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所謂結(jié)合強度是指涂層與基體之間的結(jié)合強度。涂層的結(jié)合強度對于熱噴涂在表面工程中的應用是十分重要的，是涂層重要機械性能之一，它直接關系到修復和強化零件使用的可靠性，也是優(yōu)化工藝參數(shù)的重要依據(jù)之一。

 

涂層的結(jié)合強度不良會引起涂層的剝落，不僅會直接影響工件的外觀質(zhì)量，而且使涂層的防護性和功能均失去作用。因此，若涂層的結(jié)合強度不合格，則無需進行其他性能檢測。

 

評定和檢測涂層的結(jié)合強度的方法很多，可分為定性和定量兩種檢驗方法。目前關于熱噴涂涂層與集體間的結(jié)合強度的測試，搜索了一下有如下標準。

 

GB/T 37421-2019 熱噴涂 熱噴涂涂層的表征和試驗（即將實施）

GB/T 8642-2002 熱噴涂 抗拉結(jié)合強度的測定

MH/T 3027-2013 熱噴涂涂層結(jié)合強度測試

 

定性檢測，多為生產(chǎn)現(xiàn)場檢查用，如柵格實驗、彎曲試驗、沖擊試驗、杯突試驗等；定量檢測，由抗拉強度試驗、剪切強度實驗等破壞性檢測方法和超聲波無損檢測方法。

 

涂層結(jié)合強度定性檢測試驗的特點是簡單易行，可迅速得知涂層結(jié)合力基本狀況，但準確度不夠，而定量檢測試驗雖然較復雜，但試驗數(shù)據(jù)準確，可反映涂層真實的結(jié)合強度。

 

一、定性檢測熱噴涂涂層與基體之間額結(jié)合強度

 

1、彎曲試驗法

 

彎曲試驗是熱噴涂現(xiàn)場檢驗的主要手段，用于確定噴涂材料的噴涂臨界厚度和最佳噴涂規(guī)范。

 

(1) 試樣 試樣材料為A3鋼或40鋼，厚度為1.2mm，100mm×50mm

 

(2) 檢驗標準 被彎曲涂層有輕微裂紋為合格；涂層龜裂為合格下限；涂層有脫落為不合格。

 

(3)噴涂層臨界厚度的確定。用該噴涂粉末的最佳規(guī)范噴涂彎曲試樣。彎曲試樣以三塊為一組，分組噴涂不同的厚度。例如，第一組涂層厚度為0.10~0.15mm；第二組噴涂0.16mm~0.20mm；第三組為0.21mm~0.25mm；第四組為0.26mm~0.30mm。試樣噴涂后，用彎曲器作彎曲試驗，仔細檢查涂層的開特別要認真鑒別合格下限，他所噴涂的涂層厚度即為該材料在工藝條件下的厚度。

 

(4)生產(chǎn)現(xiàn)場的應用。每次噴涂產(chǎn)品以前或者噴涂一個大件以前必須作彎試驗，以檢驗設備情況及工藝的穩(wěn)定性。此時，用選定的噴涂粉末噴涂三塊試件噴涂后進行彎曲試驗。若三塊試樣均為合格時方可噴涂產(chǎn)品;若三塊試件中有合格者，應檢驗設備和找明原因，待排除后重新噴涂試件和作彎曲試驗

 

2.銼磨試驗法

 

該試驗法用銼刀、磨輪、或鋼鋸對試樣自基體向涂層方向進行銼、磨或鋸和銼、磨、鋸過程中涂層與基體受到不同機械作用力及熱膨脹性的不同，使兩者界面上產(chǎn)生分力，當該分力大于涂層的結(jié)合強度時，涂層將剝落。

 

本試驗對于非常薄的涂層以及鋅、鎘等軟金屬涂層不適用，而對于鎳鉻硬的金屬涂層較為有效。同時此法適宜于不易彎曲或使用中經(jīng)受磨損的噴涂件試驗的具體條件和方法如下：

 

(1)將試樣固定在臺鉗上，用銼刀自基體向涂層方向作單向銼削，銼刀與涂層表面約成45°角。經(jīng)過一定次數(shù)的銼削后，以涂層不起皮或剝落為合格。

 

(2)將試樣用工具夾住，在高速旋轉(zhuǎn)的砂輪上對試樣邊緣部分磨削，磨削的向是從基體至涂層，經(jīng)一定時間磨削后，以涂層不起皮或剝落為合格。

 

(3)以鋼鋸代替砂輪，對試樣邊緣部分，從基體至涂層方向進行鋸切，以涂層不起皮或剝落為合格。

 

3.劃痕試驗法

 

用硬質(zhì)鋼針或刀片，在試樣表面縱橫交錯的將涂層劃穿成一定間距的平行線或方格，劃痕的數(shù)量和間距不受限制。由于劃痕時使涂層在受力情況下與基體產(chǎn)生作用力，若作用力大于涂層結(jié)合力時，涂層將從基體上剝落。劃痕后以涂層是否起皮或剝落來評定涂層的結(jié)合力是否合格。

 

此試驗法適用于一些硬度中等、厚度較薄的涂層。

 

4.杯突試驗法

 

杯突試驗法是將按一定工藝參數(shù)噴涂的一塊薄板式樣，置于杯突試驗機的33mm壓邊圈上(涂層一面朝下)，然后用一個直徑為20mm的鋼球在一定壓力下沿壓邊圈中心壓出一個凹坑，卸負荷后根據(jù)凸起處的涂層情況評定涂層結(jié)合強度的一種試驗方法，如圖所示。

 

 

試驗標準：

 

(1)杯突試驗技術規(guī)定的實驗標準。

 

試驗機型號BT6型杯突試驗機；沖頭鋼球直徑20mm；壓邊圈壓邊力9.806kN；沖頭壓力19.6kN~29.4kN；壓邊圈直徑33mm

 

(2)試樣。杯突試樣的尺寸為75mm×44mm和55mm×60mm，厚度為1.3mm1.5mm的A3的鋼板。在剪切試樣時，要保證試樣邊緣平整無毛刺，并保證試樣不受錘擊和其他冷作硬化，試樣不應進行熱處理。

 

(3)噴涂層厚度的確定。硬而脆的合金噴涂層，厚度為0.05mm-0.10mm；塑性好的合金噴涂層，厚度為0.10mm~0.15mm。噴涂層厚度的確定極為重要。如果小于或大于以上規(guī)定，就會出現(xiàn)涂層全部不裂或全部開裂脫落等現(xiàn)象，往往造成錯誤的判斷。

 

(4)杯突深度的確定。硬而脆的合金噴涂層，深度為5mm；塑性好的合金噴涂層，深度為7.6mm。

 

(5)杯突試驗驗收標準。實踐進行杯突試驗后，按下列標準檢查涂層凸起部分：合格狀態(tài)——涂層無裂紋或有輕微龜裂，但涂層無脫落；最低合格狀態(tài)一涂層開裂但未脫落；不合格狀態(tài)—涂層開裂并脫落。

 

5.涂層的劃格試驗

 

用具有切割刃口的切割工具(如下圖)，將涂層劃破至基體金屬形成方形格子。當涂層厚度小于200m時方格尺寸為15mm×15mm，劃痕間距方格尺寸為25mm×25mm，劃痕間距為5mm。劃痕必須劃透至基體金屬且涂層不會產(chǎn)生剝離。

 

 

也可以使用合適的膠黏帶，借助負荷的輥子壓粘到劃格上。然后以快速而突出的方式，沿法線方向?qū)⒛z黏帶拉開，直至涂層任何部分都沒有從基體金屬上制離。如果每一小方格內(nèi)一部分涂層仍然粘結(jié)著，而其余則粘在膠黏帶上，且破壞發(fā)生在涂層內(nèi)而不是界面處，亦為滿足。

 

6.涂層的沖擊試驗

 

1)試驗原理  用錘擊或落球?qū)υ嚇颖砻娴耐繉臃磸蜎_擊，層在沖擊力作用下局部變形發(fā)熱、震動、疲勞以至最終導致涂層剝落。以錘擊(或)落球次數(shù)評價涂層與基體結(jié)合強度。

 

2)試驗方式 沖擊試驗方式分下述兩種。

 

(1)錘擊試驗。將試樣裝在專用振動器中，使振動器上的扁平?jīng)_擊錘以500次/min1000次/min的頻率對試樣表面涂層進行連續(xù)錘擊。經(jīng)一定時間后，若試樣涂層錘擊部位不分層或不剝落，認為其結(jié)合力合格。

 

(2)落球試驗。將試樣放在專門的沖擊試驗機上，用一直徑為5mm~50mm的鋼球，從一定高度及一定的傾斜度向試樣表面沖擊。反復沖擊一定次數(shù)后，以試樣被沖擊部位的涂層不分層或不剝落為合格。

 

二、定量測定熱噴涂層與基體間的結(jié)合強度

 

涂層結(jié)合強度的定量檢驗方法比較復雜繁瑣，且一般不能直接在噴涂工件上進行，但定量檢驗可以提供一定的測量數(shù)據(jù)，對于檢驗和比較各種涂層的結(jié)合強度，比定性檢驗更準確。定量檢驗的方法主要有拉伸強度試驗和剪切強度試驗。

 

1.噴涂層結(jié)合強度拉伸試驗

 

涂層拉伸試驗的目的是為了求得涂層在承受拉伸應力時的強度。常用的噴涂層結(jié)合強度拉伸試驗有兩種。北京賽億科技有限公司的熱噴涂涂層結(jié)合強度也是采用拉伸法測得。

 

1)拉拔試驗

 

如圖所示，在試樣A的中心開孔，使芯棒噴涂層B與中心孔動配合，并使其端面與試件A的表面處于同一平面上，按選擇的工藝進行噴涂。然后在萬能A材料試驗機上，從下面支撐住試樣A，垂直向下拉芯棒B，將噴涂層拉斷。

 

這種試驗方法比較簡單，但對試樣的配合精度要求高，加工費事。如果配合過緊，拉伸時將產(chǎn)生摩擦阻力，所得的數(shù)據(jù)會比實際的結(jié)合強度偏高。如果配合過松，噴涂層在A，B試樣之間會形成橋狀過渡，拉伸時在此處產(chǎn)生應力集中數(shù)據(jù)會比實際的結(jié)合強度偏低。另外，在噴涂層較薄時，會將其沿芯棒處圓邊緣剪斷，使所得的數(shù)據(jù)不是拉伸時的結(jié)合強度。這種形狀的試樣，適用于模擬平面胚料，所得的的結(jié)合強度試驗。

 

此外，如上圖所示，在圓柱胚料A上開孔，使活塞B通過，使活塞的上表面曲率與圓柱胚料曲率形成同一曲面后進行噴涂。用活塞斷面積去除拉出活塞所需要的力，即得結(jié)合強度。這種方法，適用于軸類等圓柱形胚料外表面涂層的結(jié)合性能試驗。

 

2)使用膠黏劑的拉伸試驗

 

如圖所示。對圓柱形試樣A的端面經(jīng)表面處理進行預噴涂。在整個平面上，噴涂層厚度要均勻一致，如果噴涂層厚度不均勻，可做精加工修整。然后用膠黏劑將噴涂層面與同一尺寸的試樣B的端面粘結(jié)起來，待膠黏劑固化后，用機械方法清除試樣表面溢出的膠黏劑，在萬能材料試驗機上將試樣拉斷。

 

用這種方法測定噴涂層的結(jié)合強度時，試樣的斷裂可能有3種形式：

 

(1)斷裂發(fā)生在膠層內(nèi)，表示膠接強度小于噴涂層的結(jié)合強度，試驗結(jié)果無效。

(2)斷裂發(fā)生在噴涂層內(nèi)，表示噴涂層與基體間的結(jié)合強度大于噴涂層內(nèi)部粒子間的結(jié)合強度，測得的結(jié)果是噴涂層內(nèi)部粒子之間的結(jié)合強度，即噴涂層自身抗拉強度。

(3)斷裂發(fā)生在噴涂層與基體的界面上，這時測得的結(jié)果是噴涂層與基體間的結(jié)合強度

 

這種試驗方法要求使用高強度膠黏劑(如CX-212環(huán)氧樹脂膠)。所推薦的噴涂層厚度大于0.40mm，是為了防止膠黏劑通過噴涂層滲透到基體上，影響試驗結(jié)果的準確性。涂覆膠黏劑時要均勻，膠黏劑固化過程中A,B兩部件要確保同心，并使兩個粘結(jié)平面全部均勻粘合。

 

2.涂層的剪切強度

 

A涂層的剪切強度是指涂層承受切線方向(沿涂噴涂層層表面)剪切應力的極限能力。多數(shù)噴涂層是在受剪狀態(tài)下工作,因此用剪切試驗測定其結(jié)合強度更符合實際使用條件。

 

上圖所示為噴涂層結(jié)合強度剪切試驗噴涂層結(jié)合強度剪切試驗方法。在圓柱形試樣A的中段部位噴涂后進行機械加工，然后壓入陰模中，在萬能材料試驗機上進行無沖擊緩慢加載，直至噴涂層脫落。

 

3.幾種涂層的結(jié)合強度

 

下表為線材火焰噴涂不同前處理的不同基體上制備的各種涂層的抗拉強度、剪切強度。

 

 

下表為等離子噴涂鉬涂層，基體為經(jīng)砂布打磨粗糙處理的軟鋼，其拉拔實驗的結(jié)合強度。