热喷涂涂层的测试和评价

什么是热喷涂?

热喷涂是一种常用的金属喷涂方法, 陶瓷, 塑料, 或复合涂层到器件或材料上. 这个过程在各行各业都有广泛的应用, 包括医疗, 航空航天, 制造业, 和能源. 涂层主要用于增加器件或部件中的某些材料性能. 

例如, 将要经受极端高温的部件可能会涂上一种特定的配方，以增加其热阻. Thermally-sprayed, 多孔涂层通常用于医疗植入物，因为多孔表面促进骨生长和设备融合. 为了提供更高的耐磨损和耐腐蚀性能，涂层也可以应用于部件. 

涂层材料开始时呈粉末或线状, 并被加热到熔化状态，然后以微米大小的颗粒的形式迅速加速到物体或材料. 这种加速通常通过电弧放电或燃烧来实现. 当涂层颗粒开始积聚时，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)
• 比其他工艺适用面积大，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(也允许涂层易燃表面)
• 在应用的材料涂层类型上具有很大的灵活性
• 可与多种材料组合涂覆
• 不需要核聚变就能成键

热喷涂涂层的力学试验

热喷涂涂层的力学性能测试是热喷涂涂层制造和设计过程中的关键阶段. 验证涂层配方的强度和耐磨性使工程师能够验证和开发工艺，以生产更强、更有效的涂层. 

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摩擦系数的有效方法, 摩擦力, 以及两种材料之间的磨损率. 在这个摩擦学测试中, 一个固定的圆盘在恒定的载荷作用下与旋转的销铰接在一起. 该测试通常用于在最终设计和制造之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试样制备来制造可测试的样品. 该涂层通常使用环氧树脂设置并安装到金属夹具上. 然后根据ASTM F1147进行拉伸试验或根据ASTM F1044进行剪切试验，直至失效. 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至关重要. 
• Taber磨损(ASTM D4060) Taber磨损是一种经济有效的方法, 简单的, 快速收集多个涂层的可比磨损数据的方法. 涂层使用专用圆锥轮承受循环磨料力. 测试前和测试后进行测量以产生质量损失数据. 
• 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摩擦力和动摩擦力. 静阻力是启动运动所需的力, 而动阻力是维持运动所需的摩擦力. 
• 耐腐蚀性(ASTM B117) 涂层的耐腐蚀性可以通过盐雾环境来测量. ASTM B117, 涂层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.

热喷涂涂层的冶金评价

冶金评价是热喷涂涂层最常用的测试方法. 

通常执行的评估包括: 

• 金相评价 热喷涂涂层的一般金相评价可以产生广泛的数据, 包括:微观结构, 厚度, 粗糙度, 孔隙率或空隙含量, 氧化夹杂物, 还有未融化的颗粒, 以及裂缝的检测, 分层, 接口污染, 以及其他涂层缺陷. 
• 硬度测试 还定期对涂层样品进行硬度测试，获得平均硬度值以及通过涂层厚度获得的硬度值.  常用的涂层硬度测试方法有洛氏硬度、表面硬度、维氏硬度和努氏硬度.

样品制备对于所有冶金评价都是非常重要的, 因为制备不良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涂层特定程序进行的，以免损坏或在评估表面上造成任何不自然的缺陷. 在安装的样品准备好后，然后进行评估或测试.