熱噴涂涂層性能檢測(cè)方法

1、熱噴涂涂層性能檢測(cè)方法            熱噴涂涂層在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)基體起到重要的保護(hù)作用，為確定涂層的性能和效果，檢測(cè)顯得尤為重要。熱噴涂涂層的性能由于影響著所防護(hù)材料的使用性能而備受關(guān)注。涂層的性能取決于噴涂設(shè)備、材料、工藝等多種因素。涂層性能的檢測(cè)評(píng)估涉及很多檢測(cè)方法，就一般的電弧噴涂層而言，涂層性能主要包括了涂層物理性能（如外觀(guān)、密度、厚度、金相等）、力學(xué)性能（如結(jié)合強(qiáng)度、耐磨性、殘余應(yīng)力等）和化學(xué)性能（如化學(xué)成分、耐蝕性、耐熱性、電化學(xué)性等）。在實(shí)際工作中并不要求

2、電弧噴涂涂層一定要測(cè)試上述所有性能，而是要根據(jù)不同的目的來(lái)選擇不同的測(cè)試項(xiàng)目。涂層性能測(cè)試所涉及的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為了可靠地評(píng)價(jià)電弧噴涂涂層質(zhì)量的優(yōu)劣，準(zhǔn)確測(cè)定涂層性能是否達(dá)到工藝、設(shè)計(jì)或者使用上的預(yù)期要求，需要一套比較準(zhǔn)確的涂層質(zhì)量和性能檢測(cè)的方法。當(dāng)然，最有效的方式就是采用現(xiàn)有的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。表列出了現(xiàn)有的一些國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。熱噴涂涂層的測(cè)試方法1.涂層顯微金相組織由于涂層與基體是兩種截然不同的材料，硬度可能相差很大，磨制試樣時(shí)需要特別謹(jǐn)慎。涂層試樣的要求與一般金相試樣有所不同，制備過(guò)程中要特別注意不能破壞涂層中微粒的組織結(jié)構(gòu)，盡量避免涂層粒子在磨制試樣時(shí)脫落下來(lái)。顯微金相結(jié)構(gòu)的分析主要包括兩個(gè)步驟：樣品制

3、備和觀(guān)察分析。具體步驟如下：（1）取樣：樣品的選擇應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T13289金屬顯微組織檢測(cè)方法規(guī)定進(jìn)行，用細(xì)砂輪、線(xiàn)切割機(jī)或者火焰切割等方法截取一定尺寸具有研究?jī)r(jià)值的部位，且應(yīng)保持所觀(guān)察部位的組織不改變。（2）樣品制備：樣品鑲嵌，磨、拋以及腐蝕，均應(yīng)按照GB/GT3298規(guī)定進(jìn)行。（3）組織結(jié)構(gòu)分析步驟：將準(zhǔn)備好的組織結(jié)構(gòu)試樣置于載物臺(tái)上；將顯微鏡開(kāi)關(guān)開(kāi)啟，打開(kāi)光源，調(diào)整好照明電源使之對(duì)中；裝上選好的物鏡、目鏡以及相應(yīng)的觀(guān)察方法。顯微鏡功能一般有6種，如明視場(chǎng)、暗視場(chǎng)、偏振光、干涉、微分干涉襯度、顯微硬度；用粗細(xì)調(diào)焦鈕對(duì)樣品進(jìn)行聚焦，同時(shí)調(diào)整好孔徑和視場(chǎng)光欄大小，至目鏡筒內(nèi)觀(guān)察到清晰的

4、組織圖像為止；選擇好物象視場(chǎng)，用轉(zhuǎn)換鈕轉(zhuǎn)向攝影系統(tǒng)，裝上底片即可曝光拍照。（4）樣品的保存：對(duì)于涂層樣品應(yīng)放置在干燥器內(nèi)（內(nèi)有硅膠）。2.涂層結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試方法該性能測(cè)試根據(jù)國(guó)標(biāo)G9 8642-88 （熱噴涂層結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)定）進(jìn)行。拉伸試樣的材質(zhì)是普通的Q235鋼，經(jīng)車(chē)削加工而成。具體試驗(yàn)步驟如下：將試樣對(duì)偶件A、B噴砂處理，將試件端面A均勻地噴上待測(cè)結(jié)合強(qiáng)度的涂層，厚度約為0.8mm，然后用E-7膠將試件A、B件粘合，并將A試件置于B試件之上，使其同軸，經(jīng)過(guò)100、1h加熱固化以后，將試件夾在試驗(yàn)機(jī)夾具上，以1m/min的速度進(jìn)行拉伸，記下拉斷時(shí)所施加的載荷大小，同時(shí)觀(guān)察拉斷時(shí)，試件端面涂層的

5、剝落情況。用下式計(jì)算結(jié)合強(qiáng)度：式中，b涂層得結(jié)合強(qiáng)度，N/mm2；F試樣破裂的最大載荷，N；A0試驗(yàn)的涂層面積，mm2。3.涂層硬度測(cè)試方法涂層硬度的測(cè)量方法主要包括宏觀(guān)硬度的測(cè)試和微觀(guān)硬度的測(cè)試兩種，通常對(duì)應(yīng)用于工程中的噴涂涂層進(jìn)行宏觀(guān)硬度的測(cè)試。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 9790-1988金屬覆蓋層及其他有關(guān)覆蓋層維氏和努氏顯微硬度試驗(yàn)明確規(guī)定了金屬涂層表面洛式硬度的檢測(cè)方法。（1）試驗(yàn)設(shè)備：數(shù)字式顯微硬度計(jì)。（2）試樣制備：試樣的基體材料是尺寸為45mm×45mm×5mm的普通20g鋼，表面涂層厚度為0.5mm。（3）試驗(yàn)過(guò)程：將表面噴有涂層的試樣，制備成金相試樣，放置在數(shù)字

6、式顯微硬度計(jì)的載物臺(tái)上，施加載荷，記錄下刻度盤(pán)上的硬度值。測(cè)量時(shí)選用的載荷為100gf，停留時(shí)間為10s，測(cè)試該涂層的顯微硬度值。由于涂層本身組織不均勻，易產(chǎn)生偏析，在測(cè)試中出現(xiàn)高硬度和低硬度值，因此至打5個(gè)壓痕點(diǎn)，然后取平均值。產(chǎn)品的洛氏硬度均通過(guò)維氏硬度查表?yè)Q算得到。                4.涂層相對(duì)耐磨性能測(cè)定方法測(cè)量電弧噴涂涂層耐磨性的試驗(yàn)方法主要包括三種：試樣試驗(yàn)、臺(tái)架試驗(yàn)和使用試驗(yàn)。在選擇試驗(yàn)方法的時(shí)候，應(yīng)根據(jù)涂層

7、工作環(huán)境選擇試驗(yàn)方法。工程中應(yīng)用的涂層耐磨性試驗(yàn)的測(cè)量方法如下：（1）試驗(yàn)概述磨粒磨損試驗(yàn)采用濕砂橡膠輪式磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行，為典型的三體磨粒磨損：磨粒在橡膠輪和試件表面流動(dòng)從而引起磨損。其中試驗(yàn)參數(shù)如下：橡膠輪轉(zhuǎn)速：240 r/min；橡膠輪直徑：178mm；橡膠輪硬度：60(邵爾硬度)；砂漿比例：水1000g、砂1500g；載荷：10kg；磨損時(shí)間：50m；橡膠輪轉(zhuǎn)數(shù)：約12 000轉(zhuǎn)；磨料：4070目的石英砂；（2）試件的準(zhǔn)備試件基體材質(zhì)為20g鋼，形狀為57 mm×25 mm×5mm。表面經(jīng)噴砂處理后，噴涂1.5mm厚的涂層。在做磨損試驗(yàn)之前，為提高試驗(yàn)精度，試件有涂層

8、的一面在磨床上磨光。材料的耐磨性能用磨損的失重量來(lái)衡量。在試驗(yàn)前后，將試件放入盛有丙酮溶液的燒杯中，在超聲波清洗儀中清洗35min，干燥后用精度為0.1mg電子天平稱(chēng)量。先預(yù)磨12000轉(zhuǎn)，再正式磨12 000轉(zhuǎn)。算出磨損前后試件的重量差，即為失重量。每種配方測(cè)三個(gè)試樣，取平均值來(lái)衡量配方的耐磨性。試驗(yàn)同時(shí)用20g鋼作為對(duì)比。（3）評(píng)估磨粒磨損試驗(yàn)后，在磨痕中部切開(kāi)取出約5mm×5mm的小塊，在掃描電鏡下觀(guān)察磨粒磨損過(guò)程中留下的磨痕。由產(chǎn)品表面在測(cè)試后的變化效果確定其磨粒磨損能力的優(yōu)劣，產(chǎn)品在磨損后重量損失過(guò)多（超過(guò)80%），則表明產(chǎn)品磨粒磨損性能不好。5.涂層抗熱震性能測(cè)試方法在工

9、程中，電弧噴涂所防護(hù)的材料表面在工作中通常經(jīng)過(guò)高溫到低溫的循環(huán)運(yùn)作，所以涂層表面的熱震性能在測(cè)試中也需要考慮進(jìn)來(lái)。試樣尺寸為45mm×45mm×5mm的普通Q235鋼，表面涂層厚度為0.5mm。將試樣置于箱式加熱爐中，加熱溫度分別選擇600、700、800，隨爐加熱15min，然后從爐中取出試樣，迅速投入常溫水中進(jìn)行冷卻，如此反復(fù)完成加熱、冷卻、再加熱的熱循環(huán)過(guò)程，觀(guān)察涂層表面是否有起皮、涂層脫落、氧化變色等情況，以檢測(cè)涂層的抗疲勞性能。6.涂層抗氧化性能測(cè)試方法對(duì)高溫氧化反應(yīng)速率的測(cè)試方法最常用的是重量測(cè)量法。如果試驗(yàn)中產(chǎn)生大量的腐蝕產(chǎn)物且涂層表面有剝落現(xiàn)象產(chǎn)生，則使用矢

10、量法，也就是要去除失去的腐蝕產(chǎn)物，然后稱(chēng)量失去腐蝕產(chǎn)物后的重量。如果腐蝕產(chǎn)物致密且附著性好，且應(yīng)采用增量法，也就是測(cè)量樣品腐蝕后所增加的重量。使用重量法測(cè)量高溫氧化反應(yīng)損率的同時(shí)，通常還配合其他的方法對(duì)腐蝕情況進(jìn)行觀(guān)察和分析：應(yīng)用光學(xué)顯微鏡和電子掃描顯微鏡可以觀(guān)察腐蝕產(chǎn)物的形貌和顯微結(jié)構(gòu)；用X射線(xiàn)和電子衍射技術(shù)可以確定物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)，因而可以確定反應(yīng)產(chǎn)物的物相；利用電子探針和離子探針可以確定合金元素在腐蝕產(chǎn)物中的分布。在測(cè)量試樣高溫氧化性的試驗(yàn)中，主要包括以下幾個(gè)步驟：（1）試樣制備高溫氧化試驗(yàn)的試樣基體是Q235鋼，尺寸30mm×10mm×5mm。在噴涂前首先去掉試樣毛刺

11、，將其邊角處打磨成圓角，表面經(jīng)過(guò)噴砂粗化凈化處理后，對(duì)三種材料試樣的六個(gè)面都進(jìn)行噴涂，噴涂后試樣表面無(wú)裂紋，涂層厚度為0.4mm。（2）試驗(yàn)步驟a.精確計(jì)算試樣的表面積。b.用無(wú)水酒精或丙酮清洗試樣和坩鍋，將試樣及坩鍋放入100的烤箱中烘干。c.測(cè)量試樣與坩鍋的總重量，并記錄數(shù)據(jù)。d.將電爐溫度設(shè)定在800下，將試樣放入電爐中。e.氧化一段時(shí)間后，取出坩鍋進(jìn)行稱(chēng)重，并記錄好數(shù)據(jù)。氧化時(shí)間在試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)控制在5h，隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，氧化時(shí)間逐漸延長(zhǎng)，可依次分別取10h和20h。f.重復(fù)步驟4，直至氧化200h。g.在金相顯微鏡下觀(guān)察試樣組織形貌。由產(chǎn)品表面在測(cè)試后的變化效果確定其抗氧化能力的優(yōu)劣，如

12、出現(xiàn)裂紋或其它缺陷，表明產(chǎn)品抗氧化性能不好。7.涂層耐腐蝕性能測(cè)試方法在耐腐蝕測(cè)試中使用的試驗(yàn)試樣基體是Q235鋼，尺寸30mm×l0mm×3mm。在噴涂前首先去掉試樣毛刺，將其尖角處打磨成圓角，表面經(jīng)過(guò)粗化凈化處理后，對(duì)三種材料試樣的6個(gè)面都進(jìn)行噴涂，噴涂后試樣表面無(wú)裂紋，涂層厚度為0.4mm。待試樣準(zhǔn)備完畢后，按下列步驟進(jìn)行試驗(yàn)：(1)精確計(jì)算試樣的表面積。(2)用無(wú)水酒精清洗試樣，測(cè)量試樣的重量。(3)取85%Na2SO4+15%NaCl(質(zhì)量比，鹽為固體狀態(tài))混合在一起，攪拌均勻，然后將混合鹽放入柑鍋中，再放入箱式電爐中加熱熔化，讓鹽能充分混合，之后將坩鍋取出，冷卻

13、后，將混合鹽分成四等份，分別置于四個(gè)坩鍋中。(4)分別將四個(gè)試樣置于四個(gè)柑鍋中，使試樣的一半沒(méi)在混合鹽之中，另一半則露在空氣中，蓋上坩鍋蓋。(5)測(cè)量試樣與增禍的總重量，并記錄數(shù)據(jù)。(6)將電爐溫度設(shè)定在800下，將裝有試樣的坩鍋放入電爐中。(7)待腐蝕100h后，取出試樣，冷卻后測(cè)量試樣與坩鍋的總重量，再將試樣取出去除試樣表面的附著的鹽粒，再用清水清洗。(8)觀(guān)察試樣的變化情況后，再用線(xiàn)切割儀將試樣沿縱向切成兩小塊。(9)在掃描電鏡下觀(guān)察試樣埋在熔鹽中的部分和未埋在熔鹽中的部分的橫截面腐蝕情況及組織結(jié)構(gòu)，用電子探針對(duì)試樣橫截面的氧、氛進(jìn)行面分析和線(xiàn)分析，測(cè)量氧氯在涂層及基體中的滲入深度。(10)分析試驗(yàn)結(jié)果。