一种降低涂层孔隙率的方法及系统与流程

本技术涉及表面涂层制备，尤其涉及一种降低涂层孔隙率的方法及系统。

背景技术：

1、在涡轮构件、泵阀曲面件、弧形壳体、模具曲面件等复杂曲面零件的表面强化处理中，通常需要通过等离子喷涂、超音速火焰喷涂、热喷涂或冷喷涂等方式制备耐磨、防腐、隔热、绝缘或抗氧化涂层；由于复杂曲面零件表面存在连续曲率变化、弯曲过渡或凹凸过渡，喷枪通常需要沿多条相邻喷涂轨迹依次扫描，并使相邻喷涂道之间形成一定重叠，以保证涂层表面连续覆盖。

2、然而，在前一喷涂道已经形成边缘侧坡后，后一喷涂道覆盖该侧坡区域时，受曲率变化、喷涂入射方向变化以及沉积轮廓叠加状态影响，后一喷涂道容易先在前一喷涂道侧坡上缘与自身沉积主体之间形成表面覆盖，而前一喷涂道侧坡根部尚未被充分填充，从而在重叠区内部形成表面不易直接观察的隐性层间孔隙带，导致复杂曲面涂层局部孔隙率升高、致密性不均以及涂层服役稳定性下降。

3、现有降低涂层孔隙率的处理方式多集中于调整喷涂功率、喷涂距离、喷枪移动速度、送粉量、喷涂角度或后续封孔处理，通过改善颗粒熔融状态、沉积厚度均匀性或涂层后处理致密性来降低整体孔隙率；上述方式对于平面区域或一般沉积不足问题具有一定改善作用，但在复杂曲面相邻喷涂道重叠区内，孔隙并非单纯由整体沉积量不足或喷涂参数偏离造成，而是由前一喷涂道侧坡根部未填充、后一喷涂道先行搭桥封口所导致。现有处理方式通常难以在后一喷涂道主喷涂之前识别侧坡根部的未填充轮廓，也难以针对该未填充区域生成对应的补偿轨迹和补偿沉积量，容易出现涂层表面已经连续覆盖但内部仍残留层间孔隙的问题，难以稳定降低复杂曲面喷涂重叠区的局部孔隙率。

技术实现思路

1、本技术的目的是为了解决现有技术中存在的复杂曲面相邻喷涂道重叠区内，前一喷涂道侧坡根部未被充分填充而后一喷涂道先行搭桥封口，导致涂层表面连续但内部形成隐性层间孔隙带，造成局部孔隙率升高和致密性不均的缺点，而提出的一种降低涂层孔隙率的方法及系统。

2、为了解决现有技术存在的问题，本技术采用了如下技术方案：

3、一种降低涂层孔隙率的方法，包括：

4、获取已完成喷涂的前一喷涂道的截面高度轮廓，并在所述截面高度轮廓上确定侧坡根部位置和侧坡上缘位置；

5、获取待喷涂的后一喷涂道的名义沉积分布，将所述截面高度轮廓与所述名义沉积分布叠加，得到名义重叠轮廓；在所述名义沉积分布中确定沉积峰值位置，并基于所述侧坡上缘位置和所述沉积峰值位置构建封口包络线；

6、在所述侧坡根部位置与所述侧坡上缘位置之间，将所述封口包络线与所述名义重叠轮廓进行比较，计算侧坡根部未填充轮廓；基于所述侧坡根部未填充轮廓计算补偿沉积中心位置和补偿沉积截面积；

7、根据所述补偿沉积中心位置生成补偿轨迹，沿所述补偿轨迹执行补偿沉积，并根据所述补偿沉积截面积控制补偿沉积量，在补偿沉积完成后执行所述后一喷涂道的主喷涂，并采集主喷涂后的实际截面高度轮廓；

8、将所述实际截面高度轮廓与所述封口包络线进行比较，计算残余未填充轮廓，并基于所述残余未填充轮廓进行复核与补偿沉积。

9、优选地，获取已完成喷涂的前一喷涂道的截面高度轮廓，并在所述截面高度轮廓上确定侧坡根部位置和侧坡上缘位置，包括：

10、获取待喷涂曲面的三维曲面模型和喷涂轨迹序列，将已完成喷涂的当前喷涂轨迹记为所述前一喷涂道对应的轨迹，将待执行喷涂的下一喷涂轨迹记为所述后一喷涂道对应的轨迹；

11、在所述前一喷涂道喷涂完成后，沿所述前一喷涂道对应的轨迹的长度方向选取位置，在垂直于所述前一喷涂道对应的轨迹方向的局部截面内采集截面高度轮廓；

12、在所述前一喷涂道朝向所述后一喷涂道的一侧，确定所述前一喷涂道由所述待喷涂曲面进入侧坡抬升段的位置为侧坡根部位置，以及确定所述前一喷涂道由侧坡抬升段进入沉积主体段的位置为侧坡上缘位置。

13、优选地，将所述截面高度轮廓与所述名义沉积分布叠加，得到名义重叠轮廓，包括：

14、在执行所述后一喷涂道对应的喷涂前，根据实际单道沉积轮廓获得所述后一喷涂道在所述局部截面内的名义沉积分布；

15、将所述截面高度轮廓与所述名义沉积分布进行相加求和，得到对应的所述名义重叠轮廓。

16、优选地，基于所述侧坡上缘位置和所述沉积峰值位置构建封口包络线，包括：

17、获取所述名义重叠轮廓在所述侧坡上缘位置处的第一重叠高度，以及获取所述名义重叠轮廓在所述沉积峰值位置处的第二重叠高度；

18、基于所述第一重叠高度与所述第二重叠高度进行线性插值，构建得到封口包络线，并使所述封口包络线的比较范围覆盖所述侧坡根部位置至所述侧坡上缘位置之间的区域。

19、优选地，将所述封口包络线与所述名义重叠轮廓进行比较，计算侧坡根部未填充轮廓，包括：

20、将所述封口包络线与所述名义重叠轮廓进行差值计算；

21、当对应位置处的所述封口包络线大于所述名义重叠轮廓时，将两者的差值作为侧坡根部未填充轮廓在对应位置处的取值，所述侧坡根部未填充轮廓用于指示需要补偿的沉积高度；

22、当对应位置处的所述封口包络线不大于所述名义重叠轮廓时，确定对应位置不需要补偿沉积。

23、优选地，基于所述侧坡根部未填充轮廓计算补偿沉积中心位置和补偿沉积截面积，包括：

24、通过所述侧坡根部未填充轮廓的面积重心确定补偿沉积中心位置，使所述补偿沉积指向侧坡根部实际未填充区域；

25、对所述侧坡根部未填充轮廓在所述侧坡根部位置至所述侧坡上缘位置的范围内进行积分求和，得到补偿沉积截面积。

26、优选地，根据所述补偿沉积中心位置生成补偿轨迹，沿所述补偿轨迹执行补偿沉积，包括：

27、将所述补偿沉积中心位置由局部截面坐标映射回三维坐标，生成沿所述前一喷涂道侧坡根部延伸的补偿轨迹，使得所述补偿轨迹位于所述前一喷涂道侧坡根部与由所述名义沉积分布确定的所述后一喷涂道的名义覆盖区域之间；

28、沿所述补偿轨迹执行补偿沉积，使形成的补偿沉积截面面积与所述补偿沉积截面积相对应。

29、优选地，将所述实际截面高度轮廓与所述封口包络线进行比较，计算残余未填充轮廓，包括：

30、当对应位置处的所述封口包络线大于所述实际截面高度轮廓时，将所述封口包络线与所述实际截面高度轮廓的差值作为残余未填充轮廓在对应位置处的取值；

31、当对应位置处的所述封口包络线不大于所述实际截面高度轮廓时，确认对应位置处的残余未填充高度为零。

32、优选地，基于所述残余未填充轮廓进行复核与补偿沉积，包括：

33、当所述残余未填充轮廓存在非零区域时，将所述残余未填充轮廓作为新的侧坡根部未填充轮廓，重新计算对应的所述补偿沉积中心位置和所述补偿沉积截面积，并再次执行侧坡根部补偿沉积，直至所述残余未填充轮廓不再存在；

34、依次对全部相邻喷涂道的重叠区执行获取截面高度轮廓至残余复核的步骤，获得降低孔隙率后的涂层。

35、与现有技术相比，本技术的有益效果是：

36、1、本技术通过获取前一喷涂道的截面高度轮廓，并在该截面高度轮廓中确定侧坡根部位置和侧坡上缘位置，再结合后一喷涂道的名义沉积分布构建名义重叠轮廓和封口包络线，使相邻喷涂道重叠区内可能发生的侧坡搭桥封口状态能够被量化识别；由于封口包络线能够表征后一喷涂道由前一喷涂道侧坡上缘向沉积峰值位置形成表面覆盖的封闭趋势，侧坡根部未填充轮廓能够反映该封闭趋势下方尚未被沉积材料填充的区域，本技术能够将孔隙率控制对象由整个喷涂区域转移至重叠区内的侧坡根部未填充区域，从而针对复杂曲面喷涂中表面连续但内部存在隐性层间孔隙带的问题进行识别，避免仅依据涂层表面连续性或整体厚度判断涂层致密程度所带来的误判；

37、2、本技术进一步根据侧坡根部未填充轮廓计算补偿沉积中心位置和补偿沉积截面积，并在后一喷涂道主喷涂之前生成补偿轨迹并执行补偿沉积，使补偿沉积优先作用于前一喷涂道侧坡根部的实际未填充区域，而不是对整个喷涂道进行无差别加厚；通过先补偿侧坡根部、再执行后一喷涂道主喷涂的顺序，能够在后一喷涂道形成表面封口之前填充潜在空腔，从形成机理上抑制曲率侧坡搭桥封口导致的重叠区隐性层间孔隙带；通过实际截面高度轮廓与封口包络线的再次比较计算残余未填充轮廓，并基于残余未填充轮廓进行复核与再补偿，形成孔隙来源识别、定向补偿和残余复核的闭环处理过程，从而降低复杂曲面涂层重叠区的局部孔隙率，提高涂层致密性一致性、结合稳定性和服役可靠性。