针对基体表面失效的感知系统技术方案

本发明专利技术提供了一种针对基体表面失效的感知系统，包括：传感装置；和信号分析装置，用于分析所述传感装置输出的信号；所述传感装置包括敏感单元，所述敏感单元包括：覆盖在基体表面的钛酸铅涂层，用于感知和转换所述基体表面失效的信号；和设置在所述钛酸铅涂层上的第一电极，用于输出所述基体表面失效的信号；所述钛酸铅涂层由混合粉料喷涂在所述基体表面，经极化而成，所述混合粉料包括PbTiO3粉、PbO粉和Al粉。钛酸铅(PbTiO3)是一种铁电性材料，可用于制备压电传感器，本发明专利技术加入PbO粉和Al粉，可改善钛酸铅涂层的压电性能。在所述感知系统中，这种涂层能与基体紧密结合，压电信号强度高，能更好动态监测零件服役情况。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了一种针对基体表面失效的感知系统，包括：传感装置；和信号分析装置，用于分析所述传感装置输出的信号；所述传感装置包括敏感单元，所述敏感单元包括：覆盖在基体表面的钛酸铅涂层，用于感知和转换所述基体表面失效的信号；和设置在所述钛酸铅涂层上的第一电极，用于输出所述基体表面失效的信号；所述钛酸铅涂层由混合粉料喷涂在所述基体表面，经极化而成，所述混合粉料包括PbTiO3粉、PbO粉和Al粉。钛酸铅(PbTiO3)是一种铁电性材料，可用于制备压电传感器，本专利技术加入PbO粉和Al粉，可改善钛酸铅涂层的压电性能。在所述感知系统中，这种涂层能与基体紧密结合，压电信号强度高，能更好动态监测零件服役情况。【专利说明】
本专利技术涉及压电材料
，特别涉及一种针对基体表面失效的感知系统。 针对基体表面失效的感知系统
技术介绍
为了提高一些机械零件如齿轮、活塞和气缸等的耐磨性，通常在这些零件的表面 设置耐磨涂层。然而，这些零件在长期服役过程中，其先天存在的原生性微缺陷仍会慢慢累 积，并且可能会与后发性微损伤相互作用，最终从量变转为质变而产生致命的损坏。如果在 零件质变损坏产生之前能够获得一个确定的信号，或者能够精确掌握零件微小损伤累积量 变的全程，就可以尽量地避免发生事故。 当前的零件表面疲劳磨损试验多以震动、摩擦系数和温度等因素的变化作为评估 零件表面磨损状态的判断依据，当选定的判断因素的实际值超过了预设的门槛值，则说明 零件表面失效，然后对失效零件进行断口分析，通过经验或经典理论反向推断，从而得出失 效机理。但是，这种以"事后判断"为主的失效行为与机理研究，不能准确判断零件表面的 临界失效状态，无法建立可动态监测并控制零件表面失效的掌控机制。 而现有的在线监控零件表面损伤主要依靠布置可收集零件工作状态信息的压电 传感器，通过整理、分析传感器输出的信号，来把握表面涂层服役状态的变化过程。其中，所 述压电传感器是利用现有的压电材料如钛酸钡、钛酸铅的压电效应制备的，应用时，需要将 其布置在服役涂层的周边，或者粘贴到机械设备或零件上。 但是，采用现有压电传感器来动态监测零件表面涂层服役的损伤状况，存在零件 表面涂层损伤信息强度弱或失真的问题，不利于应用。
技术实现思路
为了解决以上技术问题，本专利技术提供一种针对基体表面失效的感知系统，本专利技术 提供的感知系统包括钛酸铅涂层，其具有更加优异的压电性能，且能与基体紧密结合，进而 能提高动态监测零件表面损伤信息的强度，利于应用。 本专利技术提供一种针对基体表面失效的感知系统，包括： 传感装置； 和信号分析装置，用于分析所述传感装置输出的信号； 所述传感装置包括敏感单元，所述敏感单元包括： 覆盖在基体表面的钛酸铅涂层，用于感知和转换所述基体表面失效的信号； 和设置在所述钛酸铅涂层上的第一电极，用于输出所述基体表面失效的信号； 所述钛酸铅涂层由混合粉料喷涂在所述基体表面，经极化而成，所述混合粉料包 括PbTi03粉、PbO粉和A1粉。 优选的，所述PbTi03粉、PbO粉和A1粉的质量比为（5?8) : (1?2) : (1?3)。 优选的，所述PbTi03粉的粒度为40 μ m?60 μ m。 优选的，所述PbO粉的粒度为40 μ m?70 μ m。 优选的，所述A1粉的粒度为30μπι?40μπι。 优选的，所述钛酸铅涂层的厚度为45 μ m?55 μ m。 优选的，所述钛酸铅涂层还包括耐磨层。 优选的，所述钛酸铅涂层还包括打底层。 优选的，所述传感装置还包括信号放大单元，用于放大并输出所述敏感单元输出 的信号。 优选的，所述传感装置还包括信号转换单元，用于转换并输出所述敏感单元或信 号放大单兀输出的信号。 与现有技术相比，本专利技术提供的感知系统主要以钛酸铅涂层为敏感单元，所述钛 酸铅涂层由包括PbTi0 3粉、PbO粉和A1粉的混合粉料喷涂在基体表面，经极化而成。钛酸 铅（PbTi03)是一种铁电性材料，可用于制备压电传 感器。在形成涂层的过程中，会发生如 下反应：PbTi03 - Pb0+Ti02 ;本专利技术加入PbO粉，是为了补充铅由于挥发造成的损失，使上 述反应尽可能的左移；而由于PbO在880°C以上高温条件下容易分解挥发，本专利技术同时还加 入A1粉，其可包裹PbTi0 3粉和PbO粉，这样本专利技术即可改善钛酸铅涂层的压电性能。在本 专利技术所述感知系统中，这种涂层能与基体紧密结合，压电信号强度高，因而可被广泛应用在 机械零件如活塞环、气缸和齿轮等上，用来更好地动态监测零件的服役情况。 【专利附图】【附图说明】 图1为本专利技术实施例提供的复合涂层的示意图； 图2为正压电效应的示意图； 图3为能量转化的示意图； 图4为本专利技术测试涂层结合强度的喷涂试样图； 图5为本专利技术测试涂层结合强度的拉伸试样图； 图6为本专利技术实施例提供的感知系统的磨损试验过程示意图； 图7为本专利技术所述感知系统记录的波形信号； 图8为电阻应变片记录的波形信号； 图9为本专利技术实施例1?6和比较例1?6提供的涂层的压电信号随极化温度变 化的曲线图； 图10为本专利技术实施例1提供的涂层的截面形貌； 图11为本专利技术比较例1提供的涂层的截面形貌； 图12为本专利技术实施例7?11和比较例7?11提供的涂层的压电信号随极化温 度变化的曲线图； 图13为本专利技术实施例7提供的涂层的截面形貌； 图14为本专利技术比较例7提供的涂层的截面形貌； 图15为本专利技术实施例12?15提供的涂层的压电信号图； 图16为本专利技术实施例16?19提供的涂层的压电信号图； 图17为本专利技术实施例16?19提供的涂层的孔隙率图； 图18为本专利技术实施例20?31提供的涂层的压电信号图； 图19为本专利技术实施例32?40提供的涂层的压电信号图； 图20为本专利技术实施例32?40提供的涂层的平均硬度图； 图21为本专利技术实施例41提供的涂层的截面形貌； 图22为本专利技术实施例41?50提供的涂层的结合强度的曲线图； 图23为本专利技术实施例46提供的涂层的截面形貌； 图24为本专利技术实施例51?60提供的涂层的压电信号随极化温度变化的曲线图； 图25为本专利技术实施例61?72不同喷涂手段得到的涂层的孔隙率随极化温度变 化的曲线图。 【具体实施方式】 为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是 应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术权利要求的 限制。 本专利技术提供了一种钛酸铅涂层，由混合粉料喷涂在基体表面，经极化而成，所述混 合粉料包括PbTi0 3粉、PbO粉和A1粉。 本专利技术提供的钛酸铅涂层的压电性能更加优异，并能与基体紧密结合，可作为压 电涂层，更好地应用在零件服役情况的动态监测中。 形成本专利技术钛酸铅涂层的混合粉料包括？131103粉，钛酸铅（PbTi0 3)是一种铁电性 材料，可用于制备压电传感器。所述PbTi03粉为四方相钛酸铅粉末，粒度优选为40 μ m? 60 μ m，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种针对基体表面失效的感知系统，包括：传感装置；和信号分析装置，用于分析所述传感装置输出的信号；所述传感装置包括敏感单元，所述敏感单元包括：覆盖在基体表面的钛酸铅涂层，用于感知和转换所述基体表面失效的信号；和设置在所述钛酸铅涂层上的第一电极，用于输出所述基体表面失效的信号；所述钛酸铅涂层由混合粉料喷涂在所述基体表面，经极化而成，所述混合粉料包括PbTiO3粉、PbO粉和Al粉。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邢志国，王海斗，马国政，石伟丽，
申请(专利权)人：中国人民解放军装甲兵工程学院，
类型：发明
国别省市：北京;11