CN113444996A - 热障涂层的制备方法、热障涂层和发动机活塞 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及热障涂层制备领域，尤其涉及一种热障涂层的制备方法、热障涂层和发动机活塞。旨在解决通过等离子喷涂的方法制备热障涂层时，零件表面的热障涂层容易剥落失效的问题。本发明提供了一种热障涂层的制备方法、热障涂层和发动机活塞，通过在喷涂过程中对零件待喷涂表面的温度建立实时监测与反馈机制，使零件待喷涂表面的温度在喷涂过程中始终处于预设温度范围内，降低热障涂层的淬火内应力以及层间内应力，克服零件表面的热障涂层容易剥落失效的弊端，进而达到提高热障涂层的服役寿命的目的。
Description
技术领域
本发明涉及热障涂层制备领域，尤其涉及一种热障涂层的制备方法、热障涂层和发动机活塞。
背景技术
热障涂层是利用陶瓷材料优越的耐高温、抗腐蚀和低导热性能，以涂层的方式将陶瓷与金属基体相复合，提高金属热端部件的工作温度，增强热端部件的抗高温氧化能力，延长热端部件的使用寿命，提高发动机效率的一种表面防护技术。
热障涂层的制备方法主要包括顶部硬质阳极氧化和等离子喷涂。顶部硬质阳极氧化方法是将活塞置于按照一定的比例配置好的电解液中作为阳极，使活塞表面沉积一层具有防蚀、隔热等功能的热障陶瓷涂层，但其隔热效果有限，在应用中越来越不能满足实际的需求；等离子喷涂是通过高频电压将工作气体电离产生等离子束，之后将喷涂粉末送入等离子束中，粉末经加热加速过程最后沉积到零件表面，等离子喷涂具有效率高，隔热性能好的优点，使其应用越来越广泛。
然而，通过上述等离子喷涂的方法制备热障涂层时，零件表面的热障涂层容易剥落失效。
发明内容
本发明提供一种热障涂层的制备方法、热障涂层和发动机活塞，以解决通过等离子喷涂的方法制备热障涂层时，零件表面的热障涂层容易剥落失效的问题。
为了实现上述目的，第一方面，本发明提供一种热障涂层的制备方法，包括：
对零件的待喷涂表面进行预处理；
获取待喷涂表面的实时温度；
判断实时温度是否在预设温度范围内；
若是，在待喷涂表面制备热障涂层；其中，热障涂层包括金属过渡层和陶瓷涂层；
若否，调节待喷涂表面的实时温度至预设温度范围内，并执行第二步操作。
本发明提供的热障涂层的制备方法，包括以下步骤：对零件的待喷涂表面进行预处理；获取待喷涂表面的实时温度；判断实时温度是否在预设温度范围内；若是，在待喷涂表面制备热障涂层；若否，调节待喷涂表面的实时温度至预设温度范围内，并执行第二步操作。该方法通过在喷涂过程中对零件待喷涂表面的温度建立实时监测与反馈机制，使零件待喷涂表面的温度在喷涂过程中始终处于预设温度范围内，降低热障涂层的淬火内应力以及层间内应力，克服零件表面的热障涂层容易剥落失效的弊端，进而达到提高热障涂层的服役寿命的目的。
在上述的热障涂层的制备方法中，可选的是，在待喷涂表面制备热障涂层的步骤中，具体包括：
制备金属过渡层；采用等离子喷涂的方式将MCrAl合金粉末沉积在待喷涂表面，并形成金属过渡层；其中，合金元素M为Ni、Co中的至少一种。
如此设置可以使其具备良好的抗腐蚀和抗热震性能，有利于缓解陶瓷涂层和金属基体过早出现剥落失效，提高热障涂层的服役寿命。
制备陶瓷涂层；采用等离子喷涂的方式将氧化钇稳定氧化锆陶瓷粉末沉积在金属过渡层的表面，并形成陶瓷涂层。
如此设置可以使其具有良好的物理和化学稳定性，有利于缓解陶瓷涂层和金属基体过早出现剥落失效，提高热障涂层的服役寿命。
在上述的热障涂层的制备方法中，可选的是，制备金属过渡层的步骤中的预设温度范围与制备陶瓷涂层步骤中的预设温度范围相同。如此设置有利于降低温度的控制难度。
其中，预设温度范围为200-270℃。如此设置不但可以去除喷涂过程吸收的少量的水分、油脂等成分；还可以实现热障涂层与待喷涂零件之间的牢固结合，有效缓解涂层过早剥落失效，从而提高热障涂层的服役寿命。
在上述的热障涂层的制备方法中，可选的是，对零件的待喷涂表面进行预处理的步骤中，具体包括：
采用有机溶剂对待喷涂表面进行清洁。
如此设置有利于避免在待喷涂表面与热障涂层之间存在杂质，降低二者的结合效果。
对清洁后的待喷涂表面进行粗化处理。
如此设置可以使待喷涂表面产生一定的粗糙度，有利于喷涂过程中热障涂层与待喷涂表面抓牢，不容易剥落。
其中，在对清洁后的待喷涂表面进行粗化处理的步骤中，粗化处理的参数为：喷砂压力为2.5-3.5bar，砂粒粒径为50-100目，喷砂距离为120-180mm；经粗化处理后的待喷涂表面的Rz值范围为30-100μm；Ra值范围为3.2-10μm。
如此设置可以保证涂层与待喷涂表面之间具有足够的抓合力的同时，不会明显增加涂层内应力。
在上述的热障涂层的制备方法中，可选的是，在获取待喷涂表面的实时温度的步骤之前，对待喷涂表面进行预热处理。
如此设置不但有利于降低热障涂层的内应力，还有利于去除待喷涂表面由于粗化引入的灰尘等杂质，可以显著提高陶瓷涂层和待喷涂表面的结合质量，有利于缓解热障涂层容易过早出现剥落失效，提高热障涂层的服役寿命。
在上述的热障涂层的制备方法中，可选的是，在制备金属过渡层的步骤中，具体包括：
金属过渡层的厚度范围为0.15-0.2mm。
如此设置不但可以实现材料特性均匀过渡，避免陶瓷涂层和金属基体的热膨胀系数相差较大，有效缓解陶瓷涂层和金属基体之间容易剥落失效的情况，从而提高热障涂层的服役寿命；还可以避免金属过渡层的厚度过大，增加不必要的喷涂成本。
金属过渡层的喷涂参数为：电流为570-630A，主气Ar为42-48NLPM，辅气H2为11.5-13.5NLPM，送粉率为28-32g/min，喷涂距离为120-140mm。
如此设置可以提高形成的金属过渡层的喷涂质量。
在上述的热障涂层的制备方法中，可选的是，在制备金属过渡层的步骤之前，还包括：
对MCrAl合金粉末进行筛分，得到第一预设粒径的MCrAl合金粉末；其中，第一预设粒径的范围为45-90μm。
如此设置可以避免因粒径过小在同等喷涂条件下容易出现过熔现象，从而导致在涂层中产生较多的孔隙；还可以避免因粒径过大在同等喷涂条件下熔化效果不好，导致在涂层中形成未熔颗粒；提高形成的金属过渡层的质量，保证使用过程中不在孔隙和/或未熔颗粒处产生裂纹，进而提高金属过渡层的服役寿命。
在制备陶瓷涂层的步骤之前，还包括：
对氧化钇稳定氧化锆陶瓷粉末进行筛分，得到第二预设粒径的氧化钇稳定氧化锆陶瓷粉末；其中，第二预设粒径范围为45-75μm。
如此设置可以避免因粒径过小在同等喷涂条件下容易出现过熔现象，从而导致在涂层中产生较多的孔隙；还可以避免因粒径过大在同等喷涂条件下熔化效果不好，导致在涂层中形成未熔颗粒；提高形成的陶瓷涂层的质量，保证使用过程中不在孔隙和/或未熔颗粒处产生裂纹，进而提高陶瓷涂层的服役寿命。
在上述的热障涂层的制备方法中，可选的是，在制备陶瓷涂层的步骤中，具体包括：
陶瓷涂层的厚度范围为0.2-0.25mm。
陶瓷涂层的喷涂参数为：电流为570-630A，主气Ar为38-42NLPM，辅气H2为11-13NLPM，送粉率为38-42g/min，喷涂距离为120-140mm。
如此设置不但可以有效缓解能量通过活塞传递进入冷却***而损失掉，提高柴油发动机的比功率和热效率。还可以避免增加不必要的喷涂成本。
陶瓷涂层的喷涂参数为：电流为570-630A，主气Ar为38-42NLPM，辅气H2为11-13NLPM，送粉率为38-42g/min，喷涂距离为120-140mm。
如此设置可以提高形成的陶瓷涂层的喷涂质量。
第二方面，本发明提供一种热障涂层，通过上述的热障涂层的制备方法制备而成，热障涂层包括：金属过渡层和陶瓷涂层，陶瓷涂层位于金属过渡层背离待喷涂表面的一侧。
如此设置可以实现材料特性均匀过渡，避免陶瓷涂层和金属基体因热膨胀系数相差较大，使得陶瓷涂层和金属基体之间不容易剥落失效，从而提高热障涂层的服役寿命。
金属过渡层由MCrAl合金粉末制成，陶瓷涂层由氧化钇稳定氧化锆陶瓷粉末制成。
如此设置可以使金属过渡层具备良好的抗腐蚀和抗热震性能，有利于缓解陶瓷涂层和金属基体过早出现剥落失效，提高热障涂层的服役寿命。可以使陶瓷涂层具有良好的物理和化学稳定性，有利于进一步缓解陶瓷涂层和金属基体过早出现剥落失效，提高热障涂层的服役寿命。
本发明提供的一种热障涂层，通过以下方法制备：对零件的待喷涂表面进行预处理；获取待喷涂表面的实时温度；判断实时温度是否在预设温度范围内；若是，在待喷涂表面制备热障涂层；若否，调节待喷涂表面的实时温度至预设温度范围内，并执行第二步操作。该热障涂层通过在喷涂过程中对零件待喷涂表面的温度建立实时监测与反馈机制，使零件待喷涂表面的温度在喷涂过程中始终处于预设温度范围内，降低热障涂层的淬火内应力以及层间内应力，克服零件表面的热障涂层容易剥落失效的弊端，进而达到提高热障涂层的服役寿命的目的。
第三方面，本发明提供一种发动机活塞，发动机活塞的表面设置有通过上述方法制备的热障涂层。
本发明提供的发动机活塞，在发动机活塞的表面设置有通过以下方法制备的热障涂层；对零件的待喷涂表面进行预处理；获取待喷涂表面的实时温度；判断实时温度是否在预设温度范围内；若是，在待喷涂表面制备热障涂层；若否，调节待喷涂表面的实时温度至预设温度范围内，并执行第二步操作。该发动机活塞通过在喷涂过程中对零件待喷涂表面的温度建立实时监测与反馈机制，使零件待喷涂表面的温度在喷涂过程中始终处于预设温度范围内，降低热障涂层的淬火内应力以及层间内应力，克服活塞顶部的热障涂层容易剥落失效的弊端，进而达到提高热障涂层的服役寿命的目的。
本发明的构造以及它的其他发明目的及有益效果将会通过结合附图而对优选实施例的描述而更加明显易懂。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作以简单地介绍，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为本发明实施例一提供的热障涂层的制备方法的流程图；
图2为本发明实施例一提供的热障涂层的制备方法的对零件的待喷涂表面进行表面预处理的流程图；
图3为本发明实施例一提供的热障涂层的制备方法的在待喷涂表面制备热障涂层的流程图；
图4为本发明实施例二提供的热障涂层的结构示意图；
图5为本发明实施例三提供的发动机活塞的结构示意图。
附图标记说明：
10-热障涂层；
11-金属过渡层；
12-陶瓷涂层；
20-发动机活塞。
具体实施方式
发明人经过对柴油发动机活塞的使用性能多年研究，发现柴油发动机活塞的热障涂层材料采用氧化钇稳定氧化锆(YSZ)材料，则会具有良好的物理和化学稳定性，但其热膨胀系数与金属基体相差较大，因此需要使用合金材料作为过渡层，以使材料特性均匀过渡。通过等离子喷涂的方法制备热障涂层时，由于喷涂过程中金属基体的温度变化较大且不能精确控制，容易在涂层凝固过程中产生较大的淬火内应力以及在层状结构之间产生较大的内应力，尤其是在活塞喉口区域以及边缘棱角处等零件形状突变区，产生的应力集中现象更为显著，导致零件表面的热障涂层容易剥落失效的问题。
基于上述的技术问题，本发明提供了一种热障涂层的制备方法，包括以下步骤：对零件的待喷涂表面进行预处理；获取待喷涂表面的实时温度；判断实时温度是否在预设温度范围内；若是，在待喷涂表面制备热障涂层；若否，调节待喷涂表面的实时温度至预设温度范围内，并执行第二步操作。该方法通过在喷涂过程中对零件待喷涂表面的温度建立实时监测与反馈机制，使零件待喷涂表面的温度在喷涂过程中始终处于预设温度范围内，降低热障涂层的淬火内应力以及层间内应力，克服零件表面的热障涂层容易剥落失效的弊端，进而达到提高热障涂层的服役寿命的目的。
本发明提供了一种热障涂层，通过以下方法制备：对零件的待喷涂表面进行预处理；获取待喷涂表面的实时温度；判断实时温度是否在预设温度范围内；若是，在待喷涂表面制备热障涂层；若否，调节待喷涂表面的实时温度至预设温度范围内，并执行第二步操作。该热障涂层通过在喷涂过程中对零件待喷涂表面的温度建立实时监测与反馈机制，使零件待喷涂表面的温度在喷涂过程中始终处于预设温度范围内，降低热障涂层的淬火内应力以及层间内应力，克服零件表面的热障涂层容易剥落失效的弊端，进而达到提高热障涂层的服役寿命的目的。
本发明提供了一种发动机活塞，在发动机活塞的表面设置有通过以下方法制备的热障涂层；对零件的待喷涂表面进行预处理；获取待喷涂表面的实时温度；判断实时温度是否在预设温度范围内；若是，在待喷涂表面制备热障涂层；若否，调节待喷涂表面的实时温度至预设温度范围内，并执行第二步操作。该发动机活塞通过在喷涂过程中对零件待喷涂表面的温度建立实时监测与反馈机制，使零件待喷涂表面的温度在喷涂过程中始终处于预设温度范围内，降低热障涂层的淬火内应力以及层间内应力，克服活塞顶部的热障涂层容易剥落失效的弊端，进而达到提高热障涂层的服役寿命的目的。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的优选实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的热障涂层的制备方法的流程图。图2为本发明实施例一提供的热障涂层的制备方法的对零件的待喷涂表面进行表面预处理的流程图。图3为本发明实施例一提供的热障涂层的制备方法的在待喷涂表面制备热障涂层的流程图。
参照图1-图3所示，本发明实施例一提供的热障涂层的制备方法，包括：
S1、对零件的待喷涂表面进行预处理。
S2、获取待喷涂表面的实时温度。
S3、判断实时温度是否在预设温度范围内。
若是，S4、在待喷涂表面制备热障涂层；其中，热障涂层包括金属过渡层和陶瓷涂层；
若否，S5、调节待喷涂表面的实时温度至预设温度范围内，并执行S2。
本发明实施例一提供的热障涂层的制备方法，包括以下步骤：对零件的待喷涂表面进行预处理；获取待喷涂表面的实时温度；判断实时温度是否在预设温度范围内；若是，在待喷涂表面制备热障涂层；若否，调节待喷涂表面的实时温度至预设温度范围内，并执行第二步操作。该方法通过在喷涂过程中对零件待喷涂表面的温度建立实时监测与反馈机制，使零件待喷涂表面的温度在喷涂过程中始终处于预设温度范围内，降低热障涂层的淬火内应力以及层间内应力，克服零件表面的热障涂层容易剥落失效的弊端，进而达到提高热障涂层的服役寿命的目的。
需要说明的是，获取待喷涂表面的实时温度可以通过测温仪器实现，示例的，可以通过红外测温仪来测量。具体的，可以将红外测温仪放置在距离零件待喷涂表面1米的位置，并将红外探头对准零件待喷涂表面附近，以实时监控零件表面温度。
在喷涂过程中，红外测温仪将零件待喷涂表面的实时温度数据传输给控制***，控制***的读取该实时温度数据并对其进行判断，如果温度到达预设温度的上阀值时，喷涂***暂停喷涂作业，并对零件进行冷却，当零件温度降至下阀值时，喷涂***开始工作，喷涂作业继续。通过在喷涂过程中对零件待喷涂表面的温度建立实时监测与反馈机制，使零件待喷涂表面的温度在喷涂过程中始终处于预设温度范围内，降低热障涂层的淬火内应力以及层间内应力，大大提高涂层质量的稳定性，克服零件表面的热障涂层容易剥落失效的弊端，进而达到提高热障涂层的服役寿命的目的。
进一步地，在待喷涂表面制备热障涂层的步骤中，具体包括：
S41、制备金属过渡层；采用等离子喷涂的方式将MCrAl合金粉末沉积在待喷涂表面，并形成金属过渡层；其中，合金元素M为Ni、Co中的至少一种。
需要说明的是，通过在制备陶瓷涂层前，先在金属基体表面上制备金属过渡层，可以实现材料特性均匀过渡，避免陶瓷涂层和金属基体因热膨胀系数相差较大，使得陶瓷涂层和金属基体之间不容易剥落失效，从而提高热障涂层的服役寿命。
其中，MCrAl合金粉末的等离子喷涂作业可以通过等离子喷涂设备实现，示例的，可以采用型号为METCO F4的等离子喷枪实现喷涂。鉴于部分金属基体(例如柴油发动机活塞)的工作条件较为恶劣，因此选取MCrAl合金粉末制备金属过渡层，则会具备良好的抗腐蚀和抗热震性能，有利于缓解陶瓷涂层和金属基体过早出现剥落失效，提高热障涂层的服役寿命。其中，合金元素M为Ni、Co中的至少一种，合金元素M可以根据应用工况进行选择，本发明实施例在此不加以限制。示例的，MCrAl合金粉末可以选取METCO334NS的NiCrAl。
S42、制备陶瓷涂层；采用等离子喷涂的方式将氧化钇稳定氧化锆(YSZ)陶瓷粉末沉积在金属过渡层的表面，并形成陶瓷涂层。
需要说明的是，通过在金属基体(例如柴油发动机活塞)表面制备陶瓷涂层，可以减少能量通过活塞传递进入冷却***而损失掉，从而提高柴油发动机的比功率和热效率。
其中，氧化钇稳定氧化锆(YSZ)陶瓷粉末的等离子喷涂作业可以通过等离子喷涂设备实现，示例的，可以采用型号为METCO F4的等离子喷枪实现喷涂。本发明实施例通过选取氧化钇稳定氧化锆(YSZ)陶瓷粉末制备陶瓷涂层，则会具有良好的物理和化学稳定性，有利于缓解陶瓷涂层和金属基体过早出现剥落失效，提高热障涂层的服役寿命。其中，氧化钇与氧化锆的含量配比，可以根据应用工况进行选择，本发明实施例在此不加以限制。示例的，氧化钇含量摩尔分数可以为8％，此时，强度高，断裂韧性好，硬度高，弹性模量高，线膨胀系数与金属相近，耐磨性能良好，无磁性，耐酸碱介质腐蚀。具体的，氧化钇与氧化锆陶瓷粉末可以选取型号为METCO204B-NS的8％氧化钇稳定氧化锆(YSZ)陶瓷粉末。
进一步地，制备金属过渡层的步骤中的预设温度范围与制备陶瓷涂层步骤中的预设温度范围相同；其中，预设温度范围为200-270℃。
需要说明的是，通过将制备金属过渡层的预设温度范围与制备陶瓷涂层的预设温度范围设置为相同，有利于降低温度的控制难度。
预设温度范围介于为200-270℃，其中预设温度的下阀值为200℃，预设温度的上阀值为270℃。当预设温度的下阀值低于200℃时，不利于喷涂过程吸收的少量的水分、油脂等成分的去除；当上阀值高于270℃时，则会导致热障涂层与待喷涂零件之间的结合不牢固，容易导致涂层过早剥落失效，热障涂层的服役寿命。
进一步地，对零件的待喷涂表面进行预处理的步骤中，具体包括：
S11、采用有机溶剂对待喷涂表面进行清洁。
其中，在采用有机溶剂对待喷涂表面进行清洁的步骤中，通过对待喷涂表面进行清洁，有利于避免在待喷涂表面与热障涂层之间存在杂质，降低二者的结合效果。有机溶剂可以选取酒精或者丙酮等，使用者可以根据应用工况进行选择，本发明实施例在此不加以限制。
S12、对清洁后的待喷涂表面进行粗化处理。
其中，在对清洁后的待喷涂表面进行粗化处理的步骤中，通过对清洁后的待喷涂表面进行粗化处理，使待喷涂表面产生一定的粗糙度，有利于喷涂过程中热障涂层与待喷涂表面抓牢，不容易剥落。
需要说明的是，粗化处理可以为喷砂、喷丸、抛丸、动力工具打磨以及手工打磨等。示例的，可以采用喷砂粗化，其参数可以为：喷砂压力为2.5-3.5bar，砂粒粒径为50-100目，喷砂距离为120-180mm；经粗化处理后的待喷涂表面的Rz值范围为30-100μm；Ra值范围为3.2-10μm。通过将待喷涂表面的Rz值范围为30-100μm；Ra值范围为3.2-10μm，可以保证涂层与待喷涂表面之间具有足够的抓合力的同时，不会明显增加涂层内应力。粗糙度值过小会导致抓合力不够，而粗糙度值过大，则会导致涂层厚度不均匀造成涂层内应力较大。
进一步地，在获取待喷涂表面的实时温度的步骤之前，对待喷涂表面进行预热处理。
需要说明的是，通过在获取待喷涂表面的实时温度之前，对待喷涂表面进行预热处理，不但有利于降低热障涂层的内应力，还有利于去除待喷涂表面由于粗化引入的灰尘等杂质，可以显著提高陶瓷涂层和待喷涂表面的结合质量，有利于缓解热障涂层容易过早出现剥落失效，提高热障涂层的服役寿命。
进一步地，在制备金属过渡层的步骤中，具体包括：
金属过渡层的厚度范围为0.15-0.2mm。
需要说明的是，金属过渡层的厚度范围介于0.15-0.2mm，其中金属过渡层的厚度可以是0.15mm、0.16mm、0.17mm、0.18mm、0.19mm、0.2mm等，当金属过渡层的厚度小于0.15mm时，难以实现材料特性均匀过渡，导致陶瓷涂层和金属基体的热膨胀系数相差还是较大，不能有效缓解陶瓷涂层和金属基体之间容易剥落失效的情况，从而导致热障涂层的服役寿命得不到明显改善；当金属过渡层的厚度大于0.2mm时，会增加不必要的喷涂成本，还会限制金属基体(例如柴油发动机活塞)的行程，影响柴油发动机活塞的使用效果。
其中，金属过渡层的喷涂参数为：电流为570-630A，主气Ar为42-48NLPM，辅气H2为11.5-13.5NLPM，送粉率为28-32g/min，喷涂距离为120-140mm。通过上述设置可以提高形成的金属过渡层的喷涂质量。
进一步地，在制备金属过渡层的步骤之前，还包括：
对MCrAl合金粉末进行筛分，得到第一预设粒径的MCrAl合金粉末；其中，第一预设粒径的范围为45-90μm。
需要说明的是，MCrAl合金粉末的粒径分布对于金属过渡层的质量至关重要，通过对MCrAl合金粉末进行筛分，得到45-90μm粒径的MCrAl合金粉末进行喷涂。其中MCrAl合金粉末的粒径可以为45μm、55μm、65μm、75μm、85μm、90μm等，当MCrAl合金粉末的粒径小于45μm时，在同等喷涂条件下容易出现过熔现象，从而导致在涂层中产生较多的孔隙；当MCrAl合金粉末的粒径大于90μm时，在同等喷涂条件下熔化效果不好，导致在涂层中形成未熔颗粒；以上这两种情况均不利于形成的金属过渡层的质量，在使用过程中容易在孔隙和/或未熔颗粒处产生裂纹，进而造成金属过渡层提前失效。
进一步地，在制备陶瓷涂层的步骤之前，还包括：
对氧化钇稳定氧化锆陶瓷粉末进行筛分，得到第二预设粒径的氧化钇稳定氧化锆陶瓷粉末；其中，第二预设粒径范围为45-75μm。
需要说明的是，氧化钇稳定氧化锆陶瓷粉末的粒径分布对于陶瓷涂层的质量至关重要，通过对氧化钇稳定氧化锆陶瓷粉末进行筛分，得到45-75μm粒径的氧化钇稳定氧化锆陶瓷粉末进行喷涂。其中氧化钇稳定氧化锆陶瓷粉末的粒径可以为45μm、55μm、65μm、75μm等，当氧化钇稳定氧化锆陶瓷粉末的粒径小于45μm时，在同等喷涂条件下容易出现过熔现象，从而导致在涂层中产生较多的孔隙；当氧化钇稳定氧化锆陶瓷粉末的粒径大于75μm时，在同等喷涂条件下熔化效果不好，导致在涂层中形成未熔颗粒；以上这两种情况均不利于形成的陶瓷涂层的质量，在使用过程中容易在孔隙和/或未熔颗粒处产生裂纹，进而造成陶瓷涂层提前失效。
进一步地，在制备陶瓷涂层的步骤中，具体包括：
陶瓷涂层的厚度范围为0.2-0.25mm。
陶瓷涂层的喷涂参数为：电流为570-630A，主气Ar为38-42NLPM，辅气H2为11-13NLPM，送粉率为38-42g/min，喷涂距离为120-140mm。
需要说明的是，陶瓷涂层的厚度范围介于0.2-0.25mm，其中陶瓷涂层的厚度可以是0.2mm、0.21mm、0.22mm、0.23mm、0.24mm、0.25mm等，当在金属基体(例如柴油发动机活塞)表面制备的陶瓷涂层的厚度小于0.2mm时，难以有效缓解能量通过活塞传递进入冷却***而损失掉，从而对提高柴油发动机的比功率和热效率不利。当陶瓷涂层的厚度大于0.25mm时，会增加不必要的喷涂成本，还会限制金属基体(例如柴油发动机活塞)的行程，影响柴油发动机活塞的使用效果。
其中，陶瓷涂层的喷涂参数为：电流为570-630A，主气Ar为38-42NLPM，辅气H2为11-13NLPM，送粉率为38-42g/min，喷涂距离为120-140mm。通过上述设置可以提高形成的陶瓷涂层的喷涂质量。
需要说明的是，经过实验测试发现：通过本发明实施例提供的热障涂层的制备方法，能够制备涂层的厚度范围为0.35-0.45mm，涂层厚度的均匀性好，可重复性好；制备的热障涂层的导热系数在1000℃下为0.95W/m·K，使涂层的抗热震性能提高约10％。通过在喷涂过程中对零件待喷涂表面的温度建立实时监测与反馈机制，使零件待喷涂表面的温度在喷涂过程中始终处于预设温度范围内，可保证涂层金相的均一性，从而降低涂层的导热系数，同时可以降低热障涂层的淬火内应力以及层间内应力，大大提高涂层质量的稳定性，克服零件表面的热障涂层容易剥落失效的弊端，进而达到提高热障涂层的服役寿命的目的。
实施例二
图4为本发明实施例二提供的热障涂层的结构示意图。
参照图4所示，本发明实施例二提供的热障涂层，通过实施例一中的热障涂层的制备方法制备而成，热障涂层10包括：金属过渡层11和陶瓷涂层12，陶瓷涂层12位于金属过渡层11背离待喷涂表面的一侧。
需要说明的是，通过在金属基体的待喷涂表面与陶瓷涂层12之间制备金属过渡层11，可以实现材料特性均匀过渡，避免陶瓷涂层12和金属基体因热膨胀系数相差较大，导致陶瓷涂层12和金属基体之间容易剥落失效，从而导致热障涂层10的服役寿命下降。
金属过渡层11由MCrAl合金粉末制成，陶瓷涂层12由氧化钇稳定氧化锆陶瓷粉末制成。
需要说明的是，本发明实施例通过选取MCrAl合金粉末制备金属过渡层，使其具备良好的抗腐蚀和抗热震性能，有利于缓解陶瓷涂层和金属基体过早出现剥落失效，提高热障涂层的服役寿命。通过选取氧化钇稳定氧化锆(YSZ)陶瓷粉末制备陶瓷涂层，使其具有良好的物理和化学稳定性，有利于进一步缓解陶瓷涂层和金属基体过早出现剥落失效，提高热障涂层的服役寿命。
本发明实施例二提供了一种热障涂层，通过以下方法制备：对零件的待喷涂表面进行预处理；获取待喷涂表面的实时温度；判断实时温度是否在预设温度范围内；若是，在待喷涂表面制备热障涂层；若否，调节待喷涂表面的实时温度至预设温度范围内，并执行第二步操作。该热障涂层通过在喷涂过程中对零件待喷涂表面的温度建立实时监测与反馈机制，使零件待喷涂表面的温度在喷涂过程中始终处于预设温度范围内，降低热障涂层的淬火内应力以及层间内应力，克服零件表面的热障涂层容易剥落失效的弊端，进而达到提高热障涂层的服役寿命的目的。
其他技术特征与实施例一相同，并能达到相同的技术效果，在此不再一一赘述。
实施例三
图5为本发明实施例三提供的发动机活塞的结构示意图。
参照图5所示，本发明实施例三提供的发动机活塞，发动机活塞20的表面设置有实施例二中制备的热障涂层10。
本发明提供了一种发动机活塞，在发动机活塞的表面设置有通过以下方法制备的热障涂层；对零件的待喷涂表面进行预处理；获取待喷涂表面的实时温度；判断实时温度是否在预设温度范围内；若是，在待喷涂表面制备热障涂层；若否，调节待喷涂表面的实时温度至预设温度范围内，并执行第二步操作。该发动机活塞通过在喷涂过程中对零件待喷涂表面的温度建立实时监测与反馈机制，使零件待喷涂表面的温度在喷涂过程中始终处于预设温度范围内，降低热障涂层的淬火内应力以及层间内应力，克服活塞顶部的热障涂层容易剥落失效的弊端，进而达到提高热障涂层的服役寿命的目的。
其他技术特征与实施例二相同，并能达到相同的技术效果，在此不再一一赘述。
在本发明实施例的描述中，需要理解的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以使固定连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或者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，而不是指示或者暗示所指的装置或者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，“多个”的含义是两个或两个以上，除非是另有精确具体地规定。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种热障涂层的制备方法，其特征在于，包括：
对零件的待喷涂表面进行预处理；
获取所述待喷涂表面的实时温度；
判断所述实时温度是否在预设温度范围内；
若是，在所述待喷涂表面制备热障涂层；其中，所述热障涂层包括金属过渡层和陶瓷涂层；
若否，调节所述待喷涂表面的实时温度至所述预设温度范围内，并执行第二步操作。
2.根据权利要求1所述的热障涂层的制备方法，其特征在于，所述在所述待喷涂表面制备热障涂层的步骤中，具体包括：
制备所述金属过渡层；采用等离子喷涂的方式将MCrAl合金粉末沉积在所述待喷涂表面，并形成所述金属过渡层；其中，合金元素M为Ni、Co中的至少一种；
制备所述陶瓷涂层；采用等离子喷涂的方式将氧化钇稳定氧化锆陶瓷粉末沉积在所述金属过渡层的表面，并形成所述陶瓷涂层。
3.根据权利要求2所述的热障涂层的制备方法，其特征在于，所述制备所述金属过渡层的步骤中的预设温度范围与所述制备所述陶瓷涂层步骤中的预设温度范围相同；
其中，所述预设温度范围为200-270℃。
4.根据权利要求2所述的热障涂层的制备方法，其特征在于，所述对零件的待喷涂表面进行预处理的步骤中，具体包括：
采用有机溶剂对所述待喷涂表面进行清洁；
对清洁后的所述待喷涂表面进行粗化处理；
其中，在所述对清洁后的所述待喷涂表面进行粗化处理的步骤中，所述粗化处理的参数为：喷砂压力为2.5-3.5bar，砂粒粒径为50-100目，喷砂距离为120-180mm；经粗化处理后的待喷涂表面的Rz值范围为30-100μm；Ra值范围为3.2-10μm。
5.根据权利要求3所述的热障涂层的制备方法，其特征在于，在所述获取所述待喷涂表面的实时温度的步骤之前，对所述待喷涂表面进行预热处理。
6.根据权利要求4所述的热障涂层的制备方法，其特征在于，在所述制备所述金属过渡层的步骤中，具体包括：
所述金属过渡层的厚度范围为0.15-0.2mm；
所述金属过渡层的喷涂参数为：电流为570-630A，主气Ar为42-48NLPM，辅气H2为11.5-13.5NLPM，送粉率为28-32g/min，喷涂距离为120-140mm。
7.根据权利要求3所述的热障涂层的制备方法，其特征在于，在所述制备所述金属过渡层的步骤之前，还包括：
对MCrAl合金粉末进行筛分，得到第一预设粒径的MCrAl合金粉末；
其中，所述第一预设粒径的范围为45-90μm；
在所述制备所述陶瓷涂层的步骤之前，还包括：
对氧化钇稳定氧化锆陶瓷粉末进行筛分，得到第二预设粒径的氧化钇稳定氧化锆陶瓷粉末；
其中，所述第二预设粒径范围为45-75μm。
8.根据权利要求6所述的热障涂层的制备方法，其特征在于，在所述制备所述陶瓷涂层的步骤中，具体包括：
所述陶瓷涂层的厚度范围为0.2-0.25mm；
所述陶瓷涂层的喷涂参数为：电流为570-630A，主气Ar为38-42NLPM，辅气H2为11-13NLPM，送粉率为38-42g/min，喷涂距离为120-140mm。
9.一种热障涂层，其特征在于，通过上述权利要求1-8任一项所述的热障涂层的制备方法制备而成，所述热障涂层包括：金属过渡层和陶瓷涂层，所述陶瓷涂层位于所述金属过渡层背离待喷涂表面的一侧；
所述金属过渡层由MCrAl合金粉末制成，所述陶瓷涂层由氧化钇稳定氧化锆陶瓷粉末制成。
10.一种发动机活塞，其特征在于，所述发动机活塞的表面设置有如权利要求9所述的热障涂层。
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