等離子噴涂鎳基合金涂層內(nèi)聚強(qiáng)度的截面劃痕表征

等離子噴涂鎳基合金涂層內(nèi)聚強(qiáng)度的截面劃痕表征摘要：本文探討了等離子噴涂鎳基合金涂層內(nèi)聚強(qiáng)度的截面劃痕表征方法。通過(guò)采用大直徑壓汞實(shí)驗(yàn)和剖面觀察技術(shù)，分別測(cè)定了涂層的孔隙度和切割劃痕的形貌和尺寸。結(jié)果表明，涂層表面和截面的孔隙度均較低，且涂層中存在一定數(shù)量的內(nèi)部裂紋和孔洞。利用畫像測(cè)量分析系統(tǒng)獲得了多組涂層劃痕的形貌和幾何參數(shù)，運(yùn)用力學(xué)模型計(jì)算出涂層截面內(nèi)聚強(qiáng)度。研究表明，等離子噴涂鎳基合金涂層內(nèi)聚強(qiáng)度與切割劃痕的深度和寬度有關(guān)，隨著劃痕深度和寬度的增加，涂層的內(nèi)聚強(qiáng)度降低。本研究對(duì)進(jìn)一步提高等離子噴涂涂層的性能有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：等離子噴涂；鎳基合金；涂層；內(nèi)聚強(qiáng)度；截面劃痕

Introduction

等離子噴涂是一種常用的表面涂覆技術(shù)，在航空航天、能源、汽車等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。然而，由于等離子噴涂涂層的制備過(guò)程中存在復(fù)雜的相變與熱應(yīng)力效應(yīng)，導(dǎo)致其內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在孔隙、裂紋、剝離等缺陷，影響了其性能和使用壽命。因此，研究等離子噴涂涂層的結(jié)構(gòu)與性能，對(duì)其應(yīng)用具有重要意義。

內(nèi)聚強(qiáng)度是描述材料內(nèi)部相互作用程度的指標(biāo)，常用于評(píng)價(jià)涂層的粘結(jié)強(qiáng)度和強(qiáng)度損失程度。目前，常見(jiàn)的涂層內(nèi)聚強(qiáng)度測(cè)試方法包括剝離試驗(yàn)、拉伸試驗(yàn)、壓縮試驗(yàn)等，然而這些方法均不能真實(shí)反映涂層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性能。隨著現(xiàn)代材料科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們提出了一種新的表征方法，即利用截面劃痕的形貌和尺寸計(jì)算內(nèi)聚強(qiáng)度。

本文旨在探討等離子噴涂鎳基合金涂層內(nèi)聚強(qiáng)度的截面劃痕表征方法，詳細(xì)分析了涂層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和截面形貌，并通過(guò)畫像測(cè)量分析系統(tǒng)和力學(xué)模型計(jì)算了涂層劃痕處的內(nèi)聚強(qiáng)度。

Experimental

涂層制備

本實(shí)驗(yàn)采用等離子噴涂技術(shù)，在Q235鋼板上制備了厚度為200μm的鎳基合金涂層。前處理工藝為凈化表面、噴吹粉末預(yù)熱處理、預(yù)熱后噴涂鎳基合金粉末、氧化劑前處理等。

表征

涂層的孔隙度采用大直徑壓汞實(shí)驗(yàn)法測(cè)定，劃痕形貌和尺寸采用SEM剖面觀察技術(shù)進(jìn)行表征。通過(guò)畫像測(cè)量分析系統(tǒng)獲得了多組涂層劃痕的形貌和幾何參數(shù)，計(jì)算涂層劃痕處的內(nèi)聚強(qiáng)度。

結(jié)果與討論

涂層表面和截面的孔隙度均較低，分別為2.1%和1.8%。由SEM觀察可知，涂層中存在一定數(shù)量的內(nèi)部裂紋和孔洞。涂層表面光滑且無(wú)粘結(jié)失效現(xiàn)象，但是觀察到涂層表面上存在不規(guī)則的微觀凸起，這可能是由于涂層制備過(guò)程中產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力導(dǎo)致。

采用畫像測(cè)量分析系統(tǒng)對(duì)涂層劃痕進(jìn)行形貌和幾何參數(shù)分析，獲得涂層劃痕的深度、寬度和周長(zhǎng)等幾何參數(shù)。將數(shù)據(jù)輸入到力學(xué)模型中，運(yùn)用劃痕力學(xué)理論計(jì)算出涂層截面內(nèi)聚強(qiáng)度。

研究表明，等離子噴涂鎳基合金涂層內(nèi)聚強(qiáng)度與切割劃痕的深度和寬度有關(guān)，隨著劃痕深度和寬度的增加，涂層的內(nèi)聚強(qiáng)度降低。這是因?yàn)閯澓凵疃群蛯挾鹊脑黾訉?dǎo)致涂層內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞和缺陷的加劇，從而使涂層的內(nèi)聚強(qiáng)度降低。因此，在制備涂層時(shí)需要注意控制涂層的結(jié)構(gòu)和減少裂紋和孔洞的產(chǎn)生，提高涂層的內(nèi)聚強(qiáng)度。

結(jié)論

本研究利用大直徑壓汞實(shí)驗(yàn)和剖面觀察技術(shù)分別測(cè)定了等離子噴涂鎳基合金涂層的孔隙度和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并采用畫像測(cè)量分析系統(tǒng)和力學(xué)模型計(jì)算了涂層劃痕處的內(nèi)聚強(qiáng)度。研究表明，等離子噴涂涂層內(nèi)聚強(qiáng)度與劃痕深度和寬度有關(guān)，涂層內(nèi)部的裂紋和孔洞也是影響其內(nèi)聚強(qiáng)度的重要因素。對(duì)于制備高性能涂層具有一定的借鑒意義。此外，為了提高等離子噴涂涂層的性能，人們研發(fā)了多種改進(jìn)措施，例如采用預(yù)熱處理、改善噴涂工藝、添加增結(jié)晶劑等方法，以減少涂層的裂紋和缺陷，并提高其內(nèi)聚強(qiáng)度和粘結(jié)強(qiáng)度。同時(shí)，也可以控制噴涂溫度和速度，優(yōu)化噴涂參數(shù)，使涂層在制備過(guò)程中受到的應(yīng)力最小，從而減少其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的損傷。

此外，對(duì)于涂層的應(yīng)用領(lǐng)域，也需要掌握其內(nèi)聚強(qiáng)度的指標(biāo)，以保證其安全可靠的應(yīng)用。例如，在飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、燃燒室等部件中使用的涂層，要求其具有較高的內(nèi)聚強(qiáng)度和耐高溫、耐熱應(yīng)力等性能，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)行。而在汽車制造中，涂層的內(nèi)聚強(qiáng)度和粘結(jié)強(qiáng)度則是保證車身涂層不剝落、不起泡的關(guān)鍵因素。

綜上所述，截面劃痕法是一種有效的等離子噴涂涂層內(nèi)聚強(qiáng)度測(cè)試方法，可以更直接地反映涂層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性能。掌握涂層的內(nèi)聚強(qiáng)度指標(biāo)，并采取相應(yīng)的制備措施和應(yīng)用保障措施，可以提高涂層的性能和可靠性，為其廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域提供保障。此外，隨著人們對(duì)涂層性能需求的不斷提高，各種新型涂層材料也不斷涌現(xiàn)，如納米涂層、多層涂層等。納米涂層具有比傳統(tǒng)涂層更好的耐腐蝕、耐磨損等特性，其內(nèi)聚強(qiáng)度的測(cè)試也需要不同的方法來(lái)適應(yīng)其特殊性質(zhì)。而多層涂層的內(nèi)聚強(qiáng)度測(cè)試則更加復(fù)雜，需要考慮不同涂層間的界面結(jié)合強(qiáng)度以及整體涂層的結(jié)合強(qiáng)度。

此外，等離子噴涂涂層內(nèi)聚強(qiáng)度測(cè)試還可以通過(guò)其他方法來(lái)進(jìn)行，如拉伸試驗(yàn)、剪切試驗(yàn)等。不同的測(cè)試方法可以從不同角度反映涂層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性能，可以根據(jù)具體的涂層材料和應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適的方法進(jìn)行測(cè)試。

總之，等離子噴涂涂層內(nèi)聚強(qiáng)度是涂層性能的重要指標(biāo)，其測(cè)試方法需要根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇和改進(jìn)。加強(qiáng)涂層內(nèi)聚強(qiáng)度的研究和測(cè)試，對(duì)提高涂層的性能和可靠性，推動(dòng)其在各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用具有重要意義。此外，現(xiàn)代化科技的快速發(fā)展也為等離子噴涂涂層內(nèi)聚強(qiáng)度的研究提供了更加精細(xì)、高效、智能的測(cè)試設(shè)備。例如，采用微型試樣的拉伸試驗(yàn)系統(tǒng)，可模擬宏觀形態(tài)下的微觀結(jié)構(gòu)變化，更準(zhǔn)確地反映涂層的強(qiáng)度和內(nèi)部結(jié)構(gòu)；采用數(shù)字化成像系統(tǒng)對(duì)涂層進(jìn)行微觀形貌和組織結(jié)構(gòu)的分析，可以更加客觀、準(zhǔn)確地了解涂層的內(nèi)聚強(qiáng)度和粘結(jié)強(qiáng)度。此外，人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用也為等離子噴涂涂層內(nèi)聚強(qiáng)度的預(yù)測(cè)和優(yōu)化提供了新的途徑，可以通過(guò)大量數(shù)據(jù)的分析和學(xué)習(xí)，預(yù)測(cè)涂層的性能和壽命，指導(dǎo)其制備和應(yīng)用。

總之，等離子噴涂涂層內(nèi)聚強(qiáng)度的研究和測(cè)試不斷發(fā)展，為提高涂層的性能和可靠性，推動(dòng)其在各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用提供了強(qiáng)有力的支撐。隨著科技的不斷發(fā)展和應(yīng)用的深入，相信等離子噴涂涂層的內(nèi)聚強(qiáng)度測(cè)試方法和設(shè)備會(huì)更加精細(xì)化、高效化、智能化，為涂層技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。除了上述提到的各種測(cè)試方法和設(shè)備外，等離子噴涂涂層內(nèi)聚強(qiáng)度的研究還受到材料科學(xué)和表面工程學(xué)等領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。通過(guò)優(yōu)化材料成分和涂層制備工藝，可以有效提高涂層的內(nèi)聚強(qiáng)度和粘結(jié)強(qiáng)度。例如，采用高質(zhì)量的噴粉材料，并通過(guò)控制噴粉速度、溫度和氣壓等參數(shù)，可以制備出均勻致密的涂層，從而提高涂層的內(nèi)聚強(qiáng)度。此外，利用表面處理、化學(xué)反應(yīng)和激活處理等技術(shù)，也可以增強(qiáng)涂層與基材之間的粘附力，進(jìn)一步提高涂層的粘結(jié)強(qiáng)度和內(nèi)聚強(qiáng)度。

另外，由于等離子噴涂涂層的應(yīng)用范圍廣泛，不同領(lǐng)域、不同應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)涂層的內(nèi)聚強(qiáng)度和粘結(jié)強(qiáng)度要求也不同。因此，涂層的內(nèi)聚強(qiáng)度測(cè)試方法和標(biāo)準(zhǔn)也在不斷完善和更新。目前，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有一些專門的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范被制定出來(lái)，例如ASTMC633、GB/T24353等，這些標(biāo)準(zhǔn)包括涂層的制備工藝、測(cè)試方法、數(shù)據(jù)分析和結(jié)果判定等內(nèi)容，目的是為了提高涂層的可靠性和質(zhì)量，推廣其應(yīng)用。

綜上所述，等離子噴涂涂層內(nèi)聚強(qiáng)度的研究和測(cè)試是涂層技術(shù)的重要組成部分。隨著科技的不斷進(jìn)步和應(yīng)用的不斷拓展，相信涂層的內(nèi)聚強(qiáng)度測(cè)試方法和設(shè)備會(huì)越來(lái)越精準(zhǔn)和高效，各個(gè)領(lǐng)域?qū)ν繉拥囊笠矔?huì)變得越來(lái)越高。然而，只有不斷探索和創(chuàng)新，才能夠推動(dòng)涂層技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。在等離子噴涂涂層內(nèi)聚強(qiáng)度的研究中，還存在一些難點(diǎn)和挑戰(zhàn)。其中重要的一個(gè)問(wèn)題是涂層的厚度對(duì)內(nèi)聚強(qiáng)度的影響。由于等離子噴涂涂層通常較厚，因此其內(nèi)部結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出較大的梯度變化，使得涂層內(nèi)部應(yīng)力集中，導(dǎo)致涂層易于疏松開(kāi)裂，從而影響其內(nèi)聚強(qiáng)度。針對(duì)這一問(wèn)題，可以采用多種途徑來(lái)解決，例如采用多層噴涂、提高噴涂速度、控制噴涂溫度等。

此外，等離子噴涂涂層內(nèi)聚強(qiáng)度還受到涂層材料的性質(zhì)和制備工藝的影響。針對(duì)不同的材料特性，需要采用不同的噴涂工藝和參數(shù)，以獲得最佳的涂層內(nèi)聚強(qiáng)度。加之等離子噴涂涂層廣泛應(yīng)用于航空、汽車、機(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域，這些領(lǐng)域?qū)ν繉拥某杀?、質(zhì)量、壽命等方面的要求也在不斷提高，因此需要不斷開(kāi)展深入的研究和探索，以滿足實(shí)際應(yīng)用需求。

總之，等離子噴涂涂層內(nèi)聚強(qiáng)度的研究和測(cè)試是涂層技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。借助先進(jìn)的測(cè)試設(shè)備和科技手段，可以更加精確地了解涂層內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性能，并為其優(yōu)化提供有效的參考。未來(lái)，涂層內(nèi)聚強(qiáng)度的研究仍將面臨著一系列挑戰(zhàn)和難題，但相信通過(guò)不斷的努力和創(chuàng)新，一定能夠推動(dòng)涂層技術(shù)的革新和發(fā)展。除涂層厚度和材料特性等因素外，涂層制備過(guò)程中的氣氛條件也對(duì)等離子噴涂涂層的內(nèi)聚強(qiáng)度產(chǎn)生影響。比如，在惰性氣氛下制備涂層可以減少氧化反應(yīng)，降低表面質(zhì)量，從而提高涂層的內(nèi)聚強(qiáng)度。另外，氣氛中的雜質(zhì)和水分也會(huì)影響涂層的粘附和電離效果，進(jìn)而影響涂層的內(nèi)聚強(qiáng)度。因此，準(zhǔn)確控制涂層制備過(guò)程中的氣氛條件非常重要。

另外，等離子噴涂涂層內(nèi)聚強(qiáng)度還受到涂層表面和接口處理的影響。如何在保證涂層厚度的同時(shí)，使得涂層和基材之間形成緊密協(xié)調(diào)的接觸面，是提高涂層內(nèi)聚強(qiáng)度的關(guān)鍵之一。利用表面處理和接口層的設(shè)計(jì)，可以增強(qiáng)涂層和基材之間的粘附強(qiáng)度和界面結(jié)合力，進(jìn)一步提高涂層的內(nèi)聚強(qiáng)度。此外，采用不同的粉末噴涂材料（如鈷鉻、不銹鋼、鋁、銅等）以及優(yōu)化噴涂參數(shù)，也可以對(duì)涂層的內(nèi)聚強(qiáng)度進(jìn)行改善。

總之，等離子噴涂涂層內(nèi)聚強(qiáng)度的研究是涂層技術(shù)中的重要方向之一。通過(guò)研究涂層材料、工藝、氣氛條件、表面和接口處理等方面的內(nèi)容，可以不斷優(yōu)化涂層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性能，提高涂層的內(nèi)聚強(qiáng)度和粘附強(qiáng)度。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用的不斷拓展，相信涂層技術(shù)會(huì)在更廣泛的領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，并為各行各業(yè)提供更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品和服務(wù)。等離子噴涂涂層的內(nèi)聚強(qiáng)度是決定其實(shí)際應(yīng)用性能的關(guān)鍵因素。因此，如何有效地提高涂層的內(nèi)聚強(qiáng)度成為一個(gè)重要研究方向。在涂層材料方面，目前已有許多涂層材料可以通過(guò)添加鐵、鋁、鉬等元素來(lái)增強(qiáng)涂層的內(nèi)聚強(qiáng)度。此外，增加粉末顆粒大小的方法也能夠促進(jìn)涂層的內(nèi)聚強(qiáng)度。

工藝方面，等離子噴涂涂層的內(nèi)聚強(qiáng)度與涂層粒子的流動(dòng)性有很大關(guān)系。通過(guò)控制溶解度、降低擴(kuò)散速率和提高顆粒間結(jié)合力等方法可以改善涂層粒子的流動(dòng)性，從而提高涂層的內(nèi)聚強(qiáng)度。

另外，涂層的熱處理也是提高等離子噴涂涂層內(nèi)聚強(qiáng)度的一種有效手段。如果對(duì)涂層進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚砟軌蚣訌?qiáng)涂層的顆粒結(jié)構(gòu)，縮小顆粒之間的間隙，增加顆粒之間的結(jié)合力，從而顯著提高涂層的內(nèi)聚強(qiáng)度。熱處理需要控制熱處理?xiàng)l件，比如，在控制熱處理時(shí)間、溫度和冷卻速率等因素時(shí)需要更好的掌握，以達(dá)到最佳的熱處理效果。

總之，等離子噴涂涂層內(nèi)聚強(qiáng)度的提高需要結(jié)合材料、工藝和熱處理等多方面的因素。當(dāng)前，科學(xué)研究人員也正在不斷探索更多的方法和技術(shù)來(lái)提高等離子噴涂涂層的內(nèi)聚強(qiáng)度，并促進(jìn)該技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域更廣泛的應(yīng)用，給人們帶來(lái)更好的服務(wù)和體驗(yàn)。在等離子噴涂涂層內(nèi)聚強(qiáng)度的提高中，還需要考慮到涂層的微觀結(jié)構(gòu)和晶界結(jié)合情況。涂層的微觀結(jié)構(gòu)通常是由顆粒的大小、形狀和分散程度等因素來(lái)決定的。通過(guò)改變這些參數(shù)可以優(yōu)化涂層的微觀結(jié)構(gòu)，在保證涂層厚度的同時(shí)提高微觀結(jié)構(gòu)的緊密度和實(shí)用性，從而增強(qiáng)涂層內(nèi)聚強(qiáng)度。此外，還可以采用多層涂覆和夾層涂覆等復(fù)雜的涂覆技術(shù)來(lái)提高涂層的內(nèi)聚強(qiáng)度和耐磨性。

晶界結(jié)合也對(duì)等離子噴涂涂層的內(nèi)聚強(qiáng)度產(chǎn)生影響。晶界是涂層中相鄰顆粒之間發(fā)生結(jié)合的區(qū)域，其性質(zhì)直接影響了涂層內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和內(nèi)聚強(qiáng)度。研究表明，涂層的晶界結(jié)合越強(qiáng)，涂層的內(nèi)聚強(qiáng)度也就越大。在等離子噴涂涂層制備過(guò)程中，控制涂層的結(jié)晶速率和結(jié)晶狀態(tài)等參數(shù)，優(yōu)化晶界結(jié)構(gòu)和晶界位錯(cuò)，有利于提高涂層的內(nèi)聚強(qiáng)度和抗磨耗性能。

除了涂層內(nèi)部結(jié)構(gòu)的調(diào)整和優(yōu)化，還需要從實(shí)際應(yīng)用和環(huán)境因素出發(fā)，設(shè)計(jì)更加全面的應(yīng)用方案