本發(fā)明涉及表面處理技術(shù)領(lǐng)域，具體的，涉及一種基于mems微結(jié)構(gòu)結(jié)合力強(qiáng)化的涂層制備方法。

背景技術(shù)：

高溫合金，通常指在760℃—1500℃以上及一定應(yīng)力條件下長(zhǎng)期工作的高溫金屬材料，具有優(yōu)異的高溫強(qiáng)度和良好的抗氧化、抗腐蝕能力，按基體元素主要分為鐵基高溫合金、鎳基高溫合金、鈷基高溫合金三大類(lèi)。近些年來(lái)，隨著高溫合金在航空航天領(lǐng)域中的不斷拓展應(yīng)用，尤其是鎳基高溫合金在軍民用燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件方面的應(yīng)用，高溫合金的表面處理技術(shù)也越來(lái)越得到人們的重視，包括表面絕緣性、耐蝕性、耐磨性、隔熱性等都是表面處理的技術(shù)要求，而在這些要求中，高溫下良好的絕緣性和隔熱性又是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。

氧化鋁材料由于具有耐高溫、耐腐蝕、耐磨、絕緣強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，常被用于制備合金表面的絕緣層。氧化鋯材料由于具有耐高溫、熱膨脹系數(shù)低、熱導(dǎo)率較低等優(yōu)點(diǎn)，常被用于制備高溫合金表面起隔熱作用的熱障涂層。目前有很多方法都可用于制備這兩種材料的陶瓷涂層，常用的加工方法有化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積、溶膠—凝膠法、等離子噴涂等。

然而，傳統(tǒng)的氣相沉積方法沉積速率慢，且更適宜制備薄膜；溶膠—凝膠法制備涂層耗時(shí)時(shí)間長(zhǎng)，效率低，結(jié)合力差，容易開(kāi)裂。等離子噴涂雖然可以高速率地制備較厚的陶瓷涂層，但是由于基底和陶瓷涂層之間熱膨脹系數(shù)相差較大，熱失配應(yīng)力的存在使涂層在高溫下容易開(kāi)裂或脫落。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于mems微結(jié)構(gòu)結(jié)合力強(qiáng)化的涂層制備方法，增強(qiáng)涂層和基底在高溫下的結(jié)合力，且該涂層各項(xiàng)性能優(yōu)良。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種基于mems微結(jié)構(gòu)結(jié)合力強(qiáng)化的涂層制備方法，所述方法包括以下步驟：

1)將高溫合金基片表面打磨平整，去除表面氧化層；

2)采用微加工工藝，在經(jīng)過(guò)1)處理后的高溫合金基片表面加工形成規(guī)則的陣列微結(jié)構(gòu)，微結(jié)構(gòu)最小尺寸為1μm以上；

3)將經(jīng)過(guò)2)處理的高溫合金基片依次用丙酮、酒精、去離子水超聲清洗干凈，烘干；

4)采用等離子噴涂技術(shù)，在經(jīng)過(guò)3)處理后的高溫合金表面噴涂得到涂層，涂層厚度為1μm以上。

優(yōu)選地，在執(zhí)行所述步驟1)時(shí)，高溫合金基片的材料為鎳基高溫合金。

優(yōu)選地，在執(zhí)行所述步驟2)時(shí)，采用微切削加工、電鍍或者濺射的方式形成微結(jié)構(gòu)。

更優(yōu)選地，所述的微結(jié)構(gòu)的高度為100-1000μm。

更優(yōu)選地，所述的微結(jié)構(gòu)之間間距為50-1000μm。

優(yōu)選地，在執(zhí)行所述步驟4)時(shí)，等離子噴涂的材料可選用氧化鋁、氧化鋯的單種或混合陶瓷材料。

本發(fā)明中制備的陶瓷涂層材料厚度為50-500μm。

與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明可高效地在高溫合金表面制備一層用于隔熱、絕緣或者其它功能的陶瓷材料，該涂層與基底結(jié)合牢固，涂層的厚度易于控制，制備過(guò)程靈活性強(qiáng)，相比于傳統(tǒng)的等離子噴涂技術(shù)，該制備方法通過(guò)在基體表面加工形成微結(jié)構(gòu)陣列來(lái)取代傳統(tǒng)的噴砂處理，通過(guò)基體表面微結(jié)構(gòu)陣列對(duì)涂層的“釘扎”作用，可以使涂層在600℃以上的高溫下依然具有良好結(jié)合力和熱穩(wěn)定性。

附圖說(shuō)明

通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：

圖1(a)、圖1(b)為本發(fā)明一實(shí)施例中通過(guò)微切削加工在基片表面形成的微結(jié)構(gòu)表面圖，其中圖1(a)為帶有一定角度的表面圖，圖1(b)為完全俯視的表面圖；

圖2(a)、圖2(b)為本發(fā)明一實(shí)施例的等離子噴涂過(guò)后涂層表面sem圖和斷面sem圖；

圖3中(a)、(b)、(c)和圖4中(a)、(b)、(c)分別為實(shí)施例1制得的氧化鋁涂層樣品在600℃、800℃、1000℃熱處理1h后的表面sem圖和斷面sem圖；

圖5為破壞性結(jié)合力測(cè)試原理示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施例1：

一種基于mems微結(jié)構(gòu)結(jié)合力強(qiáng)化的涂層制備方法，該方法選用氧化鋁作為噴涂材料，采用微切削加工的方式在基體表面制備微結(jié)構(gòu)。

所述方法具體包括如下步驟：

1)將鎳基高溫合金基片表面打磨平整；通過(guò)微切削加工的方式，在鎳基高溫合金基片的表面形成規(guī)則的正方形柱子微結(jié)構(gòu)陣列，其中正方形柱子的邊長(zhǎng)為1mm、高度為200μm，正方形柱子之間間距為250μm；如圖1(a)、圖1(b)所示；

2)將經(jīng)過(guò)1)處理后的鎳基高溫合金基片依次用丙酮、酒精、去離子水超聲清洗干凈，并烘干；

3)采用等離子噴涂技術(shù)，在經(jīng)過(guò)2)處理后的鎳基高溫合金基片的表面噴涂得到氧化鋁陶瓷涂層，涂層厚度為300μm。如圖2(a)、圖2(b)所示。

實(shí)施例2

本實(shí)施例提供一種基于mems微結(jié)構(gòu)結(jié)合力強(qiáng)化的涂層制備方法，該方法選用氧化鋯作為噴涂材料，采用電鍍鎳的方式在基體表面制備微結(jié)構(gòu)。

所述方法具體包括如下步驟：

1)將鎳基高溫合金基片表面打磨平整；通過(guò)甩膠、曝光、光刻、電鍍鎳、去膠，從而在鎳基高溫合金基片的表面電鍍生長(zhǎng)出正方形鎳柱微結(jié)構(gòu)陣列，其中正方形鎳柱的邊長(zhǎng)為300μm、高度為100μm，正方形鎳柱之間間距為300μm；

2)將經(jīng)過(guò)1)處理后的鎳基高溫合金基片依次用丙酮、酒精、去離子水超聲清洗干凈，并烘干；

3)采用等離子噴涂技術(shù)，在經(jīng)過(guò)2)處理后的鎳基高溫合金基片的表面噴涂氧化鋯得到氧化鋯陶瓷涂層，涂層厚度為200μm。

實(shí)施例3

本實(shí)施例提供一種基于mems微結(jié)構(gòu)結(jié)合力強(qiáng)化的涂層制備方法，該方法選用氧化鋁為噴涂材料，采用濺射nicocraly合金的方式在基體表面制備微結(jié)構(gòu)。

所述方法具體包括如下步驟：

1)訂制銅制金屬硬質(zhì)掩膜板，掩膜板表面分布有貫穿的圓柱孔洞，直徑為200μm，高度為50μm，圓柱之間間距為200μm；

2)將鎳基高溫合金基片表面打磨平整；把金屬硬質(zhì)掩膜板貼附放置在鎳基高溫合金基片表面，通過(guò)濺射nicocraly合金將金屬硬質(zhì)掩膜板中的孔洞填充，之后移除掩膜板，得到圓柱微結(jié)構(gòu)陣列，其中合金圓柱的直徑為200μm、高度為50μm，合金圓柱之間間距為200μm；

3)將經(jīng)過(guò)1)處理后的鎳基高溫合金基片依次用丙酮、酒精、去離子水超聲清洗干凈，并烘干；

4)采用等離子噴涂技術(shù)，在經(jīng)過(guò)3)處理后的鎳基高溫合金基片表面噴涂氧化鋁得到氧化鋁陶瓷涂層，涂層厚度為300μm。

針對(duì)實(shí)施例1制得的氧化鋁涂層進(jìn)行了熱穩(wěn)定性和結(jié)合力測(cè)試，圖3和圖4中(a)、(b)、(c)分別為樣品在600℃、800℃、1000℃熱處理1h后的表面sem圖和斷面sem圖，可以看出涂層并未出現(xiàn)開(kāi)裂和脫落，結(jié)合力依然牢固。

圖5為破壞性結(jié)合力測(cè)試原理示意圖，在涂層厚度均為300μm的情況下，基于mems微結(jié)構(gòu)制備的涂層常溫下結(jié)合力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于噴砂處理制得的涂層結(jié)合力。測(cè)試結(jié)果如表1所示：

表1：基于mems微結(jié)構(gòu)噴涂涂層和傳統(tǒng)噴砂等離子噴涂涂層常溫下結(jié)合力對(duì)比

本發(fā)明所述的一種基于mems微結(jié)構(gòu)結(jié)合力強(qiáng)化的涂層制備方法，所述方法可高效地在高溫合金表面制備一層用于隔熱、絕緣或者其它功能的陶瓷材料，該涂層與基底結(jié)合牢固，涂層的厚度易于控制，制備過(guò)程靈活性強(qiáng)，并且涂層在高溫下結(jié)合力和熱穩(wěn)定性良好。

以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。