結(jié)合強度是評價熱噴涂涂層質(zhì)量的重要指標之一,直接影響裝備零部件的服役安全與壽命。由于涂層本質(zhì)上是由大量高速飛行的熔融態(tài)噴涂粒子撞擊基體迅速鋪展凝固、逐層堆垛所形成的,無法在基體界面形成微熔池或有效的元素擴滲,因而涂層/基體界面通常以機械結(jié)合為主,冶金結(jié)合的含量則相對較少。分別從基體表面粗化預(yù)處理、原位元素擴滲及重熔后處理三個角度,詳細綜述不同處理工藝對涂層/基體界面機械與冶金兩種結(jié)合機理提升的影響規(guī)律。結(jié)果表明,粗化后的基體能夠增加界面錨合、嵌合及咬合的機械結(jié)合程度,同時增大熔滴與基體表面的潤濕程度,減小界面裂紋及熱應(yīng)力;通過調(diào)節(jié)粒子飛行特性（包括速度、熔融狀態(tài)、物相成分、幾何結(jié)構(gòu)、空間分布等）與基體表面狀態(tài)（溫度、化學(xué)成分等）等,降低撞擊基體后的凝固速度,促進界面元素擴滲,有利于形成微冶金結(jié)合;原位激光輔助噴涂及各類重熔后處理技術(shù)則可以通過引入的熱源,進一步促進涂層內(nèi)各組元的充分混合、消除微裂紋及孔隙等結(jié)構(gòu)缺陷、調(diào)控整體熱應(yīng)力,提升涂層結(jié)合強度。 

【文章來源】：機械工程學(xué)報. 2020,56(10)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：14 頁

【部分圖文】：

不同壓力條件下基體噴砂處理后截面形貌

圖1 不同壓力條件下基體噴砂處理后截面形貌噴砂粗化效果的主要影響因素包括：砂礫材料、粒徑、噴砂角度、距離、壓力、時間等多種因素。從圖3的模擬結(jié)果可以看出，隨著基體表面粗糙度的增大，飛行熔滴在撞擊基體之后逐漸發(fā)生飛濺現(xiàn)象，并且可能在界面形成一定的小氣孔，不利于涂層/基體界面潤濕，因而并非基體表面粗糙度越大就越有利于結(jié)合強度的提升[8]。MOHAMMADI等[9]研究了Ti-6Al-4V表面粗化效果對HA涂層結(jié)合強度的影響，分別通過射吸式和壓入式兩種方法，選用不同粒徑的Al2O3和SiO2進行粗化，結(jié)果表明適當(dāng)增大表面粗化程度，一方面可以形成錨鉤效應(yīng)，另一方面可以增加熔滴撞擊基體時的接觸面積，增加冷卻速度，因而易在首層粒子中形成非晶相以及降低殘余應(yīng)力，從而達到增大結(jié)合強度的效果。SEN等[10]通過調(diào)整噴砂壓力和粒徑對碳鋼進行粗化，并分別研究了基體表面粗化效果對爆炸噴涂Cu、Al2O3、WC-12Co涂層結(jié)合強度的影響，結(jié)果表明，基體表面粗糙度并非越高越好，噴砂壓力過大時會使得基體表層變得“疏松”，因而較好的粗化效果應(yīng)當(dāng)是使結(jié)合界面具有適當(dāng)?shù)拇植诙�，同時獲得具有一定傾角的微觀峰谷。

由于噴砂粗化過程相對較為隨機，并不一定能夠完全按照設(shè)計意圖得到合適的粗糙峰谷，同時噴砂過程容易在新鮮的基體表面產(chǎn)生粉塵等污染，因而近年來有學(xué)者提出采用潔凈度更高、靈活性更強且對基體亞表面損傷程度更小的激光織構(gòu)化方法提高涂層的結(jié)合強度[11-12]。通過高能激光束輻照基體表面，使表層材料迅速熔化甚至汽化形成凹坑，而汽化部分的蒸汽柱則會對熔融態(tài)的材料形成較強的反向沖擊壓力，從而將部分材料驅(qū)使至凹坑周圍形成堆積物，進一步增加織構(gòu)圖案的粗糙度，其原理示意圖如圖4所示[13]。圖5為不同形狀的典型織構(gòu)化圖案形貌，可以看出，根據(jù)基體材料性質(zhì)的差異，調(diào)整激光輻照工藝參數(shù)，設(shè)計出不同傾角、直徑、深度、密度及形狀的織構(gòu)化圖案，并研究其對涂層/基體界面結(jié)合行為的影響規(guī)律逐漸成為這一領(lǐng)域較為熱點的研究方向[14]。圖4 凹坑及其堆積物形成機理

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3280425