技术摘要：
本发明提供了超高速熔滴驱动下片/基界面跨尺度气孔结构的调控方法，将陶瓷粉体或金属陶瓷粉体送入喷枪中，喷枪产生等离子体射流，在等离子体射流的拖拽及传热传质作用下，陶瓷粉体或金属陶瓷粉体融化成熔滴，熔滴在等离子体射流中经过快速飞行，在基体上形成能够调控的  全部
背景技术：
热喷涂(颗粒沉积涂层技术)是材料表面改性领域的重要分支，以等离子体喷涂 (Atmospheric  plasma  spraying ,APS)技术为例，其原理是利用等离子焰的热能将团聚粉 末在载气的作用下，被送入高温、高速的等离子体射流中，发生传热传质的同时，进而与等 离子体射流中的电子、离子发生物理化学作用，导致喷涂的团聚粉末颗粒被快速加热至熔 化状态而形成熔滴，熔滴在等离子焰的作用下并嵌入周围空气高速度撞击基体经过铺展、 凝固、结晶形成摊片，摊片逐层堆垛最终形成涂层。通过该技术可以实现一系列耐磨、耐腐 蚀、耐高温、可磨耗封严等多功能防护涂层的制备。 对于等离子体射流中熔滴撞击基体过程而言，由于周围空气伴随着熔滴的铺展凝 固结晶而发生演变，所形成摊片内部、底面及片间(以下统称为片/基，其中基体包括金属及 陶瓷材料)必然存在气孔。气孔一般分为微米尺度的三维气孔以及大量亚微米尺度的二维 气孔。其中微米尺度气孔形成机制是由于熔滴在基体表面的不完全润湿以及未完全熔化粒 子在片/基界面处的不充分铺展所造成。亚微米尺度气孔则归因于气体卷入、凝固收缩、基 体表面的低温状态及熔滴与基体表面短的接触时间。这些气孔一般称为未结合区，直接影 响涂层的内聚及粘附结合强度。当气孔作为缺陷时涂层易冲蚀、不耐磨；当作为扩散通道时 易引入腐蚀元素，导致涂层龟裂、脱落、失效。因此，高结合强度是耐腐蚀、耐磨、耐冲蚀多功 能涂层得以发挥作用的必要条件。近年来，课题组前期将等离子体射流中熔滴的飞行速度 提高到超音速以上，在国内自主产权的超音速等离子喷涂(Supersonic  atmospheric  plasma  spraying,SAPS)技术平台上制备了多功能一体化涂层，结合强度达到62±1MPa；然 而，对于应用在航空发动机工况复杂的高温防护热障涂层来说，由于多尺度气孔能够阻碍 声子扩散、释放残余应力，从而有利于提高涂层高温服役下的隔热及热冲击性能。通过SAPS 制备的自增强“多模式”纳米结构热障涂层的结合强度为28±2MPa。另一种“薄片细密微纳 柱晶”结构涂层的结合强度却高达73±1MPa，远高于当前主流亚音速熔滴沉积的“层状多 孔”结构，其平均结合强度为40±5MPa，并且随着熔滴速度的增加，片/基界面间纳米尺度气 孔及柱晶外延生长特性导致微结合强度的线性增加。对于应用在压气机或机匣内表面所需 的可磨耗封严涂层来说，由于需要叶尖非常缓慢的刮削涂层，在保证涂层基本力学性能的 前提下，一般结合强度仅为21±1MPa。综上，通过这一技术已成功制备不同结合强度的多功 能防护涂层，由于熔滴碰撞基体是一个超塑性流动与深过冷凝固结晶相互耦合的过程，如 何基于片/基界面气孔形成的物理化学本质实现涂层结合强度的有效调控是多功能防护涂 层的共性需求。 3 CN 111575635 A 说　明　书 2/6 页
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种超高速熔滴驱动下片/基界面跨尺度气孔结构的有效 调控方法，具有实现过程精确可控、简单高效，重复性好、理论与工程应用价值凸显等特点。 为达到以上目的，本发明采取如下技术方案予以实现： 超高速熔滴驱动下片/基界面跨尺度气孔结构的调控方法，将陶瓷粉体或金属陶 瓷粉体送入喷枪中，喷枪产生等离子体射流，在等离子体射流的拖拽及传热传质作用下，陶 瓷粉体或金属陶瓷粉体融化成熔滴，熔滴在等离子体射流中经过快速飞行，在基体上形成 能够调控的气孔结构的摊片； 其中，实时监测飞行熔滴的瞬时温度和速度，根据飞行熔滴的速度计算碰撞压力， 根据碰撞压力计算气体溶解度；根据飞行熔滴的瞬时温度计算冷却速率； 根据气体溶解度以及冷却速率实现片/基界面跨尺度气孔结构的调控。 本发明进一步的改进在于，陶瓷粉体和金属陶瓷粉体的粒径为10-30μm。 本发明进一步的改进在于，陶瓷粉体为氧化钇部分稳定的二氧化锆陶瓷粉体，金 属陶瓷粉体为NiCr-Cr3C2金属陶瓷粉体。 本发明进一步的改进在于，根据飞行熔滴的速度采用下式计算碰撞压力： Pd＝Cρv 2p 其中，Pd为碰撞压力，ρ为熔滴的密度，νd为熔滴的飞行速度，C为常数。 本发明进一步的改进在于，根据碰撞压力采用以下公式计算气体溶解度； Cg＝K P 1/2s d 其中，Cg为空气层的溶解度，Pd为碰撞压力，Ks为常数。 本发明进一步的改进在于，根据飞行熔滴的瞬时温度采用下式计算冷却速率； 其中，ρ为熔滴的密度，cp为潜热，λ为热导率，Tl为液相温度，Ts为基板温度，d为摊 片厚度。 与现有技术相比，本发明具有的有益效果： 本发明中通过实时监测飞行熔滴的瞬时温度和速度，根据飞行熔滴的速度计算碰 撞压力，根据碰撞压力计算气体溶解度；根据飞行熔滴的瞬时温度计算冷却速率；根据气体 溶解度以及冷却速率实现片/基界面跨尺度气孔结构的调控。本发明基于熔滴自身超塑性 形变及非稳态热源快速耗散的协同理论，构建熔滴碰撞压力及冷却速率与片/基界面嵌入 空气层溶解度间的量效关系，超高速熔滴驱动对跨尺度气孔结构的作用机理，最终实现片/ 基界面间气孔尺度及数量的有效调控。本发明不仅为不同功能防护涂层对结合性能的需求 调控提供理论依据，而且将为航空发动机等国家重大装备的表面防护提供技术支撑，具有 重要的理论与工程应用价值。 附图说明 以下结合附图及