[发明专利]一种热喷涂涂层最大硬度的预测方法

说明书

本发明提供一种热喷涂涂层最大硬度的测试方法，选用粉末状颗粒、丝材或棒材作为热喷涂的原料，利用与涂层相同喷涂参数的扁平粒子的硬度预测涂层最大硬度；采用光学显微镜以及扫描电子显微镜观察涂层以及扁平粒子的微观形貌，根据扁平粒子形貌确定其表面无微缺陷，根据涂层形貌确定其表面的孔隙率；在涂层上抽取多个测试点，利用显微硬度计进行硬度测量并记录硬度值，在扁平粒子上抽取多个测试点，利用纳米压痕仪进行硬度测量并记录硬度值；通过比较涂层与扁平粒子的硬度值，确定两者的硬度的波动区间，判断扁平粒子硬度与涂层硬度的差值范围，即涂层硬度的上升限度。可应用热喷涂制备的多种材料涂层最大硬度的预测，操作需求简单，适用范围广。

技术领域

本发明涉及的是一种热喷涂涂层最大硬度的预测方法，属于表面工程领域。该发明提出将扁平粒子视为无微缺陷的涂层，利用其纳米硬度预测无微缺陷涂层的硬度，即热喷涂涂层的最大硬度。

背景技术

热喷涂技术是一种在基体上沉积涂层，以提高基体耐腐蚀、耐磨损及耐高温等性能的表面防护技术。喷枪内热源将粉末状颗粒高温熔化成熔滴高速射向基体表面，热量传导使熔滴冷却凝固，此领域研究通常将凝固产物称为“扁平粒子”。热喷涂过程中，由于最终涂层是由扁平粒子逐层堆积形成的，大量研究通常将扁平粒子作为构成涂层的基本单元。有很多研究指出，涂层的性质很大程度上取决于扁平粒子的状态以及基本性质。

生产过程中衡量涂层质量的指标存在很多，其中硬度是定量判定质量的重要指标之一。目前，对于涂层硬度的研究主要涉及到喷涂条件、原料粉末和基体条件对硬度的影响，以及如何有效控制条件提高涂层的硬度。然而，研究测量的涂层都存在一定的孔隙率，这导致在其硬度测量过程中不能得到无微观缺陷涂层的硬度，不能明确特定的喷涂材料的本征硬度的大小，不能确定喷涂涂层通过改善微观缺陷提升硬度的限度，针对这一问题，本发明提出一种利用热喷涂扁平粒子的纳米硬度预测涂层最大硬度的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种热喷涂涂层最大硬度的测试方法，通过热喷涂扁平粒子的硬度来评价热喷涂涂层可达到的最大硬度，确定热喷涂材料的本征性质，为提高涂层硬度提供依据。

本发明提出的热喷涂涂层最大硬度的预测方法通过以下技术手段实现：

一种热喷涂涂层最大硬度的预测方法；步骤如下：

1)、选用粉末状颗粒、丝材或棒材作为热喷涂的原料，利用与涂层相同喷涂参数的扁平粒子的硬度预测涂层最大硬度；

2)、采用光学显微镜以及扫描电子显微镜观察涂层以及扁平粒子的微观形貌，根据扁平粒子形貌确定其表面无微缺陷，根据涂层形貌确定其表面的孔隙率；

3)、在涂层上抽取多个测试点，利用显微硬度计进行硬度测量并记录硬度值，在扁平粒子上抽取多个测试点，利用纳米压痕仪进行硬度测量并记录硬度值；

4)、通过比较涂层与扁平粒子的硬度值，确定两者的硬度的波动区间，判断扁平粒子硬度与涂层硬度的差值范围，即涂层硬度的上升限度。

所述热喷涂参数一般采用喷涂所用材料常用的参数，使得颗粒能够熔化；制备扁平粒子时需要在基体上增加网状隔离物，获得单个的扁平粒子。

优选等离子喷涂的参数为电流500～600A、电压60～70V、送料速率1.0～2.0r/min、喷涂距离80～120mm，基体采用铜板或镍基合金板。

优选光学显微镜观察扁平粒子的倍数一般采用50～100倍，扫描电子显微镜观察涂层的倍数一般采用100～500倍，观察扁平粒子的倍数一般大于10000倍。

利用显微硬度计进行硬度测量并记录硬度值，测量条件优选为载荷500gf，载荷升至500gf后持续时间10～15s。

利用纳米压痕仪进行硬度测量并记录硬度值，测量条件优选为载荷4mN，载荷升至4mN后持续时间10～15s。