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涂层性质的界定及其测试方法 贾永昌 (北京廊桥表面技术发展有限公司100089) 【提要】 本文粗略地介绍了涂层性质的评价及其测试方法；涂层功能对其性质的界定与要求。指出：涂屡的性质 与功能是其应用的考量依据。 【关键词】 涂层性质、涂层功能、测试方法 l、导言 随着机械设备面临越来越大的工作负荷与运转速度，加之高温与强介质腐蚀的工况条件，已使机 件的节材、减小磨损及控制腐蚀成为当务之急，而热喷涂作为表面涂镀的一个重要方法，近十几年来 在全球获得飞速发展。 然而。对于涂层结构及性质进行特殊而有效的评价方法，则缺少系统的研究与扩充，这就阻止了 涂层更广泛的应用。这种情况，不仅导致喷涂方法的最佳化出现困难，而且使涂层的可靠性产生疑点。 好在这种现象已开始得到纠正。目前，涂层检测技术已成为现代表面工程学的一个组成部份，并被纳 入独立的实验领域，赋予它一种明确的研究目标和特殊的技术，正成为明确而完整的一门学科。 2、材料一体化概念 对涂层性质的评价已突破了先前的传统概念，它涉及到喷涂工件、涂层以及二者的关联性质。亦 即，现代表面技术与工程是把材料的表面与基体作为一个统一体系，并反映到工件的强度、可靠性与 耐久性的综合特性。人们发现，涂层对产品结构强度的影响要比理论计算复杂的多，它不能单靠涂层 性质和其结构的研究就得到解决。例如，当对一根轴的表面实施涂层后，伴随而来的是工件断裂强度 的陡降，增大了工件脆性失效的可能性，于是发现沉积涂层也许是不利的；而同一种喷涂方法喷同一 种材料，对于不同钢种基体所允许的涂层厚度则相差甚远。从而，在对某种产品实施涂层时，必须考 虑到涂层的特殊性质对基体的可靠性，耐久性及强度的影响，涂层与基体应被视为一个结构实体，而 对这一实体所进行的研究方法，也分为两大部份：涂层试验及被喷涂基体的材料试验，每一部份都包 括性质及结构的研究评定。 3、结构分析及性质测定 以被喷涂的基体材料与实施的涂层为考察对象，对所涉及到的各种结构及性质，以及它们的原则 上的评定方法，列入图1。 从根本上讲，涂层方法(包括工艺参数)与喷涂材料决定了涂层性质，而其物理性质及机械性质 是涂层最基本的特点，接下来，则是涂层内应力、内聚强度、涂层与基体之间的结合强度，再者，则 是对基体—馀层组成的结构系统进行特定的性质试验，包括抗磨损、保持特性、动静态抗裂性、耐疲 劳性等项性质，由这些性质组合成涂层系统的特定性能，并在某种工况条件下加之经济因素，综合构 成涂层的功能。 图2列出了涂层性质、功能及应用的大体关系。 155 图2涂层性质、功能及应用的关系 基体 工艺变量 应用 不同的涂层功能对涂层性质提出不同要求，因此，每一种功能都对应着必须检测的试验项目。表l 列出了不同涂层功能所应进行的性质检测项目，这些项目以图l所给出的英文字母与数字的组合代之。 4、涂层硬度的评析 涂层硬度是所有材料机械性质中应用最广泛的一种。它反映了一种综合的机械性质，并涉及到新 生涂层的质量、基体表面变化、涂层截面结构的异向性、涂层的磨损行为、结合强度及微观脆性等。 硬度值的物理意义随测试方法的不同而异。压入法硬度值是表征材料表面局部体积内抵抗另一物 体压入时变形的能力。它又分静载和动载。分类如下： 刀静载压入法：布氏、维氏、洛氏、努氏硬度等。 (1)压入法 Y动载压入法(回跳法)：肖氏、理氏硬度法等。 (2)刻划法：莫氏硬度法等 布氏与维氏的试验原理大体相同，都是以压痕单位表面上承受的载荷作为硬度计算指标，维氏采 用的压头是金刚石四方维体，布氏则是钢球；而显微硬度实质上就是小载荷的维氏硬度试验；洛氏硬 度是根据压头压痕的塑性变形深度来衡量硬度，它采用不同标尺与压头，可测量从极软到极硬的各种 材料的硬度，不存在压头变形问题，但不同标尺测定值无法进行统一比较，表面洛氏硬度克服了洛氏 硬度施加压力大而不宜测定薄硬化层的缺点。它的总载荷