【米】?jī)?nèi)部技術(shù)——熱噴涂涂層的制備

草原蒙狼

作者：George Blann
, O$ n! t! K4 r, n# r標(biāo)樂(lè)有限公司實(shí)驗(yàn)室服務(wù)及材料分析部主管
美國(guó)伊利諾州 Lake Bluff

George Vander Voort
$ f; H+ ]& E: f標(biāo)樂(lè)有限公司研究與技術(shù)部主任
美國(guó)伊利諾州 Lake Bluff
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  ^# m4 U8 R" j& i8 M2 V熱噴涂涂層金相
      熱噴涂涂層的應(yīng)用是為了改善基體材料的抗氧化,、抗腐蝕,、抗表面磨損和抗燒蝕能力,。有涂層金屬部件的準(zhǔn)確表征要求對(duì)其顯微組織進(jìn)行金相檢驗(yàn)。涂層的厚度范圍從 0.002 至 0.060英寸 (0.005 至 1.5mm)  并用不同的噴涂技術(shù)和參數(shù)沉積到基底上。必須用金相制備技術(shù)準(zhǔn)確地確定顯微組織特性。 由于一些涂層的脆性本質(zhì)和孔隙的存在并在涂層構(gòu)成了很不相同的硬度,，在金相制備中總是有可能無(wú)法顯示出真實(shí)的顯微組織或引入假象，從而對(duì)涂層特性作出錯(cuò)誤的詮釋,。光學(xué)顯微技術(shù)為一塊經(jīng)過(guò)正確制備的涂層試樣提供了一種評(píng)估手段,，以確定或測(cè)定涂層/基底界面的質(zhì)量、孔隙度,、未熔化顆粒及氧化物的分布,、涂層厚度、以及其它涂層特性,，如圖 1所示,。
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        各個(gè)實(shí)驗(yàn)室為了對(duì)熱噴涂試樣進(jìn)行顯微組織評(píng)估而使用的金相制備技術(shù)不盡相同， 這一差異往往會(huì)造成勉強(qiáng)合格的結(jié)果,。這些技術(shù)包括在粗磨和細(xì)磨階段,，碳化硅砂紙、固定或半固定金剛石的使用,。粗拋光階段是在無(wú)絨毛織物上使用分級(jí)系列的金剛石膏或懸浮液。對(duì)于最終拋光階段,，則在有絨毛或無(wú)絨毛的織物上使用細(xì)金剛石膏或懸浮液,，或使用小于 1 微米的氧化鋁粉。 如果在使用以上任何消耗品或制備表面時(shí)采用不恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)都會(huì)產(chǎn)生不夠精確的結(jié)果,。

2 h2 Q! A6 C* C( h, i. K& ?3 c$ Z        本期標(biāo)樂(lè)公司的《技術(shù)評(píng)論》是為了給讀者提供能夠始終如一地準(zhǔn)確對(duì)涂層進(jìn)行表征的熱噴涂涂層金相制備步驟的信息,。 金相試樣制備

  Y* @3 `$ f% N5 v取樣/切割
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        對(duì)于不同類型的熱噴涂試樣， 應(yīng)當(dāng)使用帶有金屬粘接的金剛石薄片或超薄氧化鋁砂輪片的精密切割機(jī)沿著垂直于試樣軸的方向進(jìn)行切割,。試樣應(yīng)當(dāng)用臺(tái)鉗夾緊,，其位置應(yīng)使切割片從涂層一側(cè)進(jìn)入而從基底一側(cè)出去，這樣就顯著減小了涂層的損傷,。圖 2示出在切割熱噴涂涂層時(shí)所建議的切割片轉(zhuǎn)動(dòng)方向,、試樣位置,、及試樣類型。通過(guò)真空浸滲可以使多孔性涂層或易碎涂層上有一薄層的環(huán)氧樹脂可以避免在切割時(shí)造成損傷,。表 1給出切割參數(shù),。每一塊切下的試樣都應(yīng)當(dāng)放在丙酮中徹底清洗并在鑲嵌前在 70°C 的烘箱中干燥 5分鐘。



, \5 k4 t) k+ s/ h' B) d鑲嵌
9 b6 `% i+ X+ u8 ~) a! e# P3 g        鑲嵌可以保護(hù)涂層免受破壞并在磨光和拋光工序時(shí)提供邊緣保護(hù),。金相鑲嵌可分為兩類,，即加壓成型和可澆注環(huán)氧樹脂。盡管有一些涂層可以采用加壓模式鑲嵌,，可澆注環(huán)氧樹脂已經(jīng)成為優(yōu)先考慮的鑲嵌方法,。這種方法沒有會(huì)給易碎涂層帶來(lái)?yè)p傷的高壓和高溫。
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        EPO-KWICK ,  環(huán)氧化物或EPO-THIN 均適于進(jìn)行正確的鑲嵌,。 每一塊試樣應(yīng)當(dāng)放在真空浸滲系統(tǒng)中,，容器內(nèi)應(yīng)抽真空至 26 英寸汞柱  （約合 88 kPa） 。然后將環(huán)氧樹脂澆入每一個(gè)SAMPL-KUP 中并保持 5-10 分鐘以使其浸滲到涂層的敞開孔隙中,。圖 3 為兩種鑲嵌方法的示意圖并給出每種方法建議使用的涂層類型,。

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磨成平面階段

        這個(gè)第一階段是為隨后關(guān)鍵的試樣無(wú)損傷階段做準(zhǔn)備。由于它除了產(chǎn)生平坦的表面外,，還要去除由于切割而產(chǎn)生的變形層,，因此它對(duì)于整個(gè)試樣制備過(guò)程的成功與否有重大的影響。一旦這一階段恰當(dāng)?shù)赝瓿�,，隨后的工序就不多了,。每一道工序產(chǎn)生的損傷必須能在隨后的工序中除去。使用粗碳化硅砂紙（粒度為 120 或 180）或固定的 45 微米金剛石磨盤（ULTRA-PREP ）可將熱噴涂涂層試樣磨成平面,。每一種磨料都可以在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生平坦的表面,。固定的金剛石磨盤能產(chǎn)生高的材料去除速率，而碳化硅砂紙的作用就沒有這么大,。
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        正確的選擇磨制表面很重要,，它可以使涂層避免產(chǎn)生嚴(yán)重的損傷。在進(jìn)入下一階段以前,，試樣必須徹底清洗和干燥,。超聲波清洗并沒有普遍被采用，因此使用時(shí)間應(yīng)盡可能短,，以避免導(dǎo)致?lián)p傷,。
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; ^# I# G; S% d, q0 V試樣無(wú)損傷階段
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        整個(gè)過(guò)程最終是否成功取決于這個(gè)階段將磨平階段產(chǎn)生的變形去除并使表面損傷大大減少的能力。當(dāng)這一制備階段完成后,，涂層和基底應(yīng)當(dāng)沒有損傷,。表 2 及表 3 所示的兩種方法使用兩種不同的磨料制備，二者都可以達(dá)到試樣無(wú)損傷的結(jié)果,。使用粒度愈來(lái)愈細(xì)的碳化硅砂紙是有效的,， 但成本高,。 在硬的聚脂織物 （ULTRA-PAD ） 上有效地使用半固定的多晶 （PC）金剛石懸浮液（9 微米）可以保持磨成平面階段已建立的平面度并去除該階段產(chǎn)生的表面變形。用表3 列出的兩道試樣無(wú)損傷工序取代表 2中列出的 6道碳化硅砂紙中的 5 道,，在保持平面度遠(yuǎn)為良好的條件下又實(shí)際上消除了顯微組織中的浮凸或表面變形,。用TEXMET 1000 織物和 3 微米多晶金剛石懸浮液可以很容易地除去特細(xì)砂紙和半固定多晶金剛石留下的細(xì)劃痕。
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5 B# n/ C- G6 }; S1 i+ M最終拋光階段   

        最終拋光階段使用非常細(xì)的磨料（小于 1 微米）而且只去除很少量的材料,；因此,，這些磨料無(wú)法去除以前諸工序沒有除去的、相當(dāng)大的表面損傷或變形,。旋轉(zhuǎn)的,、帶絨毛的織物會(huì)產(chǎn)生有選擇性的磨削作用，如果拋光時(shí)間過(guò)長(zhǎng),，就會(huì)在硬涂層上造成顯微組織浮凸和邊緣圓角,。如果磨成平面階段和試樣無(wú)損傷階段都能正確地進(jìn)行，則最終拋光階段所須時(shí)間較短,，但卻能非常有效地產(chǎn)生沒有浮凸和邊緣圓角的干凈,、無(wú)損傷的顯微組織。使用CHEMOMET 織物和MASTERPREP （0,。05 微米Al2O3）可以獲得無(wú)劃痕,、無(wú)變形的表面。   

顯微組織評(píng)估

        不論使用傳統(tǒng)的或新型的磨料和制備表面都可以使多種熱噴涂涂層和基底產(chǎn)生始終如一的良好結(jié)果,。 拋光完成后的表面能顯露出涂層--基底界面的真實(shí)組織,、 孔隙度和未熔顆粒數(shù)量、是否有氧化物,、以及涂層的總厚度,。這些信息可以使評(píng)估者對(duì)涂層的顯微組織特征有一個(gè)準(zhǔn)確的概念，從而使他（她）能以更大的信心對(duì)涂層的質(zhì)量做出判斷,。

& t( A6 [, D; s結(jié)論

. y: H, o0 z. @- O: G6 P* ^        使用當(dāng)前技術(shù)發(fā)展水平的磨料,、 制備表面和設(shè)備可以成功地完成熱噴涂涂層各方面的顯微組織評(píng)估。半自動(dòng)和全自動(dòng)制樣設(shè)備和與其配套使用的新型,、且性能價(jià)格比高的磨料和制備表面可以為涂層特性評(píng)估制備出始終如一的,、精確的無(wú)損傷表面。使用這種設(shè)備和技術(shù)將使熱噴涂供應(yīng)商,、質(zhì)量鑒定實(shí)驗(yàn)室以及最終用戶對(duì)于最終產(chǎn)品具有高度的置信度。用手工方法制備熱噴涂涂層需要具有特殊技能,、高度熟練的金相技術(shù)人員,，這樣才能始終如一地取得準(zhǔn)確的結(jié)果。由于目前很難找到這種人員,，因此不推薦采用手工方法制備,。
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技    術(shù)    提    示

; z. d  ]7 }) L5 R* U9 ^, k& @問(wèn)：怎樣準(zhǔn)確判定涂層損傷的起因,？
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) p; g' ?. V6 D答：不讓諸如“什么時(shí)候會(huì)產(chǎn)生損傷”這類問(wèn)題出現(xiàn)的最好辦法就是在 27 英寸（約 686 毫米）汞拄（約合 91。4 kPa）的真空環(huán)境中將整個(gè)收到的涂層試樣用可澆注的環(huán)氧樹脂（EPO-THIN 或環(huán)氧化物）封裝起來(lái),。這一步驟可以在切割操作前將所有敞開的孔隙,、空洞及各種缺陷填好。然后,，經(jīng)過(guò)預(yù)封裝的涂層可以使用金剛石壓制切割片（15HC）在ISOMET 2000 或ISOMET 1000 型精密切割機(jī)上進(jìn)行切割,。如果在生產(chǎn)型切割機(jī)上用厚的氧化鋁片進(jìn)行切割，即使試樣經(jīng)過(guò)預(yù)封裝,，也會(huì)造成局部過(guò)熱,。因此，對(duì)于重要的評(píng)估工作,，不推薦用這種設(shè)備來(lái)切割涂層,。切下的試樣接著就可以用粒度愈來(lái)愈細(xì)的碳化硅砂紙制備，再用 3 微米多晶金剛石進(jìn)行粗拋光和 0,。05 微米氧化鋁---MASTERPREP?進(jìn)行最終拋光,。這一步驟可以獲得將涂層真實(shí)本性顯示出的可靠結(jié)果。
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. p4 @5 k  w+ [1 m3 {+ y' U( N問(wèn)：熱固性鑲嵌是否適用于各種類型熱噴涂涂層,？
  K6 [( h- K5 S% Y1 Y
" }5 Z; T- ]# Q3 J答：由于存在高溫 (150°C)  和高壓 (4200英磅/平方英寸,，約合29 MPa)，有可能對(duì)涂層造成損傷,。致密的非陶瓷涂層,，如WC/Co，或其它致密的金屬涂層可以成功地用壓力鑲嵌機(jī)進(jìn)行鑲嵌而不會(huì)產(chǎn)生損傷,。所有其他涂層都應(yīng)當(dāng)在 27 英寸汞柱（約合 91,。4 kPa）的真空中用可澆注環(huán)氧樹脂（如環(huán)氧化物、EPO-KWICK , EPO-THIN , EPO-COLOR?）鑲嵌,�,？蓾沧�樹脂可以在較低溫度（75°F至 170°F，約合 24°C 至 77°C）和常壓下固化,，因此消除了涂層產(chǎn)生損傷的可能性,，從而可以對(duì)涂層特性進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)估。  
5 M/ Z4 m  r( a  I
# I' H7 h7 C' B0 A0 @- }問(wèn)：為什么有些熱噴涂實(shí)驗(yàn)室將涂層試樣未經(jīng)切割的表面進(jìn)行鑲嵌而不是用切下的表面鑲嵌,，這樣做可以嗎,？

答： 在那些沒有精密金剛石切割機(jī)的實(shí)驗(yàn)室， 人們?cè)谇懈顭釃娡客繉釉嚇訒r(shí)才采用這種辦法,。生產(chǎn)用切割機(jī)由于使用厚的氧化鋁片,，會(huì)在切割過(guò)程中對(duì)涂層造成過(guò)多的損傷，因此磨光時(shí)也需要去除過(guò)多的變形。用未經(jīng)切割的表面進(jìn)行鑲嵌,，估計(jì)就是為了排除這一問(wèn)題,。但是這樣做會(huì)在磨成平面階段中要除去 1--2 毫米的材料。新型高速精密切割機(jī)（ISOMET 2000 或ISOMET 1000） 只對(duì)涂層造成最低限度的損傷,， 從而使實(shí)驗(yàn)室人員可以用切割面來(lái)鑲嵌試樣,。這兩種辦法都是可以接受的， 但是采用金剛石精密切割機(jī)可以減少金相制備最初階段所需的工作量,。
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china123xi

很有用貼子! 幫大忙了

sunboy007

金相試驗(yàn),，一般還要做拉伸的

小白菜

好東西，贊一個(gè),。

china123xi

很多人都做這個(gè)啊,那加我QQ 互相學(xué)習(xí)下吧
191445996   我這主要是氧化鋁的陶瓷涂層

hankui

Thank you  {:soso_e100:}