热喷涂涂层质量评估：金相制备方案的精细化操作指南
时间：2024-10-18 阅读：114
热喷涂涂层的应用是为了改善基体材料的抗氧化、抗腐蚀、抗表面磨损和抗烧蚀能力，因此，该技术广泛应用于航空航天领域和电力生产行业，尤其在发动机制造方面，热喷涂技术更是关键。
其原料通常以粉末或金属丝的形式存在，对其进行加热使其部分或全部熔化，并以高速喷射向基材使得颗粒在撞击时发生变形，在此过程中，颗粒发生凝固并机械结合到基材表面。
为了准确评估涂层金属部件的性能，对其显微组织进行金相检验至关重要。
由于一些涂层的脆性本质和孔隙的存在，涂层的硬度与基体存在很大的差异。
这可能导致在金相制备过程中无法显示出真实的显微组织，或者引入假象，从而对涂层特性作出错误的判定。
因此正确的制备方案至关重要，以确定涂层与基底界面的质量、孔隙度、未熔化颗粒及氧化物的分布、涂层厚度以及其它涂层特性。
金相制备方案
01
取样/切割
精确的切割技术及正确的处理步骤是热喷涂试样研究和应用的重要基础。
为了确保切割效果及试样质量，对于不同类型的热喷涂试样，应采用带有金属粘接的金刚石薄片或超薄氧化铝砂轮片的精密切割机。
在切割过程中，切割方向应垂直于试样的轴线，从涂层侧切向基底侧，这样能够有效降低对涂层的损伤。
热喷涂涂层的正确切割
此外，对于多孔性涂层或易碎涂层，为了防止在切割过程中造成进一步的损坏，建议通过真空浸渗的方式在其表面涂覆环氧树脂。
这一处理能够在切割时提供额外的保护，从而有效延长试样的使用寿命。
最后，每一块切下的试样在后续处理之前，必须经过清洗。
可将其放置于丙酮中进行清洗，并在镶嵌前在 70°C 的烘箱中干燥 5 分钟。
02
镶嵌
正确的镶嵌方式可以防止涂层在研磨和抛光工序中受到损坏，同时提供必要的边缘保护。
根据不同的制备需求，金相镶嵌通常分为两大类：加压成型和可浇注环氧树脂，也就是我们常说的热镶和冷镶。
尽管一些涂层可以通过加压成型的方法进行镶嵌，但近年来，可浇注环氧树脂逐渐成为优选方法。
这是因为加压成型通常伴随高压和高温，可能对易碎的涂层造成不可逆的损害。
而可浇注环氧树脂具有更好的兼容性，能够在较低的压力和温度下进行镶嵌，确保涂层的完整性。
适用于金相镶嵌的环氧树脂如EpoKwick和EpoThin，能够为试样提供良好的保护。
同时搭配SimpliVac真空镶嵌机，能够使树脂填入涂层表面的孔隙并提高镶嵌树脂的保边性能。
03
研磨&抛光
粗磨
首先粗磨阶段是为后续关键的试样无损伤阶段做准备。
除了产生平坦的表面外，粗磨还需要去除由于切割而产生的变形。
在这个阶段中，使用粗碳化硅砂纸或金刚石磨盘可以将热喷涂涂层试样磨削成平面。
其中金刚石磨盘具有较高的材料去除速率，同时可以避免涂层产生严重的损伤。
细磨
接下来要进一步细化划痕，和去除磨平阶段产生的变形。
当这一制备阶段完成后，涂层和基底应当没有损伤。
可以使用越来越细的碳化硅砂纸，但步骤多且需要频繁更换。
建议通过抛光步骤，在硬的聚脂织物抛光布（UltraPad）上使用金刚石悬浮液（9微米），可以保持平面度，并去除表面变形。
再使用3微米金刚石悬浮液进一步去除上一道工序留下的细小划痕。
终抛
最终抛光阶段采用非常细的磨料（小于1微米），并且只去除很少量的材料。
因此，这些磨料无法去除之前工序没有除去的较大的表面损伤或变形。
长绒毛织物抛光布在抛光过程中会产生选择性的磨削作用，如果抛光时间过长，就会在硬涂层上产生明显浮凸和边缘圆角。
可以使用更合适的ChemoMet抛光布搭配和氧化物即可获得无划痕、无变形的表面。
碳化钨涂层
氧化锆面层+MCrAlY粘结层+316不锈钢基底
结 语
采用合适的制备方案可以使热喷涂涂层和基底产生始终如一的良好结果。
抛光完成后的表面将显露出涂层和基底界面的真实组织、孔隙度和未熔颗粒状态、是否有氧化物、以及涂层尺寸。
这些信息可以使评估者对涂层的显微组织特征有一个准确的概念，从而对涂层质量做出判断。
切割、镶嵌及磨抛过程都可能影响对航空热喷涂层的评定，尤其是孔隙率和涂层尺寸的测量，因此需要根据每一个样品的具体情况，找到合适的制备方法。