CN115122243B - 涂层厚度可控的涂层厚度去除方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种涂层厚度可控的涂层厚度去除方法，所述涂层包括满涂层厚度区和减薄区，所述满涂层厚度区和所述减薄区具有不同的涂层厚度，所述涂层厚度去除方法依次包括：S10：基于所述减薄区的厚度与目标厚度之间的差值ΔT和吹砂工艺参数确定吹砂循环次数；S20：基于所述吹砂循环次数对所述减薄区进行吹砂，直到所述减薄区的厚度与所述目标厚度之间的差值小于或等于单次吹砂的涂层去除厚度为止；S30：通过打磨处理所述减薄区的涂层厚度直到目标厚度。通过本发明的涂层厚度可控的涂层厚度去除方法，针对同一部件或产品的表面具有不同涂层厚度的情况，在保证涂层厚度的精度和重复性的同时，实现了可控且精确地去除涂层厚度。
Description
技术领域
本发明涉及表面处理技术领域，尤其涉及一种涂层厚度可控的涂层厚度去除方法。
背景技术
燃气轮机的涡轮叶片等部件或产品通常需要一定厚度的涂层进行表面防护，以确保部件或产品的表面质量达到相应的要求，从而保证部件或产品在使用过程中的机械性能。当部件或产品中有梯度涂层厚度要求时，即涂层中的满涂层厚度区与减薄区存在较大厚度差异时，需要对相应的涂层厚度进行去除处理。
目前，基于涂层厚度要求的常规陶瓷涂层去除方法主要包括设计减薄的涂层程序控制工艺方法，以及常规的砂纸打磨或类似的通过打磨工具去除等。其中，涂层程序控制工艺方法比较适合涂层中的满涂层厚度区与减薄区的厚度相差较小的情况，比如满涂层厚度区的厚度是减薄区的2～3倍。但是，如果这个厚度差的比例超过5倍以上，则很难获得具有光滑过渡的涂层以及难以获得比较薄的涂层区。同时，通过常规的表面砂纸或打磨工具进行打磨处理也很难达到要求的去除标准，因为当涂层去除到一定程度后，涂层表面会变得越来越光滑，从而导致去除量越来越少。此外，手工控制的打磨工艺无法保证涂层厚度的精度和重复性。
背景技术部分的内容仅仅是公开人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，对于燃气轮机的涡轮叶片等部件和产品中存在梯度涂层厚度要求时，以及满涂层厚度区与减薄区存在较大的厚度差异时，现有技术中的涂层厚度去除方法无法实现对涂层厚度去除的精确控制和重复性。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是提出一种涂层厚度可控的涂层厚度去除方法，其中所述涂层包括满涂层厚度区和减薄区，所述满涂层厚度区和所述减薄区具有不同的涂层厚度，所述涂层厚度去除方法依次包括：
S10：基于所述减薄区的厚度与目标厚度之间的差值ΔT和吹砂工艺参数确定吹砂循环次数；
S20：基于所述吹砂循环次数对所述减薄区进行吹砂，直到所述减薄区的厚度与所述目标厚度之间的差值小于或等于单次吹砂的涂层去除厚度为止；
S30：通过打磨处理所述减薄区的涂层厚度直到目标厚度。
通过多次的吹砂首先最大限度地去除多余的涂层厚度，然后进行打磨处理吹砂后的减薄区，实现了对同一部件或产品上的涂层厚度差异悬殊的设计要求。
根据本发明的一个方面，所述涂层厚度去除方法还包括：在吹砂前对所述满涂层厚度区进行遮蔽。在对减薄区进行吹砂之前遮蔽满涂层厚度区，能够防止满涂层厚度区的厚度因此受到影响，从而保证了满涂层厚度区的表面精度。
根据本发明的一个方面，所述步骤S10包括：基于所述减薄区的厚度与目标厚度之间的差值ΔT和所述吹砂工艺参数确定对所述减薄区进行单次吹砂的涂层去除厚度t，以及计算对所述减薄区的吹砂循环次数C，其中C为ΔT/t得到的整数或向上取整的整数。通过计算单次吹砂的涂层去除厚度和吹砂循环次数，能够准确地对减薄区进行多次吹砂。
根据本发明的一个方面，所述步骤S20包括：根据所述单次吹砂的涂层去除厚度t对所述减薄区进行吹砂，吹砂次数为C-1次。通过C-1次吹砂可以最大限度通过吹砂精确地去除多余的涂层厚度。
根据本发明的一个方面，所述步骤S10包括：使用测厚仪测量所述减薄区的涂层厚度。通过涂层测厚仪测量得出减薄区的涂层厚度，从而与目标厚度比较，以便进行下一个步骤。
根据本发明的一个方面，所述步骤S30包括：使用测厚仪测试打磨处理后的所述减薄区的涂层厚度是否满足要求。通过测厚仪检验减薄区是否满足厚度要求，以便更好地对打磨处理进行调整和控制。
根据本发明的一个方面，所述涂层厚度去除方法还包括：金相测试打磨处理后的所述减薄区的涂层厚度是否满足要求。再次通过金相测试检验减薄区是否满足厚度要求，以便更精确地对打磨处理进行调整和控制。
根据本发明的一个方面，在所述步骤S30中，通过手工打磨处理所述减薄区的涂层厚度直到目标厚度。通过手工打磨能够更精确、灵活地控制打磨过程、调整涂层厚度。
根据本发明的一个方面，所述步骤S10包括：设置吹砂工艺参数，使用预定材料的砂料进行多次吹砂测试，通过每次吹砂前后的涂层去除厚度进行平均计算得到所述单次吹砂的涂层去除厚度t。通过设置吹砂工艺参数以及多次吹砂测试以确定单次吹砂的涂层去除厚度，可以实现单次吹砂的涂层去除量精确化、均匀化，从而使得在多次吹砂之后即可以得到表面一致性高的涂层表面。
根据本发明的一个方面，所述吹砂工艺参数设置为，使得所述单次吹砂的涂层去除厚度t与所述减薄区的厚度与所述目标厚度之间的差值ΔT正相关。可以根据ΔT的需要调整和修订t，使得单次吹砂可以控制和灵活调节。
根据本发明的一个方面，所述预定材料的砂料为白刚玉砂，所述吹砂工艺参数包括：白刚玉砂的砂料目数、吹砂压力、喷射距离、喷射角度和喷枪移动速度。吹砂工艺参数的确定可以使得对吹砂过程的控制更精确，以及可以随时按照需要调整吹砂工艺参数，使其可以适应于处理各种不同类型的部件或产品的不同涂层厚度。
根据本发明的一个方面，所述白刚玉砂的砂料目数为90或200目型号，吹砂压力为1.5～2.0bar，喷射距离为80～120mm，喷射角度为30～60°，喷枪移动速度为10～50mm/s。以上吹砂工艺参数是通过多次吹砂测试得出的，可以提高吹砂效率，较适用于陶瓷表面的涂层厚度处理。
根据本发明的一个方面，所述涂层还包括过渡区，其中所述过渡区连接所述满涂层厚度区和所述减薄区，并且所述过渡区的涂层厚度介于所述满涂层厚度区的涂层厚度与所述减薄区的涂层厚度之间。所述过渡区的设置能够实现从满涂层厚度区到减薄区的均匀过渡，使部件或产品得到更加平滑的涂层表面，从而具有更好的物理性能。
本发明的实施例通过提出一种涂层厚度可控的涂层厚度去除方法，对减薄区首先进行可控的吹砂处理去除一定的涂层厚度，然后通过人工手动打磨吹砂后的减薄区的涂层表面，解决了现有技术中满涂层厚度区与减薄区的厚度差异大时涂层厚度的去除不可控和未达到设计厚度要求的问题，并且提高了减薄区的涂层表面的精度，降低了手工打磨处理的人力和时间成本，同时解决了涂层减薄的工艺难度。
附图说明
下面将通过附图提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1示出了根据本发明一个实施例的涂层厚度的示意图；和
图2示出了根据本发明一个实施例的涂层厚度可控的涂层厚度去除方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"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。此外，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所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
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:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或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。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
以下结合附图对本发明的实施例进行说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图1示出了根据本发明一个实施例的涂层厚度的示意图。如图1所示，部件或产品100的表面上有涂层200，其中，涂层200根据厚度不同分为三个区域，在图1中从左到右依次为：满涂层厚度区210、过渡区220和减薄区230。其中所述过渡区220连接所述满涂层厚度区210和所述减薄区230，所述过渡区220在所述满涂层厚度区210与所述减薄区230之间呈现斜坡状，并且所述过渡区220的涂层厚度介于所述满涂层厚度区210的涂层厚度与所述减薄区230的涂层厚度之间，可以平滑过渡。
根据本发明的一个实施例，所述涂层200包括满涂层厚度区210和减薄区230，所述满涂层厚度区210和所述减薄区230具有不同的涂层厚度。通常，所述满涂层厚度区210的厚度是所述减薄区230的厚度的两倍以上。在该实施例中，没有过渡区220，换句话说，从所述满涂层区210垂直于所述部件或产品100的表面过渡到所述减薄区230，因此在所述部件或产品100的表面上就只有两个厚度不同的涂层区域，即分别为满涂层厚度区210和减薄区230。
根据本发明的一个实施例，所述部件或产品100为燃气轮机的叶片。燃气轮机的叶片是燃气轮机的重要部件，其工作环境通常要求叶片具有较高的机械强度。叶片通常使用铝合金、钛合金、镍合金、铁基不锈钢等材料，因此叶片的表面需要涂层来抵抗腐蚀，而且叶片的表面通常还要求一定的表面粗糙度。如图1所示，叶片100上设有厚度呈梯度状的涂层200。根据本发明的一个实施例，涂层200为陶瓷涂层，陶瓷涂层为多疏松孔的涂层，以保护叶片的金属表面免受腐蚀。
图2示出了根据本发明一个实施例的涂层厚度可控的涂层厚度去除方法的流程图。
如图2所示，所述涂层厚度去除方法依次包括以下步骤，其中：
在步骤S10：基于所述减薄区230的厚度与目标厚度之间的差值ΔT和吹砂工艺参数确定吹砂循环次数。所述差值ΔT定义为基于涂层厚度要求的厚度超差量，一般情况下ΔT≥100um。根据本发明的一个实施例，所述步骤S10还包括：使用测厚仪测量所述减薄区230的涂层厚度。通过测厚仪测量得到的所述减薄区230的涂层厚度与目标厚度之间进行比较，从而得到差值ΔT。
在步骤S20：基于所述吹砂循环次数对所述减薄区230进行吹砂，直到所述减薄区230的厚度与所述目标厚度之间的差值小于或等于单次吹砂的涂层去除厚度为止。也就是说，如果一次吹砂之后，所述减薄区230的厚度不能再承受或刚好可以承受一次吹砂带来的厚度去除量，那么就不应进行此次吹砂，而应该在上一次吹砂后就结束吹砂。
在步骤S30：通过打磨处理所述减薄区230的涂层厚度直到目标厚度。根据本发明的一个实施例，可以通过手工打磨处理所述减薄区230的涂层厚度直到目标厚度。可选地，使用砂纸对吹砂后的减薄区230进行细微的光滑打磨处理。例如，采用800～1000目的砂纸光滑处理吹砂去除涂层表面至涂层的目标厚度及要求的表面状态。
根据本发明的一个实施例，所述涂层厚度去除方法还包括：在吹砂前先对所述满涂层厚度区210进行遮蔽。可选地，使用胶带或夹具遮蔽所述部件或产品100上的满涂层厚度区210，使得所述区域的涂层表面免于受到吹砂的影响。
根据本发明的一个实施例，所述步骤S10包括：基于所述减薄区230的厚度与目标厚度之间的差值ΔT和所述吹砂工艺参数确定对所述减薄区230进行单次吹砂的涂层去除厚度t。可选地，参照差值ΔT设置吹砂工艺参数，使用预定材料的砂料通过多次可控的吹砂测试计算单次吹砂的涂层去除厚度t，其中t＝10～15um。具体地，进行多次吹砂测试，相连两次吹砂的角度大小相同、方向相反。计算每次吹砂前后的涂层去除厚度来计算单次吹砂的涂层去除厚度t。
以及，所述步骤S10包括：计算对所述减薄区230的吹砂循环次数C，其中，首先计算所述减薄区230的厚度与目标厚度之间的差值ΔT与单次吹砂的涂层去除厚度t的比值ΔT/t，得到整数或小数。当ΔT/t为整数时，吹砂循环次数C取该整数；当ΔT/t为小数时，吹砂循环次数C为ΔT/t的值向上取整的整数，并且C＝2，3，4……
根据本发明的一个实施例，所述步骤S20包括：根据上述单次吹砂的涂层去除厚度t对所述减薄区230进行吹砂，吹砂次数为C-1次。可选地，多次吹砂结束后，涂层去除厚度根据测试计算的值可达到2ΔT/3～ΔT。
根据本发明的一个实施例，所述步骤S30包括：使用测厚仪测试打磨处理(例如手工打磨处理)后的所述减薄区230的涂层厚度是否满足要求。其中，厚度满足要求，即测量得出的涂层厚度值落入减薄区230的厚度公差内，可选地，厚度公差对于满涂层厚度210为700～800um，对于减薄区230的厚度为100～150um。
根据本发明的一个实施例，所述涂层厚度去除方法还包括：金相测试打磨处理后的所述减薄区230的涂层厚度是否满足要求。金相测试是从金相解剖的角度去定量核对涂层厚度，而光滑处理(例如通过手工)如砂纸打磨只起到辅助光滑处理以控制厚度的作用，厚度减少量小。通过测厚仪和金相测试检验减薄区230是否满足厚度要求，以便更好地对打磨处理进行调整和控制，以得到平整、光滑、精度高的减薄区230。
根据本发明的一个实施例，所述吹砂工艺参数设置为，使得所述单次吹砂的涂层去除厚度t与所述减薄区的厚度与所述目标厚度之间的差值ΔT正相关。例如，如果所述差值ΔT较大时，可以根据需要采用较大的涂层去除厚度t，比如通过提高吹砂压力、降低吹砂速度来达到高的涂层去除厚度。这样可以使吹砂循环次数得到有效的控制。
根据本发明的一个实施例，所述预定材料的砂料为白刚玉砂，使用白刚玉砂进行多次吹砂测试。白刚玉砂可选地使用F90-F200的Al2O3白刚玉砂。所述吹砂工艺参数包括：白刚玉砂的砂料目数、吹砂压力、喷射距离、喷射角度和喷枪移动速度。本领域技术人员能够知晓，吹砂工艺参数的种类不限于此，在具体操作过程中还可能包括一些其他的吹砂工艺参数，本实施例的吹砂工艺参数仅作为示例说明。
根据本发明的一个实施例，所述白刚玉砂的砂料目数为90或200目，吹砂压力为1.5～2.0bar，喷射距离为80～120mm，喷射角度为30～60°，手动控制的喷枪移动速度为10～50mm/s。可选地，当差值ΔT值较大时，采用较大参数(如提高吹砂压力，降低喷枪移动速度)来达到高的涂层去除厚度t。本领域技术人员能够知晓，本实施例只针对涂层为陶瓷的情况给出了可供参考的经验吹砂工艺参数，上述吹砂工艺参数的选取和设置并不是一成不变的，而可以根据单次的涂层去除厚度t、涂层材料的不同、需求的不同等通过吹砂测试做出相应的调整和修订，以通过可控的多次吹砂实现最好的涂层去除效果，这些都在本发明的保护范围之内。
本发明提出了一种涂层厚度可控的涂层厚度去除方法，改涂层厚度去除方法改进的优点如下：
当部件或产品中存在梯度涂层厚度要求时，先采用可控吹砂最大限度去除多余陶瓷涂层的厚度，再进行光滑处理吹砂后减薄的表面，极大程度上减少减薄区的厚度并且高效达到涂层厚度去除可控的要求，成功满足了同一部件或产品上陶瓷涂层厚度差异值悬殊的设计要求，且对其他类似产品的涂层可控去除达到减薄区的厚度要求有重大参考价值；
极大节省了人工光滑处理工时。使得由砂纸光滑打磨的1.5～2小时降低到30～60min之间；同时解决了手工打磨越光滑、去除量越少的工艺限制；
该可控涂层厚度去除方法因引入可控吹砂，使得表面处理后的涂层厚度均匀，色差小。
最后应说明的是，以上所述实施例仅为本发明的优选实施例而已，并不于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种涂层厚度可控的涂层厚度去除方法，其特征在于，所述涂层包括满涂层厚度区和减薄区，所述满涂层厚度区和所述减薄区具有不同的涂层厚度，所述涂层厚度去除方法依次包括：
S10：基于所述减薄区的厚度与目标厚度之间的差值ΔT和吹砂工艺参数确定吹砂循环次数；
S20：基于所述吹砂循环次数对所述减薄区进行吹砂，直到所述减薄区的厚度与所述目标厚度之间的差值小于或等于单次吹砂的涂层去除厚度为止；
S30：通过打磨处理所述减薄区的涂层厚度直到目标厚度，其中，
所述步骤S10包括：基于所述减薄区的厚度与目标厚度之间的差值ΔT和所述吹砂工艺参数确定对所述减薄区进行单次吹砂的涂层去除厚度t，以及计算对所述减薄区的吹砂循环次数C，其中C为ΔT/t得到的整数或向上取整的整数。
2.根据权利要求1所述的涂层厚度去除方法，其特征在于，所述涂层厚度去除方法还包括：在吹砂前对所述满涂层厚度区进行遮蔽。
3.根据权利要求1所述的涂层厚度去除方法，其特征在于，所述步骤S20包括：根据所述单次吹砂的涂层去除厚度t对所述减薄区进行吹砂，吹砂次数为C-1次。
4.根据权利要求3所述的涂层厚度去除方法，其特征在于，所述步骤S10包括：使用测厚仪测量所述减薄区的涂层厚度。
5.根据权利要求4所述的涂层厚度去除方法，其特征在于，所述步骤S30包括：使用测厚仪测试打磨处理后的所述减薄区的涂层厚度是否满足所述目标厚度的要求。
6.根据权利要求5所述的涂层厚度去除方法，其特征在于，所述涂层厚度去除方法还包括：金相测试打磨处理后的所述减薄区的涂层厚度是否满足所述目标厚度的要求。
7.根据权利要求1所述的涂层厚度去除方法，其特征在于，在所述步骤S30中，通过手工打磨处理所述减薄区的涂层厚度直到目标厚度。
8.根据权利要求1所述的涂层厚度去除方法，其特征在于，所述步骤S10包括：设置吹砂工艺参数，使用预定材料的砂料进行多次吹砂测试，通过每次吹砂前后的涂层去除厚度进行平均计算得到所述单次吹砂的涂层去除厚度t。
9.根据权利要求8所述的涂层厚度去除方法，其特征在于，所述吹砂工艺参数设置为，使得所述单次吹砂的涂层去除厚度t与所述减薄区的厚度与所述目标厚度之间的差值ΔT正相关。
10.根据权利要求8所述的涂层厚度去除方法，其特征在于，所述预定材料的砂料为白刚玉砂，所述吹砂工艺参数包括：白刚玉砂的砂料目数、吹砂压力、喷射距离、喷射角度和喷枪移动速度。
11.根据权利要求10所述的涂层厚度去除方法，其特征在于，所述白刚玉砂的砂料目数为90或200目型号，吹砂压力为1.5～2.0bar，喷射距离为80～120mm，喷射角度为30～60°，喷枪移动速度为10～50mm/s。
12.根据权利要求1至11中任一所述的涂层厚度去除方法，其特征在于，所述涂层还包括过渡区，其中所述过渡区连接所述满涂层厚度区和所述减薄区，并且所述过渡区的涂层厚度介于所述满涂层厚度区的涂层厚度与所述减薄区的涂层厚度之间。
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