。用棕剛玉對所述基底表面進行噴砂處理，使所述基底表面具有一定的粗糙度。對氧化鋁粉料、氧化鈦粉料、PbTiO3粉料和FeCrBSi粉料自主造粒，使所述氧化鋁粉料、氧化鈦粉料、PbTiO3粉料和FeCrBSi粉料的粒徑均勻，且所氧化鋁粉料、氧化鈦粉料、PbTiO3粉料和FeCrBSi粉料的粒徑均達到40 u nT70 u m。在所述基底表面噴涂氧化鋁和氧化鈦，形成第一絕緣層。即將經過自主造粒的氧化鋁粉料和氧化鈦粉料放入送粉器，調整送粉量，使送粉量為30g/min，對上述經過噴砂處理的基底表面進行噴涂。所述噴涂過程中，噴涂電流為378A，噴涂電壓為105V，噴涂功率為
42.6kff,噴涂主氣為氬氣，且所述噴涂主氣的流速為3. Om3A,并輔助以氫氣作為輔助氣體，且所述輔助氣體的流速為0. 25m3/h，噴涂距離為110mm，使得絕緣層厚度為60 y m。在所述第一絕緣層表面覆蓋具有第一傳感單元圖形的掩膜，將經過自主造粒的PbTiO3粉料放入送粉器，調整送粉量，使送粉量為30g/min，對上述形成有第一絕緣層的基底表面進行噴涂。所述噴涂過程中，噴涂電流為360A，噴涂電壓為120V，噴涂功率為
43.2kff,噴涂主氣為氬氣，且所述噴涂主氣的流速為3. 2m3/h,并輔助以氫氣作為輔助氣體，且所述輔助氣體的流速為0. 3m3/h,噴涂距離為100mm，且所述第一傳感單元的厚度為100 u m0
在所述第一傳感單元和第一絕緣層表面噴涂氧化鋁和氧化鈦，形成第二絕緣層。所述第二絕緣層的噴涂過程與第一絕緣層的噴涂過程相同。在所述第二絕緣層表面覆蓋具有第二傳感單元圖形的掩膜，將經過自主造粒的PbTiO3粉料放入送粉器，調整送粉量，使送粉量為30g/min，對上述形成有第二絕緣層的基底表面進行噴涂。所述噴涂過程中，噴涂電流為360A，噴涂電壓為120V，噴涂功率為
43.2kff,噴涂主氣為氬氣，且所述噴涂主氣的流速為3. 2m3/h,并輔助以氫氣作為輔助氣體，且所述輔助氣體的流速為0. 3m3/h,噴涂距離為100mm，且所述第二傳感單元的厚度為100 u m。在所述第二傳感單元和第二絕緣層表面上噴涂FeCrBSi合金耐磨層。即將經過自主造粒的FeCrBSi粉料放入送粉器，調整送粉量，使送粉量為30g/min，所述噴涂過程中，噴涂電流為420A，噴涂電壓為120V，噴涂功率為50. 9kff,噴涂主氣為氬氣，且所述噴涂主氣的流速為2. 8m3/h,并輔助以氫氣作為輔助氣體，且所述輔助氣體的流速為0. 4m3/h,噴涂距離為100mm，使得絕緣層厚度為300 u m。 噴涂結束后，進行檢查，去除邊緣的毛刺、清洗不浄等缺陷。然后用高阻搖表逐一檢查，將電阻太小的剔出，以保證第一傳感單元和第二傳感單元能夠達到標準的極化度。過濾或更換絕緣油，以保證極化槽和極化油及極化板的清潔。把動圈式溫度調節儀的指控針調至極化溫度點，通過加熱極化槽，使油溫升至所需要的極化溫度。時間繼電器調至需要極化的時間(15mirT30min)。將按極化溫度預熱過的形成有第一傳感單元和第二傳感單元的基底放在極化槽的正負電極之間，關好極化室的門。按通整流器部分低壓電源開關，預熱幾分鐘后打開高壓開關，此時，時間繼電器開始計吋。緩慢的升高正負電極之間的電壓值，從2500V開始，每100V或200V為ー檔，一直到預設數值(5000V)，極化時間ー至IJ，高壓開關自動斷開，則極化結束后，所述第一傳感單元和第二傳感單元具備壓電效應，完成智能涂層的制作。本申請又ー實施例公開了ー種基于上述任ー實施例所述智能涂層的定位方法，包括當所述耐磨層受到磨損損傷時，所述多個第一傳感單元產生多個第一檢測信號，所述多個第二傳感單元產生多個第二檢測信號。由圖I可見，當出現以A點為中心的磨損損傷時，在A點附近的第一傳感單元3和第二傳感單元5所受到的涂層(耐磨層6)撕裂或拉扯所產生的應力，而且離A點越近的傳感單元受到的應カ越大。基于壓電陶瓷的本身的特性，第一傳感單元3和第二傳感單元5均會產生壓電電流，而且愈是靠近A點的傳感單元所產生的壓電電流愈大。以所述第一傳感單元3和第二傳感單元5均會產生壓電電流作為檢測信號，相應的，所述多個第一傳感單元3產生多個壓電電流作為多個第一檢測信號，所述多個第二傳感單元5產生的多個壓電電流作為多個第二檢測信號。對所述多個第一檢測信號和多個第二檢測信號進行篩選，選取最大的第一檢測信號和最大的第二檢測信號。由于距離A點越近的傳感單元產生的壓電電流越大，即距離A點最近的第一傳感単元3會產生最大第一檢測信號，第二傳感單元5會產生最大的第二檢測信號，因此，反過來便可通過會產生最大第一檢測信號的第一傳感單元3和產生最大的第二檢測信號的第ニ傳感單元5來確定A點的具體位置。
具體的，可以將第一方向和第二方向放入直接坐標系中，以所述第一方向為坐標系中的X軸方向，第二方向為坐標系中的Y軸方向，則通過產生最大第一檢測信號的第一傳感單元3可以定位所述耐磨層在第二方向上的損傷位置，即A點的Y坐標，通過產生最大第ニ檢測信號的第二傳感單元5定位所述耐磨層在第一方向上的損傷位置，即A點的X坐標，通過所述耐磨層在第一方向上和第二方向上的損傷位置(A點的X-Y坐標)確定所述耐磨層的損傷位置。為零件表面的磨損狀態提供更多、更準確的信息，更利于對零件表面的磨損狀態的監測與后期分析。而且，由圖I可知，所述智能涂層的各第一傳感單元3之間是絕緣的，即某ー第一傳感單元3產生的第一檢測信號不會對其他的第一傳感單元3造成影響，同理，所述第二傳感單元5產生的第二檢測信號不會對其他的第二傳感單元5造成影響。并且第一傳感單元3與第二傳感單元5之間絕緣，則所述第一檢測信號與第二檢測信號之間亦不會相互影響。因此，對基底表面的磨損狀位置的檢測更加準確。 對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
權利要求
1.一種智能涂層，其特征在于，包括 基底； 第一絕緣層，所述第一絕緣層覆蓋在所述基底表面上； 多個第一傳感單元，所述多個第一傳感單元設置在所述第一絕緣層表面上，沿第二方向排列，且所述第一傳感單兀沿第一方向延伸； 第二絕緣層，所述第二絕緣層覆蓋在所述多個第一傳感單元和第一絕緣層表面上；多個第二傳感單元，所述多個第二傳感單元設置在所述第二絕緣層表面上，沿第一方向排列，且所述第二傳感單元沿第二方向延伸； 耐磨層，所述耐磨層覆蓋在所述第二傳感單元和第二絕緣層表面上； 其中，所述多個第一傳感單元和多個第二傳感單元具有壓電效應。
2.根據權利要求I所述智能涂層，其特征在于，所述第一方向與第二方向相互垂直。
3.根據權利要求I所述智能涂層，其特征在于，所述第一傳感單元寬度和第二傳感單兀的寬度均為2mnT4mm。
4.根據權利要求I所述智能涂層，其特征在于，相鄰的兩個第一傳感單元之間的距離和相鄰的兩個第二傳感單元之間的距離均為2mnT4mm。
5.根據權利要求I所述智能涂層，其特征在于，所述第一絕緣層和第二絕緣層均為氧化鋁層或氧化鈦層或氧化鋁與氧化鈦的合金層。
6.根據權利要求I所述智能涂層，其特征在于，所述第一傳感單元和第二傳感單元的制作材料均為PbTiO3。
7.根據權利要求I所述智能涂層，其特征在于，還包括 第一上電極，所述第一上電極設置在所述第一傳感單元上表面邊緣； 第一下電極，所述第一下電極設置在所述第一傳感單元下表面邊緣； 第二上電極，所述第二上電極設置在所述第二傳感單元表面上； 第二下電極，所述第二下電極設置在所述第二傳感單元下表面邊緣。
8.一種智能涂層的制備方法，其特征在于，包括 在一基底表面上形成第一絕緣層； 在所述絕緣層表面上形成多個第一傳感單元，所述多個第一傳感單元沿第二方向排列，且所述第一傳感單兀沿第一方向延伸； 在所述多個第一傳感單元和第一絕緣層表面上形成第二絕緣層； 在所述第二絕緣層表面上形成多個第二傳感單元，所述多個第二傳感單元沿第一方向排列，且所述第二傳感單元沿第二方向延伸； 在所述第二傳感單元和第二絕緣層表面上形成耐磨層； 對所述第一傳感單元和第二傳感單元進行極化處理，使所述第一傳感單元和第二傳感單元具有壓電效應。
9.根據權利要求8所述方法，其特征在于，所述在一基底表面上形成第一絕緣層，包括 通過超音速等離子噴涂工藝在所述基底表面上形成第一絕緣層。
10.根據權利要求9所述方法，其特征在于，在所述多個第一傳感單元和第一絕緣層表面上形成第二絕緣層，包括通過超音速等離子噴涂工藝在所述多個第一傳感單元和第一絕緣層表面上形成第二絕緣層。
11.根據權利要求9所述方法，其特征在于，在所述第一絕緣層表面上形成多個第一傳感單元，包括 將具有多個第一傳感單元形狀的掩膜覆蓋在所述第一絕緣層表面上； 通過超音速等離子噴涂工藝在所述第一絕緣層表面上形成多個第一傳感單元。
12.根據權利要求9所述方法，其特征在于，在所述第二絕緣層表面上形成多個第二傳感單元，包括 將具有多個第二傳感單元形狀的掩膜覆蓋在所述第二絕緣層表面上； 通過超音速等離子噴涂工藝在所述第二絕緣層表面上形成多個第二傳感單元。
13.根據權利要求9所述方法，其特征在于，在所述第二傳感單元、第和第二絕緣層表面上形成耐磨層，包括 通過超音速等離子噴涂工藝在所述第二傳感單元和第二絕緣層表面上形成耐磨層。
14.根據權利要求9所述方法，其特征在于，還包括 在所述第一傳感單元上表面邊緣形成第一上電極； 在所述第一傳感單元下表面邊緣形成第一下電極； 在所述第二傳感單元表面上形成第二上電極； 在所述第二傳感單元下表面邊緣形成第二下電極； 烘干。
15.根據權利要求9所述方法,其特征在于，在一基底表面上形成第一絕緣層之前，還包括 對所述基底表面進行預處理，得到粗糙的基底表面。
16.一種基于權利要求f 7所述智能涂層的定位方法，其特征在于，包括 當所述耐磨層受到磨損損傷時，所述第一傳感單元產生第一檢測信號，所述第二傳感單元產生第二檢測信號； 對所述第一檢測信號和第二檢測信號進行篩選，選取最大的第一檢測信號和最大的第二檢測信號； 通過產生最大第一檢測信號的第一傳感單元定位所述耐磨層在第二方向上的損傷位置； 通過產生最大第二檢測信號的第二傳感單元定位所述耐磨層在第一方向上的損傷位置； 通過所述耐磨層在第一方向上和第二方向上的損傷位置確定所述耐磨層的損傷位置。
全文摘要
本發明實施例公開了一種智能涂層，包括基底、第一絕緣層、多個第一傳感單元、第二絕緣層、多個第二傳感單元和耐磨層，所述多個第一傳感單元和多個第二傳感單元具有壓電效應。所述智能涂層可以對零件表面(即耐磨層)的磨損狀態實時監控、反饋，因此無需再粘貼傳感器，與現有的通過粘貼來結合的傳感器和基底相比，本申請所提供的智能涂層可以避免傳感器和基底之間粘合度差的問題。而且可以精確定位損傷位置，為零件表面的磨損狀態提供更多、更準確的信息，更利于對零件表面的磨損狀態的監測與后期分析。
文檔編號C23C4/12GK102862339SQ20121036486
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月26日 優先權日2012年9月26日
發明者王海斗, 邢志國, 徐濱士, 盧曉亮, 李國祿, 朱麗娜, 康嘉杰 申請人:中國人民解放軍裝甲兵工程學院