热喷涂涂层的测试与评价

什么是热喷涂?

热喷涂是将金属、陶瓷、塑料或复合涂层涂到设备或材料上的一种常用方法。该流程可在广泛的行业中找到用途，包括医疗、航空航天、制造和能源。涂料主要用于增加设备或组件中的某些材料性能。

例如，将遭受极端高温的部件可能会被涂上某种配方，以增加其热阻。热喷涂多孔涂层常用于医用植入物，因为多孔表面促进骨生长和设备融合。为了提高部件的耐磨性和耐腐蚀性，涂层也可以应用到部件上。

涂层材料以粉末或金属丝的形式开始，然后加热到熔融状态，然后以微米大小的粒子的形式快速地向物体或材料加速。这种加速通常是通过电弧放电或燃烧来实现的。当涂层颗粒开始积累时，涂层就形成了。

热喷涂相对于其他涂层工艺的优点

• 允许应用厚涂层(高达10+ mm)
• 与其他工艺相比，应用面积大，处理率高
• 不会对材料表面造成明显的加热，从而减少表面降解(也允许涂覆易燃表面)
• 在涂层材料的类型上有很大的灵活性
• 可与多种材料组合涂布
• 不需要聚变就能形成化学键吗

热喷涂涂层的力学性能试验

热喷涂涂层的力学性能测试是制造和设计过程中的关键环节。验证涂层配方的强度和耐磨性可以让工程师验证和开发生产更强、更有效涂层的工艺。

典型的机械涂层测试包括:

• 销盘磨损(ASTM G99)销盘磨损试验是表征两种材料间摩擦系数、摩擦力和磨损率的有效方法。在这个摩擦学测试中，在恒定的施加载荷下，一个固定的圆盘与一个旋转的销钉相连。该测试通常用于在最终设计和制造前对多种涂层配方进行比较研究。
• 拉伸和剪切试验(ASTM F1147, F1160和F1044)涂层的机械测试通常需要准备样品以生成可测试的样品。涂层通常用环氧树脂固定并安装在金属夹具上。然后根据ASTM F1147的拉力或ASTM F1044的剪切进行测试，直到测试失败。根据ASTM F1160，剪切疲劳也经常在涂层测试样品上进行。涂层与夹具的附着力对于这些强度测试是至关重要的。
• 泰伯磨损(ASTM D4060)Taber磨损是一种经济、简单、快速的方法，用于收集多种涂层的可比磨损数据。涂层使用特殊的泰伯轮承受循环磨料力。测试前和测试后进行测量，以生成质量损失数据。
• 摩擦系数(ASTM D1894)摩擦系数测试包括测量两种指定材料之间的静态和动态摩擦力。静阻力是启动运动所需要的力，而动阻力是维持运动所需要的摩擦力。
• 耐腐蚀(ASTM B117)涂层的耐腐蚀性可以用盐雾环境来测量。根据ASTM B117，涂层要经受一段时间的极端腐蚀环境，并在测试后评估腐蚀存在的迹象。

热喷涂涂层的冶金性能评价

冶金性能评价是热喷涂涂层最常用的测试方法。

通常进行的评估包括:

• 金相评价对热喷涂涂层进行一般的金相评价可以产生广泛的数据，包括:组织、厚度、粗糙度、孔隙或空隙含量、氧化物夹杂和未熔化的颗粒，以及裂纹、分层、界面污染和其他涂层缺陷的检测。
• 硬度测试定期对涂层样品进行硬度测试，得到平均硬度值以及通过涂层厚度得到的硬度值。常用的涂层硬度测试方法有洛氏硬度、表面硬度、维氏硬度和努普硬度。

样品的制备对所有的冶金评价都是非常重要的，因为糟糕的制备会直接影响被评价样品的外观。典型的样品制备包括切片、清洗、安装和抛光。所有这些步骤都是使用特定的涂层程序来完成的，以避免损坏或造成任何非自然的缺陷在评估表面。在安装的样品准备好后，评估或测试就进行了。