EB_PVD方法制备热障涂层热循环性能研究

学术论文

ＲＥＳＥＡＲＣＨ

ＥＢ－ＰＶＤ方法制备热障涂层热循环性能研究ＴｈｅｒｍａｌＣｙｃｌｉｎｇＢｅｈａｖｉｏｒｏｆＴｈｅｒｍａｌＢａｒｒｉｅｒＣｏａｔｉｎｇｓＰｒｅｐａｒｅｄｂｙＥＢ－ＰＶＤ北京航空制造工程研究所姚振中武洪臣冯建基雷新更

［摘要］采用电子束物理气相沉积（ＥＢ－ＰＶＤ）技术在不同基体预热温度条件下制备ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ粘结层和氧化钇部分稳定的氧化锆面层。对样品进行了热循环试验。观察热循环过程中热障涂层显微结构的变化并分析了连续恒温氧化与热循环氧化间的差异，提出了ＥＢ－ＰＶＤ热障涂层热循环的失效机理。

关键词：电子束物理气相沉积热障涂层热循环

［ＡＢＳＴＲＡＣＴ］ＴｈｅｂｏｎｄｃｏａｔｏｆＮｉＣｏＣｒＡｌＹａｎｄｔｏｐｃｏａｔｏｆＹ２Ｏ３ｐａｒｔｉａｌｌｙｓｔａｂｉｌｉｚｅｄＺｒＯ２ａｒｅｄｅｐｏｓｉｔｅｄａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｒｅｈｅａｔｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｏｆｓｕｂｓｔｒａｔｅｂｙｕｓ－ｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｂｅａｍｐｈｙｓｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＥＢ－ＰＶＤ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅｒｍａｌｃｙｃｌｉｎｇｔｅｓｔｏｆｓａｍｐｌｅｉｓｐｅｒｆｏｒｍｅｄ．Ｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｈａｎｇｅｓｏｆｔｈｅｒｍａｌｂａｒｒｉｅｒｃｏａｔｉｎｇｓｄｕｒｉｎｇｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｃｙｃｌｉｎｇｉｓｏｂｓｅｒｖｅｄａｎｄｔｈｅｄｉｆｆｅｒ－ｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｒｍａｌｃｙｃｌｉｎｇｏｘｉｄａｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃｏｎｓｔａｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｘｉｄａｔｉｏｎｉｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｄｕｒｉｎｇｔｈｉｓｔｈｅｒｍａｌｃｙｃｌｉｎｇｉｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｂｅａｍｐｈｙｓｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅ－ｐｏｓｉｔｉｏｎＴｈｅｒｍａｌｂａｒｒｉｅｒｃｏａｔｉｎｇｓＴｈｅｒｍａｌｃｙ－ｃｌｉｎｇ

近年来，随着航空发动机进气口温度的不断提高，发动机叶片工作温度也越来越高，仅靠叶片材料自身的发展已经难以承受如此的高温，因此必须降低叶片的工作温度。降低叶片工作温度的主要途径有２种：一是采用先进的气膜冷却结构叶片；二是在叶片表面涂覆热障涂层（ＴＢＣｓ）。

ＴＢＣｓ技术是一种表面技术，涂层由绝热性能良好的陶瓷材料与具有抗氧化、耐腐蚀作用的金属层构成。氧化钇部分稳定的氧化锆（ＰＹＳＺ）面层与金属粘结层的涂层就是目前最常用的ＴＢＣｓ。由于ＴＢＣｓ具有降低金属基体的使用温度、保护基体免遭氧化、耐磨损等许多优点，因此在航空航天、舰船、汽车制造等领域中得到了广泛的应用。ＴＢＣｓ主要应用在航空发动机的热端部件上，包括燃气涡轮发动机导向叶片、涡轮转子叶片和燃烧室。ＴＢＣｓ可以有效地提高这些部件的冷却效率、延长它们的使用寿命，避免发生高温合金的热腐蚀，显著提高发动机的功率，降低油耗，减少冷却气体流量［１］。

ＴＢＣｓ的制备可以通过多种途径实现［２］，但从热障涂层技术的发展及应用来看，涂层的制备技术以等离子喷涂和电子束物理气相沉积（ＥＢ－ＰＶＤ）２种方法为主。ＥＢ－ＰＶＤ技术具有以下工艺特点：（１）工艺过程在真空状态下进行，有利于防止基体与涂层材料被污染和氧化，因此可以获得质量较高的涂层；（２）选择较好的工艺参数及工艺过程，可以制备与蒸发材料的相和元素含量基本一致的涂层；（３）涂层与基体之间具有较高的结合力；（４）具有很高的沉积速率和较好的工艺可重复性；（５）由于电子束具有很高的能量密度，可以熔解蒸发一些难熔及蒸气压很低的材料，如钽、钨、钼等，这是其他加热方式很难做到的。ＥＢ－ＰＶＤ技术制备的热障涂层具有典型的柱状晶结构，因此涂层具有很高的应变容限，可以减小热应力对涂层的冲击。此外，ＥＢ－ＰＶＤ技术制备的ＴＢＣｓ与等离子喷涂热障涂层相比具有更好的表面粗糙度，可以改善叶片表面的气动性能［３］。本文用ＥＢ－ＰＶＤ方法沉积ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ粘结层与陶瓷层，观察了热循环过程中热障涂层显微结构的变化并分析了连续恒温氧化与热循环氧化间的差异。

１试验方法

试验利用ＥＢ－ＰＶＤ技术，在一个工艺过程中，在不锈钢基体上制备双层热障涂层。粘结层材料为ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ，各元素比例见表１，面层材料为氧化钇部分稳定的氧化锆（６％￣８％Ｙ

２

Ｏ３、稳定的ＺｒＯ２）。分别在７００℃、８００℃、９００℃、１０００℃选取不同基体预热温度进行试验。连续恒温氧化试验在１１００℃的空气炉中

表１ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ各元素质量分数％ＣｒＡｌＣｏＹＦｅＳｉＣｕＮｉ

２２．７１１．６２０．２０．３７＜０．５＜０．２＜０．０５余量

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进行，氧化时间为３０ｈ，每２．５ｈ取一次样，共１２次；热循环氧化试验在空气炉中进行，１１００℃保温５ｍｉｎ后取出在水中急冷，即水淬，甩干水滴后放回高温炉中为一个循环，每２５次循环取一次样，共１２次。选取基体预热温度８００℃的试样进行热循环和连续恒温氧化对比试验。用扫描电镜及能谱分析等手段对试样进行微观分析。

２

试验结果

２．１

热障涂层制备

ＥＢ－ＰＶＤ制备的ＰＹＳＺ（ＺｒＯ２?Ｙ２Ｏ３）＋ＭＣｒＡｌＹ热障

涂层，在面层与底层之间由于热作用通常存在着一层氧化物层（ＴｈｅｒｍａｌＧｒｏｗｔｈＯｘｉｄｅ，ＴＧＯ），通过电镜观察分析，该氧化物层主要成分是Ａｌ２Ｏ３。该层的出现和不断加厚的过程，将促使涂层（面层与底层之间）加快分离。由于该氧化物层在热震试验之前已经存在，在基体加热及随后的底层制备过程中，该层已开始生长。在沉积面层时，基体温度越高，该层生长得越厚，并贯穿整个涂层沉积过程的始终。在热循环试验前的电镜照片中，不同基体温度的涂层在面层与底层之间均有一条颜色偏“灰亮”的条带，该条带即为ＴＧＯ，经能谱分析，该区为富Ａｌ２Ｏ３区。如图１所示，随基体温度的升高（７００℃、８００℃、９００℃、１０００℃），条带的厚度呈明显的加厚趋势，分别为０．４６μｍ、１．３４μｍ、２．３μｍ和２．９μｍ。

２．２热循环试验

由表２可见，在不同基体温度条件下，面层生长

速率没有明显变化。从热障涂层的断面形貌可以看到，沉积状态下热障涂层组织比较致密，柱状晶间隙小（见图１）。经过５５次热循环后，柱状晶间隙尺寸增加，局部地区出现微小孔洞（图２ａ）；１２５次循环后，组织变得更为疏松，柱状晶间隙进一步扩大，微小孔洞有增多、变大趋势（图２ｂ）；１８０次循环后，显微裂纹进一步扩展，变得更宽更长，相邻较大的裂纹相互连接形成更大的间隙，并有涂层材料出现剥落现象（图

２ｃ）。

由图３可见，随着热循环次数及氧化时间的增加，ＴＧＯ层不断加厚，并在附近出现一层“白亮”的贫

表２不同基体预热温度试样热循环氧化试验前涂层厚度

预热温度／℃７００８００９００１０００涂层厚度／

μｍ

底层７３８０８４９０面层

６４

５９

５３

６２

５０μｍ

（ａ）５５次５０μｍ

（ｂ）１２５次

５０μｍ

（ｃ）１８０次

图２

基体预热温度８００℃时不同热循环

次数后扫描电镜照片

Ｆｉｇ．２

ＳＥＭｐｉｃｔｕｒｅａｔｐｒｅｈｅａｔｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ

８００℃ｏｆｓｕｂｓｔｒａｔｅａｆｔｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔ

ｔｈｅｒｍａｌｃｙｃｌｉｎｇｔｉｍｅｓ

图１热循环前不同基体预热温度热障

涂层扫描电镜照片

Ｆｉｇ．１ＳＥＭｐｉｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｒｍａｌｂａｒｒｉｅｒｃｏａｔｉｎｇｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｒｅｈｅａｔｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｓｕｂｓｔｒａｔｅｂｅｆｏｒｅｔｈｅｒｍａｌｃｙｃｌｉｎｇ

５０μｍ

（ｂ）８００℃

５０μｍ

（ｃ）９００℃１００μｍ

（ｄ）１０００℃

（ａ）７００℃５０μｍ

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铝区，经扫描电镜能谱分析，主要是富含Ｎｉ、Ｃｒ及少量Ａｌ的复杂氧化物。表３列出了面层与底层间的裂缝随热循环次数的增加而不断扩展的数据，局部区域产生了小面积剥落现象（见图２ｃ）。从表３数据和图４中缝宽的变化趋势可以看出，在７００℃、８００℃、９００℃的温度条件下，氧化物层厚度随温度上升增长较缓；试验表明８００℃时涂层抗剥离性能较好。因此，要抑制氧化物层的厚度就要较准确地控制基体温度，并尽可能缩短底层制备时间。

图５显示了基体预热温度８００℃时热障涂层处于沉积状态及多次热循环后的横截面线扫描结果，可以看到在粘结层／陶瓷层分界面存在Ａｌ含量的峰值，并随着热循环次数的增加而逐渐变强。在粘结层／陶瓷层分界面附近，Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｚｒ和Ｙ浓度的变化并不剧烈，而是逐渐过渡的。Ａｌ含量峰值在变强的同时亦在变宽，这表明Ａｌ２Ｏ３和陶瓷层相互渗入，而这种相互渗入会增强ＺｒＯ２涂层在粘结层上的粘附性。

２．３热循环氧化与连续恒温氧化对比试验

从图６中可以看出，热循环氧化试样和连续恒温

氧化试样的缝隙宽度都随着热循环次数和氧化时间的增加而增大，增大的趋势较缓，连续恒温氧化试样发现部分涂层脱落。由于连续恒温氧化时间略大于热循环氧化累加时间，因此连续恒温氧化试样缝隙宽度

略大于热循环氧化试样缝隙宽度，说明面层与底层交界处产生裂缝变化与热循环系数无关，仅与氧化时间有关。

３讨论

ＥＢ－ＰＶＤ技术制备的ＴＢＣｓ具有垂直于基体表面

的柱状晶结构，由于柱状晶间存有一定的间隙，这些间隙允许柱状晶横向的伸缩，因此具有比较好的应变容限，使涂层在使用过程中能够适应基体的热膨胀。金属基体与粘结层热膨胀系数高于陶瓷，所以在热循环氧化和连续氧化过程中，陶瓷层容易受到张应力作用，柱状晶间隙很容易扩大（见图２）。若这些间隙裂缝不再向基体内部扩展，将有益于提高涂层热循环寿命，然而，间隙裂缝的扩展也有利于氧的传输，从而加

表３不同预热温度的涂层热循环后面层与底层间的缝宽变化

μｍ

热循环次数

基体预热温度／℃

７００

８００９００１０００初始ＴＧＯ

０．４６１．３４２．３２．９１８１．５４１．５４１．５４１．７３３３１．９１．９１．７３２．１５５１．９１．９１．９２．５９０２．６９２．６９２．１３．９１２５２．６９２．５２．６９４．６１１８０

３．８５

２．６９

３．８５

４．６１

７００℃

８００℃９００℃１０００℃

５．０

４．５４．０３．５３．０２．５２．０１．５

０２０４０６０８０１００１２０１４０１６０１８０２００

热循环／次

面层底层之间裂缝／μｍ

图４不同基体预热温度下ＴＢＣｓ涂层裂缝宽度

随热循环次数的变化

Ｆｉｇ．４ＣｒａｃｋｗｉｄｔｈｏｆＴＢＣｓｃｏａｔｉｎｇｗｉｔｈｃｈａｎｇｅ

ｏｆｃｙｃｌｉｎｇｔｉｍｅｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｒｅｈｅａｔｉｎｇ

ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｏｆｓｕｂｓｔｒａｔｅ

图３基体预热温度８００℃时不同热循环

次数后面层与底层界面处扫描电镜照片

Ｆｉｇ．３

ＳＥＭｐｉｃｔｕｒｅｏｆｓｕｂｓｔｒａｔｅａｔｉｎｔｅｒｆａｃｅｂｅｔｗｅｅｎ

ｓｕｒｆａｃｅｃｏａｔｉｎｇａｎｄｂｕｔｔｏｍｃｏａｔｉｎｇ

５０μｍ（ａ）热循环前（ｂ）热循环５５次

５０μｍ（ｃ）热循环１２５次５０μｍ

（ｄ）热循环１８０次

５０μｍ

速粘结层和基体的氧化［４］。尽管柱状晶间隙有助于涂层适应热冲击应力，以及在热循环氧化和连续氧化过程中由于金属与陶瓷热膨胀系数的差异所带来的应变，但对于高温抗氧化来说，要求涂层比较致密，以阻止氧、硫等有害元素的侵入。

ＴＢＣｓ采用金属粘结底层的目的是为了改善涂层

和基体的物理相容性，并使基体能够抗氧化腐蚀。粘结底层材料通常采用ＭＣｒＡｌＹ，其中Ｍ是过渡族金属Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ或

ＮｉＣｏ。由于Ｆｅ２Ｏ３、ＣｏＯ等在高

温环境下易与单斜相或立方相的ＺｒＯ２发生化学反应，降低

ＺｒＯ２陶瓷的热稳定性，因此ＦｅＣｒＡｌＹ和ＣｏＣｒＡｌＹ都不适宜

做ＴＢＣｓ的粘结底层，粘结层应更多地采用ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ。Ａｌ是

生成Ａｌ２Ｏ３氧化膜所必需的元素，高的Ａｌ含量能够延长高温氧化条件下涂层的寿命，但同时也会使涂层脆性提高，因此在ＭＣｒＡｌＹ抗氧化层中通常控

制Ａｌ的含量为８％～１２％。组元

Ｃｒ主要用来提高粘结底层的

抗氧化性和抗硫化性。一般来

说，粘结层的抗氧化能力越好，

涂层的寿命就越长［５］。在ＴＧＯ形成初期，其主要成分为α－Ａｌ２Ｏ３，这是一层非常致密的薄膜，可以阻止或减缓有害元素氧、硫及金属离子的扩散，使氧化物层生长缓慢，延长涂层使用寿命。

高温条件下，在粘结底层中的Ａｌ优先氧化完毕后，Ｃｒ会继续在氧化铝膜与粘结底层之间形成氧化铬膜，起到屏蔽基体合金的作用，同时它还能够促进Ａｌ２Ｏ３膜的生成。但是如果氧化膜过厚，就会降低结合层的粘性，当ＭＣｒＡｌＹ层与陶瓷层之间氧化膜厚度达到３～５μｍ时，就会引起陶瓷层剥落。

由于氧化造成涂层体积增加，在面层和底层交界处可能产生附加压应力，此时表面压应力亦是涂层剥落的一个重要因素。热循环试验结果表明，ＥＢ－ＰＶＤ热障涂层退化主要发生在粘结层与陶瓷层间的ＴＧＯ。根据显微结构观察和ＥＤＳ分析结果，显微裂纹最初沿陶瓷层柱状晶界形成，随后扩展到整个陶瓷层；显微裂纹的扩展加速氧离子的传输，随着热循环的继续进行，粘结层发生比较严重的内氧化，由于Ａｌ的贫化，在ＴＧＯ与粘结层分界面附近出现大量的富含Ｎｉ、

Ｃｒ及少量Ａｌ的复杂氧化产物，进而ＴＧＯ体积迅速增

加，导致应力增加；氧化物长大应力和陶瓷层的相变应力会削弱陶瓷层与粘结层间的粘附性，引起热障涂层失效。

（下转第９７页）

图５基体预热温度８００℃时不同热循环

次数后面层与底层界面处扫描电镜能谱分析

Ｆｉｇ．５ＳＥＭｅｎｅｒｇｙｓｐｅｃｔｒｕｍａｎａｌｙｓｉｓｏｆｉｎｔｅｒｆａｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｏｐｃｏａｔａｎｄｂｏｔｔｏｍｃｏａｔａｔｐｒｅｈｅａｔｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｓｕｂｓｔｒａｔｅａｆｔｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｈｅｒｍａｌｃｙｃｌｉｎｇｔｉｍｅｓ４

８１２

１６

２０

２４

（ｃ）热循环１８０次

（ａ）热循环前

０３

６９１２１５

１８２１

Ｎｉ

Ｃｒ

ＣｏＯ

Ｚｒ

Ａｌ

（ｃ）热循环１２５次

４

８１２１６２０

２４Ｎｉ

ＣｒＣｏ

Ｏ

Ｚｒ

Ａｌ

Ｎｉ

ＣｒＣｏ

Ｏ

Ｚｒ

Ａｌ

（ｂ）热循环５５次

３６９１２１５

１８２１

Ｎｉ

Ｃｒ

Ｃｏ

Ｏ

Ｚｒ

Ａｌ

扫描距离／μｍ扫描距离／μｍ扫描距离／μｍ扫描距离／μｍ０００图６热循环氧化与连续氧化试样面层与底层间缝宽变化曲线

Ｆｉｇ．６Ｃｈａｎｇｅｃｕｒｖｅｏｆｇａｐｗｉｄｔｈｏｆｔｈｅｒｍａｌｃｙｃｌｉｎｇｏｘｉｄａｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｏｘｉｄａｔｉｏｎｓａｍｐｌｅｓｂｅｔｗｅｅｎｔｏｐｃｏａｔａｎｄｂｏｔｔｏｍｃｏａｔ

６

４

２

０

热循环氧化

连续恒温氧化

缝隙宽度／μｍ

热循环／次

０５０１００１５０２００２５０３００

０２５０７５０１０００１２５０５００１５５０

连续氧化时间／ｍｉｎ

利用资源，就需要有工件排队或积压不能交付的订货，由此便产生了在制品库存。制造企业最无法摆脱的一个研究课题就是在制品库存控制问题。从仿真结果可见，当需求发生波动时，系统参数对在制品库存有很大的影响。但实际上，需求平稳化时间常数Ｔ

ａ１

的

取值不可能无限制，恢复库存时间常数Ｋ

ｐ１和Ｋ

ｐ２

的

取值也充满矛盾，因此需要对系统参数进行优化设计，以保证在需求出现各种波动时实际在制品库存ＷＡ的变化幅度最小。笔者将在后续文章中将过程控制技术引入到串行生产线在制品库存控制中来，从而保证加工过程中在制品库存变动小，加工系统输出稳定，鲁棒性好。

实际生产过程中，需求大都呈正态分布的形式，纯粹的阶跃需求和锯齿波需求很少见。从仿真图形可见，在随机需求的影响下，实际在制品库存Ｗ

Ａ

在理想值附近上下波动。如果将统计控制的思想引用到在制品库存控制中来，并制订出制造系统允许的在制品库存波动的上下控制界限。若在制品库存超差，控制系统将采取相应的控制策略进行控制，这样就能更好地保证生产物流系统输出稳定。

参考文献

［１］ＴｏｗｉｌｌＤＲ，ＤｅｌＶｅｃｃｈｉｏＡ．Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｆｉｌｔｅｒｔｈｅｏｒｙｔｏｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｓｕｐｐｌｙｃｈａｉｎｄｙｎａｍｉｃｓ．ＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎＰｌａｎｎｉｎｇ＆Ｃｏｎｔｒｏｌ，１９９４，５（１）：８２￣９６．

［２］ＨｏｐｐＷＪ，ＳｐｅａｒｍａｎＭＬ．Ｆａｃｔｏｒｙｐｈｙｓｉｃｓ．ＢｕｒｒＲｉｄｇｅ，ＩＬ：Ｉｒｗｉｎ，１９９６．

［３］ＯｒｔｅｇａＭＪ．Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ￣ｉｎｖｅｎｔｏｒｙｓｙｓｔｅｍｓｂｙｄｕａｌ￣ｍｏｄｅｌｓｏｆｃｏｎｔｒｏｌ￣ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｎｄｄｉｓｃｒｅｔｅ￣ｅｖｅｎｔｓｉｍｕｌａ－ｔｉｏｎｓ，Ｐｈ．Ｄ．ｔｈｅｓｉｓ．ＳｔａｔｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＮｅｗＹｏｒｋａｔＢｕｆｆａｌｏ，２００１．

［４］ＴｏｗｉｌｌＤＲ．Ｄｙｎａｍｉｃａｎａｌｙｓｉｓｏｆａｎｉｎｖｅｎｔｏｒｙａｎｄｏｒｄｅｒｂａｓｅｄｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｒｏｄｕｃ－ｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈ，１９８２，２０（６）：６７１￣６８７．

［５］Ｇｒｕｂｂｓｔｒ"ｍＲＷ，ＷｉｋｎｅｒＪ．Ｉｎｖｅｎｔｏｒｙｔｒｉｇｇｅｒｃｏｎｔｒｏｌｐｏｌｉｃｉｅｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｉｎｔｅｒｍｓｏｆｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｏｒｙ．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎＥｃｏｎｏｍｉｃｓ，１９９６，４５（３）：３９７￣４０６．

［６］ＳｔａｌｋＧＨ，ＨｏｕｔＴＭ．Ｃｏｍｐｅｔｉｎｇａｇａｉｎｓｔｔｉｍｅ：ｈｏｗｔｉｍｅ￣ｂａｓｅｄｃｏｍｐｅｔｉｔｉｏｎｉｓｒｅｓｈａｐｉｎｇｇｌｏｂａｌｍａｒｋｅｔｓ．ＮｅｗＹｏｒｋ，ＮＹ：ＦｒｅｅＰｒｅｓｓ，１９９０．

［７］ＴｏｗｉｌｌＤＲ，ＥｖａｎｓＧＮ，ＣｈｅｅｍａＰ．Ａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｄｅｓｉｇｎｏｆａｎａｄａｐｔｉｖｅｍｉｎｉｍｕｍｒｅａｓｏｎａｂｌｅｉｎｖｅｎｔｏｒｙｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ．Ｐｒｏ－ｄｕｃｔｉｏｎＰｌａｎｎｉｎｇａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，１９９７，８（６）：５４５￣５５７．

［８］ＮｙｈｕｉｓＰ，ＷｉｅｎｄａｈｌＨＰ．Ｌｏｇｉｓｔｉｓｃｈｅｋｅｎｎｌｉｎｉｅｎ．Ｇｒｕｎｄｌａｇｅｎ，ＷｅｒｋｚｅｕｇｅｕｎｄＡｎｗｅｎｄｕｎｇｅｎ（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ），１９９９．

（责编鸢尾依然）

（上接第８１页）

４结论

（１）基体温度８００℃时，涂层抗剥离性能比其他温度要好。因此，要抑制氧化物层的厚度就要较准确地控制基体温度，并尽可能缩短底层制备时间。

（２）在热循环过程中，显微裂纹最初沿陶瓷柱状晶界形成，随着热循环的继续进行，裂纹逐渐横向及纵向扩展，导致粘结层氧化加剧。

（３）粘结层氧化物最初主要由α－Ａｌ２Ｏ３组成。随着粘结层中Ａｌ不断贫化，出现富含Ｎｉ、Ｃｒ及少量Ａｌ的复杂氧化物，从而引起应力增大，削弱陶瓷层与粘结层的粘附性，加速陶瓷层剥落。

（４）由于氧化引起的面层与底层间的微裂纹变化，与热循环次数无关，主要与热循环过程中累计氧化时间的长短有关，氧化时间越长微裂纹越宽。

参考文献

［１］ＰｄｔｕｒｅＮＰ．Ｔｈｅｒｍａｌｂａｒｒｉｅｒｃｏａｔｉｎｇｓｆｏｒｇａｓ￣ｔｕｒｂｉｎｅｅｎｇｉｎｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｒｅｖｉｅｗ：ＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅ，２００２，２９６：１￣３．［２］ＭｉｌｌｅｒＡ．Ｃｕｒｒｅｎｔｓｔａｔｕｓｏｆｔｈｅｒｍａｌｂａｒｒｉｅｒｃｏａｔｉｎｇｓ￣ａｎｏｖｅｒｖｉｅｗ．ＳｕｒｆＣｏａｔＴｅｃｈｎｏｌ，１９８７，３０：１￣１１．

［３］ＪｏｎｅｓＲＬ，ＭｅｓｓＤ．Ｉｍｐｒｏｖｅｄｔｅｔｒａｇｏｎａｌｐｈａｓｅｓｔａｂｉｌｉｔｙａｔ１４００℃ｗｉｔｈＳｃａｎｄｉａ，ｙｔｔｒｉａ￣ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄｚｉｒｃｏｎｉａ．ＳｕｒｆａｃｅａｎｄＣｏａｔｉｎｇｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９６，８６￣８７，９４￣１０１．

［４］ＢｅｎｎｅｔｔＡ．Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｒｍａｌｂａｒｒｉｅｒｃｏａｔｉｎｇｓ．ＭａｔｅｒＳｃｉＴｅｃｈｎｏｌ，１９８６，２（３）：２５７￣２６１．

［５］ＫＨＧＳｃｈｍｉｔｔ￣Ｔｈｏｍａ，ＵＤｉｅｒｌ．Ｔｈｅｒｍａｌｂａｒｒｉｅｒｃｏａｔｉｎｇｗｉｔｈｉｍｐｒｏｖｅｄｏｘｉｄａｔｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ．ＳｕｒｆＣｏａｔＴｅｃｈｎｏｌ，１９９４，６８￣６９：１１３￣１１５．

（责编微凉）

表１在制品库存随系统参数变化情况

需求类型ＷＡ变化幅度

／件（套）

系统参数

阶跃需求ＷＡｍｉｎ＝４４

ＷＡｍａｘ＝４７０

Ｔａ１＝１０，Ｋｐ１＝５０，Ｔａ２＝１，Ｋｐ２＝１，

Ｔａ１＝１０，Ｋｐ１＝５０，Ｔａ２＝１０，Ｋｐ２＝２０

锯齿波需求ＷＡｍｉｎ＝１０

ＷＡｍａｘ＝３７０

Ｔａ１＝１０，Ｋｐ１＝５０，Ｔａ２＝１，Ｋｐ２＝１，

Ｔａ１＝１０，Ｋｐ１＝５０，Ｔａ２＝１０，Ｋｐ２＝２０

需求量正态分布＋需求时间均匀分布ＷＡｍｉｎ＝１０

ＷＡｍａｘ＝６５０

Ｔａ１＝１０，Ｋｐ１＝５０，Ｔａ２＝１，Ｋｐ２＝１，

Ｔａ１＝１０，Ｋｐ１＝５０，Ｔａ２＝１０，Ｋｐ２＝２０

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石墨烯防腐涂层

5.石墨烯防腐涂料 对于防腐涂料来说，传统防护涂层受限于自身材料性质及工艺，对金属基体的腐蚀防护作用往往不理想，个别性能突出的成本又很高，降低了涂层的性价比，而且相当一部分涂层因含铅锌或铬酸盐等重金属或有毒物质，存在一定的环境污染风险，也消耗了大量的不可再生资源，不利于社会经济的可持续发展。因此，开发各类新型长效环保的海洋重防腐蚀涂料成为新热点。 海洋防腐涂料性能要求 海洋防腐涂料一般要求具有如下性能：①具有良好的物理性能。对腐蚀介质抗渗性好，对钢材表面附着力好；②具有良好的力学性能。耐海水冲刷、耐海冰碰撞、耐船舶停靠的磨损；③具有优异的化学性能。耐海水、耐盐雾、耐油、耐化学品、耐紫外线等的侵蚀；④与电化学保护系统相容性好。飞溅区和全浸区涂料要具有耐阴极剥离性；⑤具有良好施工性能。可在各种环境条件下对不同结构进行高质量涂装施工；⑥符合健康、环保、安全的要求。 海洋工程石墨烯防腐涂料 石墨烯广泛和独特的性能展现了其在金属材料防腐领域的巨大潜力。首先，石墨烯稳定的sp2杂化结构使其能在金属与活性介质间形成物理阻隔层，阻止扩散渗透的进行；其次，石墨烯具有很好的热稳定性和化学稳定性，不论是在高温条件下（可高达1500℃），还是在具有腐蚀或氧化性的气体、液体环境中均能保持稳定。另外，石墨烯良好的导电、导热性能对金属服役的环境提供了有利条件。石墨烯还是目前为止最薄的材料，其对基底金属的影响可以忽略不计。同时还兼具高的强度和良好的摩擦学性能，不仅能提高导电性或耐盐雾性能，还能进一步降低涂层厚度，增加对基材的附着力，提升涂料的耐磨性。在常用的环氧防腐涂料的基础上通过添加石墨烯制备的新型涂料不仅具有环氧富锌涂料的 阴极保护效应、玻璃鳞片涂料的屏蔽效应，更具有韧性好、附着力强、耐水性好、硬度高等特点，其防腐性能超过现有的重防腐涂料，可广泛应用于海洋工程、交通运输、大型工业设备及市政工程设施等领域的涂装保护。用石墨烯制备涂料来提高金属耐腐蚀性方面的潜能，在铜和镍的表面涂上石墨烯的试验证明，用化学气相沉积培育时，铜的腐蚀速度减慢7倍，这是在加氧硫酸钠（Na2SO4）溶液中与裸铜相比的情况。镍的腐蚀速度慢4倍。这些发现说明石墨烯是已知最薄防腐蚀涂层。因此，石墨烯将成为最理想的防腐涂层。 海洋工程石墨烯防腐涂料发展过程中遇到的困难 石墨烯的共轭结构导致其与水有机溶剂以及聚合物的相容性较差，因而增加了其在涂料领域中的应用难度。为解决该问题，将GO功能化改性，再按需要进行还原。如将石墨烯成功应用于防腐涂料，还需对其进行更多的功能化改性或与其他物质进行复合等方面的研究。石墨烯虽具有诸多优异性能，然而作为一个新的研究对象，还有很多未知的性质需要探究，作为防腐材料工业化应用前必须要完善相关的理论与实验研究，避免相反结果发生。同时海洋防腐涂料的研发具有科技含量高、研制周期长、投资大、技术难度高且风险大，国外海洋防腐涂料研发主要集中在实力雄厚的大公司或靠政府支持的部门。例如英国的P、美国的PPG、丹麦的Hemple、挪威的Jotun及日本的关西涂料等几家大公司均有上百年的相关涂料开发历史，在涂料生产供应、质量监督、涂装规范及涂装现场管理等方面形成了一整套十分严格和严密的体系，目前这些公司的产品占据了我国海洋防腐涂料的主要市场。 6.海洋工程石墨烯防腐涂料的工业化进程 我国海上风电发展规划提出，2015年开发建设500万千瓦，2020年开发建设3000万千瓦。 但海上风电设备要经历严苛的环境挑战，长期受到水汽、盐雾侵蚀及海浪的冲击，很容易发生腐蚀问题，因此，为保证风电装备20年的正常服务寿命，必须采取相关的保护措施，而涂料

热喷涂技术原理及其应用

热喷涂技术原理及其应用 摘要：对于一些超薄零件，在其表面喷涂具有高强度、硬度较高耐磨性的陶瓷涂层，增加零件的耐磨性。热喷入技术是制备涂层的主要方法，目前正迅速应用到民用工业领域。本文主要介绍了热喷涂工艺的特点、喷涂方法的种类及其技术以及热喷涂技术的应用概况,并对热喷涂技术的发展方向给予了展望。 关键字：表面工程热喷涂涂层火焰喷涂 1绪论 磨蚀和磨损是造成材料和零部件失效的主要原因。据有关资料介绍，发达国家每年由腐蚀和磨损所造成的损失约占国民经济总产值的4%～5%，而全世界每年生产的钢材约有1/10变成铁锈。我国每年由腐蚀和磨损造成的经济损失已达数亿人民币。 随着现代科学技术和现代工业发展，对各种设备零件的表面性能提出了更高的要求，特别是在一些特殊条件下工作的零件表面的耐磨性、耐蚀性及高温氧化性等。因此改善材料表面性能，不仅可以有效地延长零件的使用寿命、节约资源，更有利于社会的发展[1]。 表面工程是21世纪工业发展的关键技术之一，表面技术分为表面改性技术、薄膜技术和涂层技术三大类，而热喷涂技术是表面工程领域中十分重要的技术，约占表面工程技术的1/3，是国外50年代发展起来的一项机械零件修复和预保护的新技术。它可以使各种机械设备车辆的零部件使用寿命延长。使报废的零部件“起死回生”。从学科上讲，热喷涂技术是一个涉及金属学、高分子学、表面物理、表面化学、流体力学、传热学、等离子物理及计算机等学科的交叉边缘科学[2]。 热喷涂技术有两大突出特征:一是喷涂粉末的成分不受限制,可根据特殊要求予以选择；二是热喷涂过程中工件温度可保持在100-260℃,从而减少了变形氧化和相变等,使材料本身的性能不被破坏或损失，这些特征以及热喷涂涂层所具

涂层的制作方法

本技术公开了一种电子或电气装置或其元件，其包括在电子或电气装置或其元件表面上的交联聚合物涂层；其中，交联聚合物涂层通过使电子或电气装置或其元件在包含单体化合物和交联剂的等离子体中暴露足够时间，以允许在其表面上形成交联聚合物涂层而获得；其中，单体化合物具有下式：其中，R1、R2和R4各自独立地选自氢、任意经取代的支链或直链 C1C6烷基或卤代烷基、或可选被卤素取代的芳基，并且R3选自：其中，X各自独立地选自氢、卤素、任意经取代的支链或直链C1C6烷基、卤代烷基或可选被卤素取代的芳基；且n1为1至27的整数；并且交联剂包含借助于一个或多个连接部分连接的两个或多个不饱和键，并且在标准压力下具有小于500℃的沸点。 权利要求书 1.一种电子或电气装置或其电子或电气元件，其包括在所述装置或元件表面上的保护性交联聚合物涂层； 其中，所述保护性交联聚合物涂层通过使所述装置或元件暴露于包含单体化合物和交联剂的等离子体足够允许在其表面上形成所述保护性交联聚合物涂层的一段时间而可获得； 其中，所述单体化合物具有下式： 其中，R1、R2和R4各自独立地选自氢、任选地被取代的支链或直链C1-C6烷基、或卤代烷基、或任选地被卤素取代的芳基，且R3选自： 其中，每个X各自独立地选自氢、卤素、任选地被取代的支链或直链C1-C6烷基、卤代烷基、或任选地被卤素取代的芳基；且n1为1至27的整数；以及其中所述交联剂包含通过一个或更多的连接部分连接的两个或更多的不饱和键并且在标准压力下具有小于500℃的沸点。

2.根据权利要求1所述的装置或元件，其中，所述保护性交联聚合物涂层为针对质量和电子传输的物理屏障，和/或其中所述保护性交联聚合物涂层形成由至少90°的静态水接触角(WCA)限定的抗液表面。 3.一种用于处理电子或电气装置或其电子或电气元件的方法，其包括：使所述装置或元件暴露于包含单体化合物和交联剂的等离子体足够允许在所述装置或元件的表面上形成保护性交联聚合物涂层的一段时间； 其中，所述单体化合物具有下式： 其中，R1、R2和R4各自独立地选自氢、任选地被取代的支链或直链C1-C6烷基、或卤代烷基，或任选地被卤素取代的芳基，且R3选自： 其中，每个X各自独立地选自氢、任选地被取代的支链或直链C1-C6烷基、卤代烷基、或任选地被卤素取代的芳基；且n1为1至27的整数；以及其中所述交联剂包含通过一个或更多的连接部分连接的两个或更多的不饱和键并且在标准压力下具有小于500℃的沸点，所述交联剂任选地以占单体化合物和交联剂总体积的10-60(v/v)％的量存在。 4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述电子或电气装置或其元件放置在等离子体沉积腔室中，在所述积腔室中点燃辉光放电，并以脉冲场形式施加电压，且任选地以下一项或多项适用： 所施加的电压的功率为40至500W； 所述电压是序列脉冲，其中接通时间：断开时间的比在1:500至1:1500的范围内； 所述电压是序列脉冲，其中电源接通时为20至50μs，及断开时为1000μs至30000μs； 所述电压是以脉冲场形式施加30秒至90分钟的时期，任选地5至60分钟；

涂层镀层的检测方法

涂层镀层的检测方法 无损检测技术是一门理论上综合性较强，又非常重视实践环节的很有发展前途的学科。它涉及到材料的物理性质，产品设计，制造工艺，断裂力学以及有限元计算等诸多方面。 在化工，电子，电力，金属等行业中，为了实现对各类材料的保护或装饰作用，通常采用喷涂有色金属覆盖以及磷化、阳极氧化处理等方法，这样便出现了涂层、镀层、敷层、贴层或化学生成膜等概念，我们称之为“覆层”。 覆层的厚度测量已成为金属加工工业已用户进行成品质量检测必备的最重要工序。是产品达到优质标准的必备手段。目前，国内外已普遍按统一的国际标准测定涂镀层厚度，覆层无损检测的方法和仪器的选择随着材料物理性质研究方面的逐渐进步而更加至关重要。 有关覆层无损检测方法，主要有：楔切法、光截法、电解法、厚度差测量法、称重法、X 射线莹光法、β射线反射法、电容法、磁性测量法及涡流测量法等。这些方法中除了后五种外大多都要损坏产品或产品表面，系有损检测，测量手段繁琐，速度慢，多适用于抽样检验。 X射线和β射线反射法可以无接触无损测量，但装置复杂昂贵，测量范围小。因有放射源，故，使用者必须遵守射线防护规范，一般多用于各层金属镀层的厚度测量。 电容法一般仅在很薄导电体的绝缘覆层厚度测试上应用。 磁性测量法及涡流测量法，随着技术的日益进步，特别是近年来引入微处理机技术后，测厚仪向微型、智能型、多功能、高精度、实用化方面迈进了一大步。测量的分辨率已达0.1μm，精度可达到1%。又有适用范围广，量程宽、操作简便、价廉等特点。是工业和科研使用最广泛的仪器。超声波物位计,超声波液位计,超声波测厚仪。 采用无损检测方法测厚既不破坏覆层也不破坏基材，检测速度快，故能使大量的检测工作经济地进行。以下分别介绍几种常规测厚的方法。 磁性测量原理 一、磁吸力原理测厚仪 利用永久磁铁测头与导磁钢材之间的吸力大小与处于两者之间的距离成一定比例关系可测量覆层的厚度，这个距离就是覆层的厚度，所以只要覆层与基材的导磁率之差足够大，就

第一章 粉末涂料及其涂层性能检验

第一章粉末涂料及其涂层性能检验 第一节粉末涂料性能检验 一、取样 二、粒度 （一）筛余物 （二）激光粒度仪对粉末涂料的粒度的测定 （三）筛分法测定粒度分布 三、在容器中状态 四、密度 （一）表观密度的测定 （二）装填密度的测定 五、安息角 六、流出性 七、粉末涂料流动性 八、不挥发物含量 九、粉末涂料烘烤时质量损失的测定 十、软化温度 十一、熔融流动性 （一）水平流动性 （二）倾斜流动性 十二、胶化时间 十三、爆炸下限浓度 十四、贮存稳定性 十五、粉末涂料的电性能 （一）粉末涂料的介电常数 （二）电荷/质量比（q/m） 十六、沉积效率 十七、粉末涂料相容性 十八、粉末雾化及输送特性 十九、重金属含量的测试 二十、粉末涂料及涂层的热特性测定 第二节粉末涂层性能检验 一、标准试板底材及处理

二、涂膜制备 三、涂膜厚度 四、粉末涂料的固化条件测试 （一）炉温跟踪仪测试粉末涂料固化温度的方法（二）粉末涂料固化时间的测定 （三）粉末涂料固化程度的测定 五、涂料试样状态调节和试验的温湿度 六、边角覆盖率 七、涂膜外观 八、光泽 九、色差 十、柔韧性 十一、弯曲试验 十二、附着力（划格法） 十三、硬度 （一）铅笔硬度 （二）划痕硬度 （三）压痕硬度 十四、杯突试验 十五、耐冲击性 十六、耐湿热性 十七、耐中性盐雾性能 十八、耐液体介质性 十九、耐水试验 二十、耐人工气候老化性 二十一、涂层自然气候曝露试验 二十二、有色涂膜和清漆涂层老化的评级方法二十三、涂层气孔率（均匀性试验） 二十四、抗割穿性 二十五、耐溶剂擦试性测定 （一）手工擦拭法 （二）仪器擦拭法 二十六、耐磨性

涂层性能测试方法

涂层性能测试方法 1盐雾试验 盐雾试验是将试验样板(件)放置于盐雾箱中,在一定温度、湿度条件下,保持电解质溶液成雾状,进行循环腐蚀的实验室技术。 1.1盐雾试验注意事项 (1)供试验用样板底材,必须彻底清除锈迹和润滑油脂。无论是经喷砂、打磨还是磷化过的底材,谨防暴露于潮湿空气中,以防底材表面形成水膜造成再度生锈或因此而降低涂层与底材间的附着力。特别强调的是严禁用手指触摸底材有效部位,因为手指上的油脂、汗渍会沾污板面,造成涂层局部起泡和生锈。 (2)盐雾试验的关键是配制电解质溶液的浓度,多种组分的溶质要按比例严格称量,以确保pH值的准确性。不然会直接影响检测结果。 (3)制备涂层后的样板(件),需用涂料封边和覆盖底材裸露部位,否则,造成锈痕流挂、污染板面,给评定等级工作带来困难。 (4)定期查板(件)时,应保持板面呈湿润状态,尽量缩短板面暴露于空气中的时间。 (5)完成试验后,应立即对板面做出客观评价,包括:起泡、变色、生锈、脱落。也可按客户要求增加附着力、划痕单边锈蚀距离的检测评定。 (6)板面如需要划痕,则应一次性划透涂膜,并露出底材。不应重复施刀,以免造成划痕处涂层翻边和加宽单边锈蚀距离。根据经验,板面划痕通常为交叉状(X),而圆柱工件则可划成平行线(Ⅱ)。但划痕距板(件)缘应大于20mm,并依据GB/T9286—1998标准推荐的方法,使用单刃切割器。 值得注意的是划痕处单边锈蚀距离的测定方法。根据作者多年工作经验,在试验过程中,周期性查板(件)应保持原始锈蚀状态记录单项等级评定结果。当试验结束后进行综合等级评定时,首先选择划痕单边锈蚀最严重部位进行测量,然后用一工具小心剥离锈斑,尽量保持不要破坏涂层,用水冲净后再测量锈蚀距离,测量结果可能有3种情况:①因涂层沿 中心以化工行业技术需求和科技进步为导向，以资源整合、技术共享为基础，分析测试、技术咨询为载体，致力于搭建产研结合的桥梁。以“专心、专业、专注“为宗旨，致力于实现研究和应用的对接，从而推动化工行业的发展。

热喷涂技术资料

齐鲁工业大学|机械与汽车工程学院 热喷涂技术的研究综述 孙* （齐鲁工业大学机械与汽车工程学院 20130102****） 摘要： 本文介绍了热喷涂技术的由来，发展历程，工艺特点（热喷涂工艺的优缺点），基本概念，总结了热喷涂技术的应用状况，探讨了新工艺、新材料在热喷涂技术中的应用前景。 关键词：表面处理；热喷涂；热喷涂的优缺点；热喷涂的应用进展 前言： 高新技术的飞速发展对提高金属材料的性能、延长仪器设备中零部件的使用寿命提出了越来越高的要求。而这两个方面的要求又面临高性能结构材料成本逐年上升的问题。近年来，表面工程发展很快，尤其是热喷涂技术获得了巨大的进展，为解决上述问题提供了一种新的方法。热喷涂技术是一种将涂层材料 (粉末或丝材 )送入某种热源 (电弧、燃烧火焰、等离子体等 )中熔化，并利用高速气流将其喷射到基体材料表面形成涂层的工艺。由于热喷涂技术可以喷涂各种金属及合金、陶瓷、塑料及非金属等大多数固态工程材料，所以能制成具备各种性能的功能涂层，并且施工灵活，适应性强，应用面广，经济效益突出，尤其对提高产品质量、延长产品寿命、改进产品结构、节约能源、节约贵重金属材料、提高工效、降低成本等方面都有重要作用。热喷涂涂层具有耐磨损、耐腐蚀、耐高温和隔热等优良性能，并能对磨损、腐蚀或加工超差引起的零件尺寸减小进行修复，在航空航天、机械制造、石油化工等领域中得到了广泛的应用【1-3】。 热喷涂发展现状： 1、热喷涂技术的由来 热喷涂是指采用氧—乙炔焰、电弧、等离子弧、爆炸波等提供不同热源的喷涂装置，产生高温高压焰流或超音速焰流，将要制成涂层的材料如各种金属、陶

瓷、金属加陶瓷的复合材料、各种塑料粉末的固态喷涂材料，瞬间加热到塑态或熔融态，高速喷涂到经过预处理（清洁粗糙）的零部件表面形成涂层的一种表面加工方法。我们把特殊的工作表面叫“涂层”，把制造涂层的工作方法叫“热喷涂”，它是采用各种热源进行喷涂和喷焊的总称。 热喷涂技术最早出现在 20世纪早期的瑞士，随后在前苏联、德国、日本、美国等国得到了不断的发展，各种热喷涂设备的研制、新的热喷涂材料的开发及新技术的应用，使热喷涂涂层质量不断得到提高并开拓了新的应用领域【4】。热喷涂技术在我国始于20世纪50年代，至70年代末形成气候。目前，无论在设备、材料、工艺、科研等方面都在迅速发展与提高，成为表面技术重要组成部分。 2、热喷涂技术的发展历程 在 1993年以前【5-6】介绍较多的是单一热喷涂的技术与方法，其中以火焰喷涂法最为常见。虽然该法(火焰温度可达 3000℃)，可熔化大多数金属，但由于陶瓷材料熔点太高而使该法受到限制。与现有的火焰喷涂、等离子喷涂、电弧喷涂等技术相比，气体爆炸喷涂具有致密性好，孔隙率低，结合强度高等优点。但因爆炸法之粉料以直线束方式射向基体表面，对形状复杂和细小件内壁难以处理，并需专门隔音装置以对付约140分贝的爆炸声，且涂层与基体之结合强度也有待于提高。新近研制的超音速喷涂法利用喷枪(具有混合气体室，燃烧室及扩张嘴)在压力下点燃混合气体，通过扩张使燃烧继续，由此可产生超音速(1370m/s)和高温(2760℃)的气流，从而能喷涂金属陶瓷，例如WC-Co和WC-Cr-Ni等粉末材料，并无脱碳现象。与爆炸喷涂相比，由于火焰的超音速提高了粒子的速度，其所制得的涂层致密且高耐水性。加上热源温度低，限制了粉末粒子加热，从而有效地抑制了粉末中 WC的分解。实验得出，超音速法所形成的涂层较等离子及氧—乙炔火焰法形成的涂层性能优越，其耐蚀性能与硬质合金YT相当。并且涂层材料已从金属、合金、陶瓷进而扩大到塑料等非导电性材料【7】。 我国热喷涂技术是从五十年代开始的,当时由吴剑春和张关宝在上海组建了国内第一个专业化喷涂厂,研制氧乙炔焰丝喷及电喷装置，并对外开展金属喷涂业务。我国热喷涂技术起步较早，50年代就发展了丝材电弧喷涂；60年代某些军工部分开始研究等离子喷涂，等离子弧焰温度高、等离于喷涂颗粒飞行速度快，

热喷涂涂层的制备

技 术 评 论 —— 运 用 显 微 组 织 分 析 解 决 实 际 问 题 热喷涂涂层的制备 作者：George Vander Voort 热喷涂涂层金相 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。有涂层金属部件的准确表征要求对其显微组织进行金相检验。涂层的厚度范围从 0.002 至 0.060英寸 (0.005 至 1.5mm) 并用不同的喷涂技术和参数沉积到基底上。必须用金相制备技术准确地确定显微组织特性。由于一些涂层的脆性本质和孔隙的存在并在涂层构成了很不相同的硬度，在金相制备中总是有可能无法显示出真实的显微组织或引入假象，从而对涂层特性作出错误的诠释。光学显微技术为一块经过正确制备的涂层试样提供了一种评估手段，以确定或测定 涂层/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，如图 1 所示。 各个实验室为了对热喷涂试样进行显微组织评估而使用的金相制备技术不尽相同，这一差异往往会造成勉强合格的结果。这些技术包括在粗磨和细磨阶段，碳化硅砂纸、固定或半固定金刚石的使用。粗抛光阶段是在无绒毛织物上使用分级系列的金刚石膏或悬浮液。对于最终抛光阶段，则在有绒毛或无绒毛的织物上使用细金刚石膏或悬浮液，或使用小于 1 微米的氧化铝粉。如果在使用以上任何消耗品或制备表面时采用不恰当的技术都 会产生不够精确的结果。 图 1。典型的涂层截面组织，图中示出氧化物和夹杂物 的层状组织本期标乐公司的《技术评论》是为了给读者提供能够始终如一地准确对涂层进行表征的热喷涂涂层金相制备步骤的信息。 金相试样制备 取样/切割 对于不同类型的热喷涂试样，应当使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沿着垂直于试样轴的方向进行切割。试样应当用台钳夹紧，其位置应使切割片从涂层一侧进入而从基底一侧出去，这样就显著减小了涂层的损伤。图 2 示出在切割热喷涂涂层时所建议的切割片转动方向、试样位置、及试样类型。通过真空浸渗可以使多孔性涂层或易碎涂层上有一薄层的环氧树脂可以避免在切割时造成损伤。表 1 给出切割参数。每一块切下的试样都应当放在丙酮中彻底 清洗并在镶嵌前在 70°C 的烘箱中干燥 5 分钟。

喷涂工艺过程

喷涂工艺过程 1、表面预处理 为了使涂层与基体材料很好地结合，基材表面必须清洁及粗糙，净化和粗化表面的方法很多，方法的选择要根据涂层的设计要求及基材的材质、形状、厚薄、表面原始状况以及施工条件等因素而定、净化处理的目的是除去工件表面的所有污垢，如氧化皮、油渍、油漆及其他污物，关键是除去工件表面和渗入其中的油脂、净化处理的方法有，溶剂清洗法、蒸汽清洗法、碱洗法及加热脱脂法等、粗化处理的目的是增加涂层与基材间的接触面，增大涂层与基材的机械咬合力，使净化处理过的表面更加活化，以提高涂层与基材的结合强度、同时基材表面粗化还改变涂层中的残余应力分布，对提高涂层的结合强度也是有利的、粗化处理的方法有喷砂、机械加工法(如车螺纹、滚花)、电拉毛等。其中喷砂处理是最常用的粗化处理方法，常用的喷砂介质有氧化铝、碳化硅和冷硬铸铁等。喷砂时，喷砂介质的种类和粒度、喷砂时风压的大小等条件必须根据工件材质的硬度、工件的形状和尺寸等进行合理的选择。对于各种金属基体，推荐采用的砂粒粒度约为16－60号砂，粗砂用于坚固件和重型件的喷砂，喷砂压力为0、5－0、7Mpa，薄工件易于变形，喷砂压力为0、3－0、4Mpa。 特别值得注意的一点是，用于喷砂的压缩空气一定要是无水无油的，否则会严重影响涂层的质量。喷涂前工件表面的粗化程度对大多数金属材料来说2、5－13mmRa就够了。随着表面粗糙度的增加涂层与基体材料的结合增强，但是当表面粗糙度超过10mmRa后，涂层结合强度的提高程度便会减低。对于一些与基材粘结不好的涂层材料，还应选择一种与基体材料粘结好的材料喷涂一层过渡层，称为粘结底层，常用作粘结底层的材料有Mo、NiAl、NiCr及铝青铜等、粘结底层的厚度一般为0、08－0、18mm。 2、预热 预热的目的是为了消除工件表面的水分和湿气，提高喷涂粒子与工件接触时的界面温度，以提高涂层与基体的结合强度；减少因基材与涂层材料的热膨胀差异造成的应力而导致的涂层开裂、预热温度取决于工件的大小、形状和材质，以及基材和涂层材料的热膨胀系数等因素，一般情况下预热温度控制在60-120℃之间、 3、喷涂 采用何种喷涂方法进行喷涂主要取决于选用的喷涂材料、工件的工况及对涂层质量的要求。例如，如果是陶瓷涂层，则最好选用等离子喷涂；如果是碳化物金属陶瓷涂层则最好采用高速火焰喷涂；若是喷涂塑料则只能采用火焰喷涂；而若要在户外进行大面积防腐工程的喷涂的话，那就非灵活高效的电弧喷涂或丝材火焰喷涂莫属了。总 之，喷涂方法的选择一般来说是多样的，但对某种应用来说总有一种方

2021涂料及涂层的性能检测方法

When the lives of employees or national property are endangered, production activities are stopped to rectify and eliminate dangerous factors. （安全管理） 单位：___________________ 姓名：___________________ 日期：___________________ 2021涂料及涂层的性能检测方法

2021涂料及涂层的性能检测方法导语：生产有了安全保障，才能持续、稳定发展。生产活动中事故层出不穷，生产势必陷于混乱、甚至瘫痪状态。当生产与安全发生矛盾、危及职工生命或国家财产时，生产活动停下来整治、消除危险因素以后，生产形势会变得更好。"安全第一" 的提法，决非把安全摆到生产之上;忽视安全自然是一种错误。 (1)涂料性能的测试。涂料性能是指涂料的黏度、密度、遮盖力、固体含量、流平性、干燥性。现将检测方法分述如下。 ①涂料黏度的测定液体涂料的黏度是分子间相互作用而产生阻碍其分子间相对运动的能力，即表示流体流动时产生的内摩擦力。 涂料最常用的黏度是涂-4杆黏度计。主要测试范围为15Os以下的涂料。 将涂料倒入杯中。测定时，将手指堵住漏斗嘴，涂料倒满时，将手指从漏嘴处移开，并同时开动秒表，流出全部涂料所用的时间(s)即涂料的黏废。测定温度为(25±1)℃。作两次测验，其误差不大于2％～3％。 黏度换算表见表6-9。 表6-9黏度换算表 绝对黏度(25℃)/P 恩格勒黏度(20℃)/s

涂-4杯黏度(25℃)/s 绝对黏度(25℃)/P 恩格勒黏度(20℃)/s 涂-4杯黏度(25℃)/s 0.50 8.1 19 2.25 36.3 55 1.00 16.2 30 3.00 44.1 74 1.40 22.5

涂层测试

涂层材料性能测试技术 1硬度与韧性 硬度是指材料在表面上的不大体积内抵抗变形或者破裂的能力。究竟代表何种抗力则决定于采用的试验方法,如刻划法表征材料抵抗破裂的能力,压入法表征材料抵抗变形的能力。应用较多的是压入法硬度,如布氏硬度、维氏硬度和显微硬度等。只要知道了硬度值,就可间接推知许多其它力学性能数据。洛氏硬度用来测定稍厚涂层的硬度,参照GB1818-79金属表面洛氏硬度试验方法及GB8640-88金属热喷涂层表面洛氏硬度试验方法。洛氏硬度的压头有硬质和软质两种。硬质的由顶角为120°的金刚石圆锥体制成,适于测定较硬的材料;软质的为直径1/16″(1.5875mm)或1/8″(3.175mm)钢球,适于较软材料测定。所加负荷根据被试材料硬软不等作不同规定,负荷选择原则是根据工件厚度、硬度层深度和材料预期硬度而尽可能选取较大的负荷,随不同压头和负荷的搭配出现了各种洛氏硬度级,最普遍的是HRC(金刚石圆锥压头,150kgf负荷)。 2耐腐蚀性 涂层耐腐蚀性按GB10124-88进行,腐蚀介质为30%硫酸溶液或10%HaOH溶液,腐蚀时间7天( d)。根据累计腐蚀失重计算平均腐蚀速率(g/mm2h)。采用其它各种浓度的各类腐蚀介质也都可比较测定涂层的耐蚀性。涂层耐腐蚀性也可在0.1当量浓度H2SO4中测试,根据涂层的钝化电位和临界钝化电流密度的大小、钝化区范围的宽度、钝化区电流密度的大小,表征涂层腐蚀速度的大小;也可用Potentiostat/Galvanostat Model 273电化学综合测试仪测定分析涂层试样的耐腐蚀性能。 3涂层结合强度 有效的涂层结合强度测试方法应满足:(1)能使涂层从基体剥离并有良好的物理模型;(2)可准确测定有关力学参量,试验值对界面状态敏感并和其它非界面因素如涂层、基体特性等无关。现行的涂层结合强度测试方法可归纳为定性和定量两大类。定性法以经验判断和相对比较为主,一般难以给出力学参量,但简单快速,一般不需专门设备。定性方法大多是破坏性的,不适合产品零件的质量检验。定量的方法有粘结拉伸法、压入法、断裂力学法和动态结合强度测定方法等。压痕试验法、划痕试验法等比较适合于薄膜涂镀层。 3.1粘结拉伸法 目前普遍采用,各国制定了类似的试验标准。将涂层试样与配副胶粘起来进行拉伸,涂层被拉脱时的载荷与涂层面积之比为结合强度。此法不足:(1)粘结剂的抗拉强度必须高于涂层的结合强度,因此,只适于低中结合强度测量;(2)涂层内晶粒之间为内聚性断裂,而涂层与基体之间属粘结性断裂。拉伸试验时,可能是内聚性和粘结性断裂共存的混合性断裂。此时的结合强度测定值不纯真,包含了涂层本身的强度,无法保证测出真正的结合强度值;(3)加载方式不是涂层使用时的典型应力状态,因而涂层的使用性能可能与测得的结合强度无直接关系;(4)试样加载不对中、试样尺寸、粘结剂渗入涂层细孔、粘结剂固化改变残余应力分布等因素会影响测量值,使试验结果分散,需大量试验并统计分析后才能对结合强度作出

热喷涂涂层性能检测方法

热喷涂涂层性能检测方法 热喷涂涂层在实际应用中对基体起到重要的保护作用，为确定涂层的性能和效果，检测显得尤为重要。 热喷涂涂层的性能由于影响着所防护材料的使用性能而备受关注。涂层的性能取决于喷涂设备、材料、工艺等多种因素。涂层性能的检测评估涉及很多检测方法，就一般的电弧喷涂层而言，涂层性能主要包括了涂层物理性能（如外观、密度、厚度、金相等）、力学性能（如结合强度、耐磨性、残余应力等）和化学性能（如化学成分、耐蚀性、耐热性、电化学性等）。在实际工作中并不要求电弧喷涂涂层一定要测试上述所有性能，而是要根据不同的目的来选择不同的测试项目。 涂层性能测试所涉及的国家标准 为了可靠地评价电弧喷涂涂层质量的优劣，准确测定涂层性能是否达到工艺、设计或者使用上的预期要求，需要一套比较准确的涂层质量和性能检测的方法。当然，最有效的方式就是采用现有的国家标准。表列出了现有的一些国家标准。 热喷涂涂层的测试方法 1.涂层显微金相组织 由于涂层与基体是两种截然不同的材料，硬度可能相差很大，磨制试样时需要特别谨慎。涂层试样的要求与一般金相试样有所不同，制备过程中要特别注意不能破坏涂层中微粒的组织结构，尽量避免涂层粒子在磨制试样时脱落下来。显微金相结构的分析主要包括两个步骤：样品制备和观察分析。具体步骤如下： （1）取样：样品的选择应符合国家标准GB/T13289金属显微组织检测方法规定进行，用细砂轮、线切割机或者火焰切割等方法截取一定尺寸具有研究价值的部位，且应保持所观察部位的组织不改变。

（2）样品制备：样品镶嵌，磨、抛以及腐蚀，均应按照GB/GT3298规定进行。 （3）组织结构分析步骤：将准备好的组织结构试样置于载物台上；将显微镜开关开启，打开光源，调整好照明电源使之对中；装上选好的物镜、目镜以及相应的观察方法。显微镜功能一般有6种，如明视场、暗视场、偏振光、干涉、微分干涉衬度、显微硬度；用粗细调焦钮对样品进行聚焦，同时调整好孔径和视场光栏大小，至目镜筒内观察到清晰的组织图像为止；选择好物象视场，用转换钮转向摄影系统，装上底片即可曝光拍照。 （4）样品的保存：对于涂层样品应放置在干燥器内（内有硅胶）。 2.涂层结合强度测试方法 该性能测试根据国标G9 8642-88 （热喷涂层结合强度的测定）进行。拉伸试样的材质是普通的Q235钢，经车削加工而成。具体试验步骤如下：将试样对偶件A、B喷砂处理，将试件端面A均匀地喷上待测结合强度的涂层，厚度约为0.8mm，然后用E-7胶将试件A、B件粘合，并将A试件置于B试件之上，使其同轴，经过100℃、1h加热固化以后，将试件夹在试验机夹具上，以1m/min的速度进行拉伸，记下拉断时所施加的载荷大小，同时观察拉断时，试件端面涂层的剥落情况。 用下式计算结合强度： 式中，σb—涂层得结合强度，N/mm2； F—试样破裂的最大载荷，N； A0—试验的涂层面积，mm2。 3.涂层硬度测试方法

涂料性能检测内容及方法

2.1.7涂料的检验项目及检验方法 1、固体份 标准《 GB/T1725-79（89）》 测定方法 仪器设备： 瓷坩埚：25ml，玻璃干燥器（内放变色硅胶），温度计：0-300℃，天平：感量为0.01g，鼓风恒温烘箱 方法步骤： 称取2-4g 涂料，精确至0.01g，然后置于已升温至规定温度的鼓风恒温烘箱内焙烘一定的时间后，取出放入干燥器中冷却至室温后，称重，再放入烘箱内按规定温度焙烘规定时间后，于干燥器中冷却至室温后，称重（同时取样2组以上） 计算： 固体份=烘烤后的样重/取样重量3100% 2、粘度（涂-4杯） 标准《GB/T1723-93》 仪器设备：涂-4粘度计，温度计，秒表，玻璃棒 操作方法： 测定之前，须用纱布蘸溶剂将粘度计内部擦拭干净，在空气中干燥或用冷风吹干，注意漏嘴应清洁通畅。 清洁处理后，调整水平螺钉，使粘度计处于水平位置，在粘度漏嘴下面放置150ml盛器，用手堵住漏嘴孔，将试样倒满粘度计中，用玻璃棒将气泡和多余的试样刮入凹槽，然后松开手指，使试样流出，同时立即开动秒表，当试样流丝中断时止，停止秒表读数（秒），即为试样的条件粘度。 两次测定值之差不应大于平均值的3%。 测定时试样温度为25±1℃ 涂-4粘度计的校正：用纯水在25±1℃条件下，按上述方法测定为11.5±0.5秒，如不在此范围内，则粘度计应更换。 3、细度（μm）标准《GB/T 1724-79（89）》 仪器：刮板细度计 测定方法： 细度在30微米及30微米以下的，用量程为50微米的刮板细度计，30-70微米时用量程为100微米的刮板细度计。

刮板细度计使用前必须用溶剂仔细洗净擦干。 将试样充分搅匀后，在细度计上方部分，滴入试样数滴； 双手持刮刀，横置在磨光平板上端（在试样边缘外），使刮刀与表面垂直接触，在3秒钟内，将刮刀由沟槽深部向浅的部位（向下）拉过，使漆样充满板上，不留有余漆。 刮刀拉过后，立即（不超过5秒种）使视线与沟槽平面成15-30度角观察沟槽中颗粒均匀显露处，记下读数；如有个别颗粒显露在刻度线时，不超过三个颗粒时可不计。 平行试验三次，结果取两次相近读数的算术平均值。 2.1.8涂料性能检测 一般涂料产品的贮存稳定性检测，以涂料在购进入库之前（产品取样按GB 3186—88执行），应对其进行相应的检查和验收，以避免在涂装过程中可能产生的质量事故，以致造成生产延误和一系列的经济损失。 一般涂膜的制备：国家标准《GB1727-79（88）漆膜一般制备法》中分别列出刷涂法、喷涂法、浸涂法和刮涂法的涂膜制备方法。但在制备时需要依赖操作人员的技术熟练程度，涂膜的均匀性较难保证。采用仪器制备涂膜在当前普遍推行，方法有旋转涂漆法和刮涂器法。 检测项目分别叙述如下。 一、外观 一般涂料产品的贮存期为6—12个月，由于颜料密度较大，存放过程中难免会发生沉降，此时特别需要检查沉降结块程度。一般可用刮刀来检查，若沉降层较软，刮刀容易插入，则沉降层容易被搅起重新分散开来，待检查其他性能合格后，涂料可以继续使用。 检测通过目测观察涂料有五分层、发浑、变稠、胶化、返粗及严重沉降现象。对于存放时间较长或已达到或超过贮存期的涂料品种，也应作相应检查。 图2-8 测力仪 涂料的沉降结块性也是评价涂料贮存稳定性的手段，可用测力仪(图2—8)

涂料性能检测方法

第9章涂料、染料和颜料的检验 9.1 涂料的检验 涂料，即俗称的“油漆”，是涂于物体表面能形成具有保护、装饰或特殊性能的固态膜的一类液体或固体的总称。这种材料可以用不同工艺经过施工涂布在被涂物表面，干燥固化后，形成一层高分子聚合物薄膜即涂膜，粘附牢固且具有一定强度。 涂料的分类方法有很多，目前，在我国涂料工业中按成膜物质（基料）分类，可将涂料分为17类，如醇酸树脂涂料、环氧树脂涂料、聚氨酯涂料、酚醛树脂涂料、丙烯酸树脂涂料等。 涂料除了具有装饰外观、防止腐蚀的作用外，还具有许多特殊功能，如防火涂料、防霉涂料、示温涂料、飞机的防雷达波涂料以及示芥子毒气涂料等等不胜枚举，是一种用途广泛的精细化工产品。因此，对涂料产品的检验显得尤为重要。 9.1.1 涂料产品的取样 为了得到适当数量的涂料的代表性样品，GB3186—82对产品类型、盛样容器及取样器械等进行了规定，并制订了色漆、清漆和有关涂料产品的取样方式。本节对它们分别作如下介绍。 1. 产品类型 GB 3186—82中根据涂料产品的状态，将产品分为以下五种类型： A型：单一均匀液相的流体，如清漆和稀释剂。 B型：两个液相组成的流体，如乳液。 C型：一个或两个液相与一个或多个固相一起组成的流体，如色漆和乳胶漆。 D型：粘稠状，由一个或多个固相带有少量液相所组成，如腻子、厚浆涂料和用油或清漆调制的颜料色浆，也包括粘稠的树脂状物质。 E型：粉末状，如粉末涂料。 2. 盛样容器和取样器械 （1）盛样容器 对涂料产品，采用下列适当大小的洁净的广口容器盛样：1）内部不涂漆的金属罐；2）棕色或透明的可密封玻璃瓶；3）纸袋或塑料袋。 （2）取样器械 为了使产品尽可能混合均匀，取出有代表性的样品，应采用不和样品发生化学反应的取样器械，并且取样器械应便于使用和清洗（无深凹的沟槽、尖锐的内角、难于清洗及检查其清洗程度的部位）。 对于涂料产品，常用的取样器械包括以下两类： 1）搅拌器：包括不锈钢或木制搅棒器和机械搅拌器两类。 2）取样器：常用QYG—I型、QYG—Ⅱ型、QYG—Ⅲ型、QYG—Ⅳ型取样管及QYQ—I 型贮槽取样器，如图9-1所示。也可采用效果类似的取样器。 3. 取样数目 产品交货时，应记录产品的桶数，按随机取样方法，对同一生产厂生产的相同包装的产

电弧喷涂涂层性能检测方法

电弧喷涂涂层性能检测方法 胡为峰 葛 爽（北京赛亿表面工程技术有限公司100083）① 摘要：锅炉喷涂涂层在锅炉运营中对管壁的性能起到重要的作用，为确定涂层所得喷涂性能和喷涂效果，本文主要介绍了几种在测试涂层性能过程中比较常见的几种测试方法和测试步骤。 关键词：电弧喷涂 涂层性能 测试 1、引言 作为电厂锅炉防护热喷涂材料中的重要体系，热喷涂涂层的性能由于影响着所防护材料的使用性能而倍受关注。电弧喷涂层的质量是通过涂层得性能来反映的，而涂层得性能又取决于喷涂设备、材料、工艺等多种因素。涂层性能的检测时评估涉及很多检测方法，就一般的电弧喷涂层而言，涂层性能主要包括了涂层得物理性能（如外观、密度、厚度、金相等）、力学性能（如结合强度、耐磨性、残余应力等）和化学性能（如化学成分、耐蚀性、耐热性、电化学性等）。当然，在实际工作中并不要求电弧喷涂层一定要测试上述所有性能，而是要根据不同的目的来选择不同的测试项目。 一般来说，电弧喷涂层性能试验与测试的目的主要有三个方面： z满足工艺上的要求； z满足技术的要求； z满足使用上的要求。 2、涂层性能测试标准和测试方法 2.1 涂层性能测试所涉及的国家标准 为了可靠地评价电弧喷涂涂层质量的优劣，准确测定涂层性能是否达到工艺、设计或者使用上的预期要求，就需要一套比较准确的涂层质量和性能检测的方法。当然，最有效的地方就是采用现有的国家标准。表2-1列出了现有的一些国家标准。 表2-1 热喷涂涂层性能试验方法与标准 标准号标准名称备注 GB/T 11374-1989 热喷涂涂层厚度的无损检测方法idt ISO 2064 GB/T 4956-2003 磁性金属基体上非磁性覆盖层厚度测量磁性方法idt ISO 2178 GB/T 6462-1986 金属和氧化物覆盖层横断面厚显微镜测量方法idt ISO 1463 GB/T 11378-1989 金属覆盖层厚度轮廓尺寸测量方法idt ISO 4518 GB/T 4955-1997 金属覆盖层覆盖层厚度测量阳极溶解库仑法idt ISO 2177 ① 本文通讯联系人：胡为峰（北京赛亿表面工程技术有限公司 100083）

封严涂层及其制备技术

封严涂层及其制备技术 1、定义 封严涂层是涂覆在飞机（航空）发动机气流通道的间隙部分的涂层。航空发动机在工作过程中，在离心力，气动力及热膨胀的共同作用下，转子与静子都会发生变形，导致转子与静子之间相互摩擦造成机械损伤，在设计、制造和修理过程中，转子与静子之间在构造上必须保留适当的间隙；但是发动机工作状态下转子与静子的间隙却会导致发动机效率的降低，如果采取适当的措施有效的减小发动机转子和静子之间的径向间隙则可大大提高发动机的可靠性和效率。 资料表明典型的发动机高压涡轮叶片间隙若平均减少0.245mm，涡轮效率可提高约1%；如果压气机间隙增加0.076mm，单位油耗率增加约1%。图3-1展示了径向间隙对部件效率及其耗油率的影响，随着叶片和机匣之间间隙的增加，耗油率大幅增加。此外压气机的运转间隙过大，会严重影响发动机工作时的气动性，并可能引起喘振，导致发动机稳定性下降。因此，为提高发动机的效率，降低油耗，改善发动机气动性能，应尽量减小压气机叶尖与机匣之间的径向间隙。 图3-1 径向间隙对部件效率及耗油率的影响封严涂层是一种功能涂层，被广泛的运用于不同零部件之间，例如转子轴，鼓筒、轴承、转动叶片叶尖，压气机和涡轮等封严装置表面，以控制间隙和减少泄漏，成为有效的封严技术之一。封严涂层使用位置示意图如图3-2所示。

封严涂层应具有较好的表面质量、优良的热稳定性和较小的摩擦系数，并且与基体材料之间的界面结合性能要比较好。研制封严涂层需要综合考虑涂层的各种性能，特别是涂层的磨损特性和耐冲击性能。目前采用的封严涂层主要有以下几类: 有机涂层、热喷涂涂层，烧结金属粉末；耐温可1000℃的填充或不填充的薄壁蜂窝结构涂层；耐温可达1200℃的可控孔隙率陶瓷涂层。 封严涂层通常是成对出现的，即在压气机的静子部件的表面喷涂可磨耗的密封涂层，与叶片等动子尖端的硬质涂层形成一对可磨耗密封摩擦副。根据用途，可将封严涂层分为两大类，即可磨耗封严涂层和耐磨封严涂层。 可磨耗封严涂层是喷涂在与转动组件相配合的静子环带上的允许磨耗的软涂层。高速高温条件下，配副发生刮擦时封严材料必须先被刮削，封严涂层对转动部件没有损伤或只产生可容忍的损伤；封严涂层材料能准确配合或适应对摩副的形状，形成最小的工作间隙。此外，可磨耗封严涂层还必须满足以下条件：具有良好的减摩性能以降低能耗；磨痕表面光滑平整以减小空气动力损失；因此，可磨耗封严涂层材料表层必须兼顾一定性能要求并取得一定平衡，目前采用复合涂层的设计和工艺来实现。 可磨耗封严涂层的种类随着发动机工作温度的升高而不断发展，在中低温阶段，涂层基体通常为金属材料，如镍、铜、铬、铝等及其合金；目前，运用较为成熟的可磨耗封严涂层为铝基合金和镍基合金涂层体系，使用温度在1000℃以下，表3-1为常用的可磨耗封严涂

热喷涂的一般工艺流程

热喷涂的一般工艺流程 热喷涂生产一般包括3个基本工序-----工件表面预处理、喷涂和涂层后处理，其基本工艺流程如图所示。 现将各工序的主要内容简述如下 1.工件表面预处理 为了使涂层和基体材料很好地结合以及满足喷涂工艺的需求，基材表面必须进行预处理，包括表面预加工、净化、粗糙化和黏结底层等几个步骤。 （1）表面预加工是在喷涂之前对工件进行车削和磨削等表面加工，以清除工件上的原喷涂层、其他表面处理层（淬火层、渗碳层等）各种损伤和毛刺，修真表面的不均匀磨损，预留喷涂层厚度等，以保证合适的基体表面和共建喷涂后的尺寸精度。（2）净化处理目的是除去工件表面的所有污物，如油脂、油漆、锈迹和氧化皮及其他污垢等。其中，有代表性的是油脂和锈迹，故简单地说，净化处理的关键是除油和除锈。除油的方法很多，主要的是溶剂清洗、水基清洗剂清洗，碱液（和酸液）清洗、电解清洗、乳化液清洗、超声波清洗、超临界二氧化碳清洗及加热脱脂等；除锈的主要方法则有化学除锈、点化学除锈、火焰除锈、机械除锈（喷砂、滚光、手工及及机动工具除锈）等。 （3）粗化处理目的是增加涂层与基材间的接触面，增大涂层与集采的机械咬合力，使净化处理过的表面更加活化，以提高涂层与基材的结合强度，同时基材表面粗化还改变涂层中的残余应力分布，对提高涂层的结合强度也是有利的。粗化处理的方法有喷砂、机械加工（如车螺纹、滚花）、电拉毛和宏观粗化等，其中喷砂处理是最常用的粗化处理方法。 （4）黏结底层是在喷涂一些与基材粘结不好的涂层材料时，先选择一种与集体材料粘结好的材料喷涂一层过渡层，以加强涂层与基体的结合。常用作黏结底层的材料有Mo、NiAl 、NiCr及铝青铜等，底层的厚度一般是0.08~0.18 μm。 净化和粗化表面的方法很多，选择应根据基材的材质、形状。厚度、表面原始状况和涂层的设计要求以及施工条件等因素而选择。 2.预热 预热的目的是为了消除工件表面的水分，提高喷涂时涂层/基体界面的温度，减少基材与涂层材料的膨胀差异造成的残余应力，以避免由此导致的涂层开裂和改善涂层与基体结合强度。预热温度取决于工件的大小，形状和材质以及基材和涂层材料的热膨胀系数等因素，一般控制在60~120℃范围。其实预热还不能算作一个独立的工序，实际上它是喷涂的预备操作，有时也把它算入预处理之内。 3.喷涂 这是整个热喷涂工艺的主体和关键工序，其他的工序都是为保证此而进行的。喷涂的操作主要是选择喷涂方法和喷涂参数。喷涂的方法有多种，而且目前还在发展，采用何种喷涂方法