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熱噴涂涂層質(zhì)量評估:金相制備方案的精細(xì)化操作指南

時間:2024/10/17閱讀:188
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熱噴涂涂層的應(yīng)用是為了改善基體材料的抗氧化、抗腐蝕、抗表面磨損和抗燒蝕能力,因此,該技術(shù)廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域和電力生產(chǎn)行業(yè),尤其在發(fā)動機(jī)制造方面,熱噴涂技術(shù)更是關(guān)鍵。

其原料通常以粉末或金屬絲的形式存在,對其進(jìn)行加熱使其部分或全部熔化,并以高速噴射向基材使得顆粒在撞擊時發(fā)生變形,在此過程中,顆粒發(fā)生凝固并機(jī)械結(jié)合到基材表面。

為了準(zhǔn)確評估涂層金屬部件的性能,對其顯微組織進(jìn)行金相檢驗至關(guān)重要。


由于一些涂層的脆性本質(zhì)和孔隙的存在,涂層的硬度與基體存在很大的差異。

這可能導(dǎo)致在金相制備過程中無法顯示出真實的顯微組織,或者引入假象,從而對涂層特性作出錯誤的判定。

因此正確的制備方案至關(guān)重要,以確定涂層與基底界面的質(zhì)量、孔隙度、未熔化顆粒及氧化物的分布、涂層厚度以及其它涂層特性。

 


 

 

金相制備方案

 

 

 

 

01

取樣/切割

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精確的切割技術(shù)及正確的處理步驟是熱噴涂試樣研究和應(yīng)用的重要基礎(chǔ)。

為了確保切割效果及試樣質(zhì)量,對于不同類型的熱噴涂試樣,應(yīng)采用帶有金屬粘接的金剛石薄片或超薄氧化鋁砂輪片的精密切割機(jī)。

在切割過程中,切割方向應(yīng)垂直于試樣的軸線,從涂層側(cè)切向基底側(cè),這樣能夠有效降低對涂層的損傷。

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熱噴涂涂層的正確切割

此外,對于多孔性涂層或易碎涂層,為了防止在切割過程中造成進(jìn)一步的損壞,建議通過真空浸滲的方式在其表面涂覆環(huán)氧樹脂。

這一處理能夠在切割時提供額外的保護(hù),從而有效延長試樣的使用壽命。

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最后,每一塊切下的試樣在后續(xù)處理之前,必須經(jīng)過清洗。

可將其放置于丙酮中進(jìn)行清洗,并在鑲嵌前在 70°C 的烘箱中干燥 5 分鐘。

 

 

 


 

02

鑲嵌

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正確的鑲嵌方式可以防止涂層在研磨和拋光工序中受到損壞,同時提供必要的邊緣保護(hù)。

根據(jù)不同的制備需求,金相鑲嵌通常分為兩大類:加壓成型和可澆注環(huán)氧樹脂,也就是我們常說的熱鑲和冷鑲。

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盡管一些涂層可以通過加壓成型的方法進(jìn)行鑲嵌,但近年來,可澆注環(huán)氧樹脂逐漸成為優(yōu)選方法。

這是因為加壓成型通常伴隨高壓和高溫,可能對易碎的涂層造成不可逆的損害。

而可澆注環(huán)氧樹脂具有更好的兼容性,能夠在較低的壓力和溫度下進(jìn)行鑲嵌,確保涂層的完整性。

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適用于金相鑲嵌的環(huán)氧樹脂如EpoKwick和EpoThin,能夠為試樣提供良好的保護(hù)。

同時搭配SimpliVac真空鑲嵌機(jī),能夠使樹脂填入涂層表面的孔隙并提高鑲嵌樹脂的保邊性能。

 

 


 

 

 

03

研磨&拋光

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粗磨

首先粗磨階段是為后續(xù)關(guān)鍵的試樣無損傷階段做準(zhǔn)備。

除了產(chǎn)生平坦的表面外,粗磨還需要去除由于切割而產(chǎn)生的變形。

在這個階段中,使用粗碳化硅砂紙或金剛石磨盤可以將熱噴涂涂層試樣磨削成平面。

其中金剛石磨盤具有較高的材料去除速率,同時可以避免涂層產(chǎn)生嚴(yán)重的損傷。

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細(xì)磨

接下來要進(jìn)一步細(xì)化劃痕,和去除磨平階段產(chǎn)生的變形。

當(dāng)這一制備階段完成后,涂層和基底應(yīng)當(dāng)沒有損傷。

可以使用越來越細(xì)的碳化硅砂紙,但步驟多且需要頻繁更換。

建議通過拋光步驟,在硬的聚脂織物拋光布(UltraPad)上使用金剛石懸浮液(9微米),可以保持平面度,并去除表面變形。

再使用3微米金剛石懸浮液進(jìn)一步去除上一道工序留下的細(xì)小劃痕。
 

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終拋

最終拋光階段采用非常細(xì)的磨料(小于1微米),并且只去除很少量的材料。

因此,這些磨料無法去除之前工序沒有除去的較大的表面損傷或變形。

長絨毛織物拋光布在拋光過程中會產(chǎn)生選擇性的磨削作用,如果拋光時間過長,就會在硬涂層上產(chǎn)生明顯浮凸和邊緣圓角。

可以使用更合適的ChemoMet拋光布搭配和氧化物即可獲得無劃痕、無變形的表面。

 

 

 

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碳化鎢涂層

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氧化鋯面層+MCrAlY粘結(jié)層+316不銹鋼基底

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結(jié) 語

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采用合適的制備方案可以使熱噴涂涂層和基底產(chǎn)生始終如一的良好結(jié)果。

拋光完成后的表面將顯露出涂層和基底界面的真實組織、孔隙度和未熔顆粒狀態(tài)、是否有氧化物、以及涂層尺寸。

這些信息可以使評估者對涂層的顯微組織特征有一個準(zhǔn)確的概念,從而對涂層質(zhì)量做出判斷。

切割、鑲嵌及磨拋過程都可能影響對航空熱噴涂層的評定,尤其是孔隙率和涂層尺寸的測量,因此需要根據(jù)每一個樣品的具體情況,找到合適的制備方法。

 

 

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