技 術 評(píng) 論(lùn) —— 運用(yòng)顯微組織分析解決實(shí)際問題熱(rè)噴塗塗(tú)層(céng)的(dí)製(zhì)備(bèi)
作(zuò)者(zhě)：George Vander Voort
熱(rè)噴塗(tú)塗層金(jīn)相(xiāng)
熱(rè)噴(pēn)塗(tú)塗(tú)層(céng)的(dí)應(yīng)用是為了(liǎo)改(gǎi)善基體(tǐ)材(cái)料的抗(kàng)氧化，抗腐(fǔ)蝕，抗表(biǎo)麵磨損(sǔn)和抗燒蝕(shí)能(néng)力。有(yǒu)塗層金(jīn)屬部件(jiàn)的準確表征(zhēng)要(yào)求(qiú)對其(qí)顯(xiǎn)微(wēi)組(zǔ)織進行金(jīn)相檢驗。塗層(céng)的厚度範(fàn)圍從 0.002 至 0.060英(yīng)寸  （0.005 至  1.5mm）  並(bìng)用不同的噴塗技(jì)術和參數(shù)沉積到(dào)基(jī)底上。必須用(yòng)金(jīn)相(xiāng)製(zhì)備(bèi)技術準確地確定顯微組(zǔ)織(zhī)特性。由(yóu)於(yú)一(yī)些塗層的脆性(xìng)本(běn)質(zhì)和(hé)孔隙(xì)的存在(zài)並(bìng)在(zài)塗層(céng)構成了很(hěn)不(bù)相(xiāng)同的硬(yìng)度，在金(jīn)相製備(bèi)中總是(shì)有(yǒu)可能無法顯示(shì)出真實的顯微組(zǔ)織(zhī)或(huò)引(yǐn)入假象(xiàng)，從而(ér)對(duì)塗(tú)層(céng)特性(xìng)作(zuò)出(chū)錯(cuò)誤的詮(quán)釋。光(guāng)學顯微(wēi)技術(shù)為一(yī)塊經過正確製(zhì)備的塗層(céng)試樣(yàng)提供(gōng)了(liǎo)一種評估手段，以確定(dìng)或(huò)測定 塗(tú)層(céng)/基底界麵的質(zhì)量，孔 隙度，未(wèi)熔化(huà)顆(kē)粒(lì)及氧(yǎng)化物(wù)的分布，塗(tú)層厚(hòu)度，以及其它(tā)塗層(céng)特性，各個實驗室(shì)為(wéi)了對(duì)熱噴(pēn)塗(tú)試樣進(jìn)行顯微(wēi)組織評估(gū)而使(shǐ)用(yòng)的金(jīn)相製備(bèi)技(jì)術(shù)不盡(jìn)相(xiāng)同，這一(yī)差異往(wǎng)往(wǎng)會(huì)造成勉強合格的(dí)結(jié)果(guǒ)。這(zhè)些(xiē)技術(shù)包括在粗磨和細(xì)磨(mó)階(jiē)段，碳化(huà)矽砂紙(zhǐ)，固定或半(bàn)固(gù)定(dìng)金剛石(shí)的(dí)使(shǐ)用(yòng)。粗拋光階(jiē)段(duàn)是在無絨毛織物(wù)上使(shǐ)用分(fēn)級係列(liè)的金剛石膏(gāo)或(huò)懸(xuán)浮(fú)液。對於(yú)zui終(zhōng)拋(pāo)光階段，則在(zài)有(yǒu)絨毛或(huò)無(wú)絨(róng)毛的(dí)織物上(shàng)使用細金剛石(shí)膏(gāo)或懸浮(fú)液，或使用小(xiǎo)於 1 微(wēi)米的(dí)氧(yǎng)化(huà)鋁粉。如(rú)果(guǒ)在(zài)使用以(yǐ)上(shàng)任何(hé)消(xiāo)耗(hào)品或製備表麵(miàn)時采用不恰當的技術都(dū)會產生不夠(gòu)的結(jié)果(guǒ)。
圖 1。典型(xíng)的塗層截麵組織，圖中示出氧(yǎng)化物和夾雜(zá)物(wù)的層狀(zhuàng)組織(zhī)
本期標樂公司(sī)的(dí)《技術(shù)評論》是(shì)為(wéi)了給(gěi)讀者提(tí)供(gōng)能(néng)夠始(shǐ)終(zhōng)如一地準(zhǔn)確對(duì)塗層(céng)進行(háng)表征的熱噴(pēn)塗(tú)塗層金相(xiāng)製備(bèi)步驟的(dí)信息。

金(jīn)相(xiāng)試(shì)樣製(zhì)備
取樣(yàng)/切(qiē)割
對(duì)於不(bù)同類(lèi)型(xíng)的熱(rè)噴塗試(shì)樣，應當使(shǐ)用帶(dài)有金屬粘(nián)接的(dí)金剛石薄片(piàn)或超(chāo)薄(báo)氧化(huà)鋁砂(shā)輪片的(dí)精密(mì)切(qiē)割(gē)機沿著垂(chuí)直(zhí)於試樣軸(zhóu)的方(fāng)向(xiàng)進行切割(gē)。試樣應當用台鉗夾緊(jǐn)，其位(wèi)置應使切割(gē)片從塗層一(yī)側進入而從基(jī)底(dǐ)一側出去，這(zhè)樣(yàng)就(jiù)顯著減小(xiǎo)了塗層的(dí)損(sǔn)傷(shāng)。圖(tú) 2 示(shì)出(chū)在切割熱(rè)噴塗塗層時(shí)所(suǒ)建(jiàn)議的(dí)切割(gē)片(piàn)轉動方(fāng)向(xiàng)，試(shì)樣(yàng)位置(zhì)，及(jí)試(shì)樣(yàng)類(lèi)型。通過(guò)真空(kōng)浸(jìn)滲(shèn)可以使(shǐ)多孔(kǒng)性(xìng)塗(tú)層(céng)或易碎塗層上有一
薄(báo)層的環氧(yǎng)樹脂可以避免(miǎn)在切(qiē)割(gē)時(shí)造(zào)成(chéng)損傷。表 1 給出(chū)切(qiē)割(gē)參數(shù)。每一(yī)塊切下(xià)的試樣都應(yīng)當放在丙酮中(zhōng)*清洗並(bìng)在(zài)鑲嵌(qiàn)前在 70°C 的烘(hōng)箱(xiāng)中(zhōng)幹燥(zào) 5 分(fēn)鐘。 鑲嵌可以(yǐ)保(bǎo)護(hù)塗層(céng)免受(shòu)破(pò)壞並在磨光和(hé)拋光(guāng)工序時提(tí)供(gōng)邊(biān)緣(yuán)保(bǎo)護(hù)。金相(xiāng)鑲嵌可分(fēn)為兩(liǎng)類，即加壓成型(xíng)和(hé)可(kě)澆(jiāo)注環氧(yǎng)樹(shù)脂。盡管有一(yī)些塗層可以采用(yòng)加壓(yā)模(mó)式鑲(xiāng)嵌，可澆注環氧(yǎng)樹(shù)脂已經成為優先考(kǎo)慮(lǜ)的鑲(xiāng)嵌方法。這(zhè)種方法
沒(méi)有會給(gěi)易(yì)碎(suì)塗(tú)層帶來損(sǔn)傷的(dí)高壓和(hé)高(gāo)溫。EPO-KWICK ,  環(huán)氧化物或EPO-THIN 均適於進行(háng)正(zhèng)確的鑲嵌。每一塊試樣(yàng)應(yīng)當(dāng)放在真空浸滲係統(tǒng)中(zhōng)，容器(qì)內(nèi)應抽真(zhēn)空至26 英寸汞(gǒng)柱  （約(yuē)合 88  kPa）。然後將環(huán)氧樹脂(zhī)澆入(rù)每一個SAMPL-KUP 中(zhōng)並(bìng)保(bǎo)持 5-10 分鐘以(yǐ)使(shǐ)其(qí)浸(jìn)滲到(dào)塗層(céng)的(dí)敞(chǎng)開孔隙(xì)中。圖 3 為(wéi)兩(liǎng)種鑲嵌(qiàn)方法(fǎ)的示意(yì)圖並給(gěi)出每(měi)種方(fāng)法(fǎ)建(jiàn)議(yì)使用的塗層(céng)類型(xíng)。

磨(mó)成(chéng)平(píng)麵(miàn)階(jiē)段(duàn)
這個*階段是為隨(suí)後(hòu)關鍵的(dí)試樣無(wú)損傷階段做準備。由(yóu)於(yú)它除了(liǎo)產生平(píng)坦(tǎn)的表(biǎo)麵外(wài)，還要去除(chú)由(yóu)於(yú)切割而(ér)產(chǎn)生(shēng)的變形層，因此它(tā)對(duì)於整個試樣製備過(guò)程的成功與(yǔ)否有(yǒu)重大的影響。一旦(dàn)這一階段恰(qià)當地完成，隨後的工序就不多(duō)了(liǎo)。每一道工序(xù)產(chǎn)生的損傷必(bì)須能(néng)在(zài)隨後的工序(xù)中 除(chú) 去 。 使 用 粗(cū) 碳 化(huà) 矽(guī) 砂 紙(zhǐ) （ 粒(lì) 度 為 120 或  180 ） 或 固 定(dìng) 的  45  微 米 金 剛 石 磨 盤(pán)（ULTRA-PREPP）可 將(jiāng)熱噴塗塗(tú) 層(céng)試 樣磨(mó)成 平麵 。每一(yī) 種(zhǒng)磨 料(liào)都可以(yǐ)在短時間內(nèi)產生(shēng)平(píng)坦(tǎn)的表(biǎo)麵。固(gù)定的(dí)金剛(gāng)石(shí)磨盤(pán)能產生高(gāo)的材料(liào)去除速(sù)率(shuài)，而碳化(huà)矽砂紙的作用就(jiù)沒(méi)有這麼(mó)大。正(zhèng)確(què)的選擇磨製表(biǎo)麵(miàn)很重要，它(tā)可以使塗層避免產(chǎn)生(shēng)嚴重(zhòng)的(dí)損(sǔn)傷。在進(jìn)入(rù)下一階段以前(qián)，試樣必(bì)須(xū)*清(qīng)洗和(hé)幹(gān)燥。超聲(shēng)波清(qīng)洗並沒(méi)有普(pǔ)遍(biàn)被(bèi)采(cǎi)用，因(yīn)此使用(yòng)時間應(yīng)盡可(kě)能短(duǎn)，以避免導致損傷(shāng)。

試(shì)樣(yàng)無損傷階(jiē)段(duàn)
整個過程zui終是否(fǒu)成(chéng)功(gōng)取決(jué)於這個(gè)階段(duàn)將(jiāng)磨(mó) 平階段產(chǎn)生的變(biàn)形去 除(chú)並使(shǐ)表麵損(sǔn)傷大(dà)大(dà) 減(jiǎn)少(shǎo)的能力。當這一製(zhì)備(bèi)階(jiē)段完成(chéng)後，塗層和基底應當沒有損(sǔn)傷。表(biǎo) 2 及表(biǎo) 3 所(suǒ)示的兩種(zhǒng)方法(fǎ)使(shǐ)用(yòng)兩(liǎng)種(zhǒng)不同的磨料(liào)製備，二者都可(kě)以(yǐ)達到(dào)試樣無損(sǔn)傷的(dí)結(jié)果。使用(yòng)粒度愈(yù)來愈(yù)細的(dí)碳(tàn)化矽砂(shā)紙是有(yǒu)效(xiào)的，但成本(běn)高(gāo)。在硬(yìng)的(dí)聚脂織物（ULTRA-PAD ）上有效地使用(yòng)半(bàn)固(gù)定的多晶(jīng) （PC）金(jīn)剛石懸浮(fú)液(yè)（9 微(wēi)米(mǐ)）可(kě)以(yǐ)保持(chí)磨成平(píng)麵階(jiē)段(duàn)已建立的(dí)平(píng)麵(miàn)度(dù)並去(qù)除(chú)該(gāi)階段(duàn)產(chǎn)生(shēng)的表(biǎo)麵變形(xíng)。用表 3 列出(chū)的兩(liǎng)道(dào)試樣(yàng)無損傷工序取代(dài)表(biǎo) 2 中(zhōng)列出的 6 道(dào)碳化矽(guī)砂紙中的 5 道，在保持(chí)平(píng)麵(miàn)度遠為良(liáng)好的(dí)條件下又實(shí)際上消(xiāo)除了顯(xiǎn)微(wēi)組織(zhī)中(zhōng)的(dí)浮(fú)凸(tū)或表(biǎo)麵變形。用TEXMET 1000 織物(wù)和 3 微米(mǐ)多(duō)晶金(jīn)剛石懸(xuán)浮(fú)液可(kě)以很(hěn)容易(yì)地除去(qù)特(tè)細(xì)砂紙和半固(gù)定多晶金(jīn)剛(gāng)石 留下的細劃痕(hén)。

zui終(zhōng)拋(pāo)光(guāng)階段
zui終(zhōng)拋光階(jiē)段使用非常細(xì)的磨料(liào)（小(xiǎo)於(yú) 1 微(wēi)米）而(ér)且隻去除(chú)很(hěn)少量(liáng)的(dí)材料(liào)；因此(cǐ)，這些磨料無(wú)法去(qù)除(chú)以前諸工(gōng)序沒有(yǒu)除(chú)去的，相當大(dà)的(dí)表麵損(sǔn)傷(shāng)或變(biàn)形。旋轉的，帶絨毛(máo)的織物會產生(shēng)有選擇(zé)性的(dí)磨削作用(yòng)，如(rú)果拋光(guāng)時間過(guò)長(cháng)，就會(huì)在硬塗層上造成顯微組織浮(fú)凸和邊緣圓角(jiǎo)。如(rú)果磨(mó)成平麵(miàn)階(jiē)段和(hé)試樣(yàng)無損(sǔn)傷階(jiē)段都能正確地(dì)進(jìn)行，則zui終(zhōng)拋(pāo)光階(jiē)段所須時間較短，但卻能 非(fēi)常(cháng)有(yǒu)效(xiào)
地(dì)產生(shēng)沒有(yǒu)浮凸(tū)和邊(biān) 緣圓(yuán)角的(dí)幹淨(jìng)，無損傷的(dí)顯微組(zǔ)織(zhī)。 使用CHEMOMET 織(zhī)物(wù)和MASTERPREPP（0。05 微(wēi)米Al2O3）可以(yǐ)獲得(dé)無劃痕(hén)，無(wú)變形(xíng)的表麵。
圖(tú) 2。  熱噴塗(tú)塗(tú)層的(dí)正確切割
圖 3。  熱(rè)噴塗(tú)塗層(céng)的正確(què)鑲嵌(qiàn) 熱 噴 塗(tú) 塗 層 顯 微(wēi) 組 織 特(tè) 征
  
顯(xiǎn)微(wēi)組織評估(gū) 
不(bù)論(lùn)使用(yòng)傳(chuán)統(tǒng)的(dí)或新型的(dí)磨料和製備(bèi)表(biǎo)麵都 可(kě)以(yǐ)使多種(zhǒng)熱噴塗(tú)塗(tú) 層和基底產(chǎn)生(shēng)始終(zhōng)如(rú) 一(yī)的良好結(jié)果(guǒ)。拋光(guāng)完(wán)成後的(dí)表(biǎo)麵能顯露(lòu)出(chū)塗(tú)層--基底(dǐ)界麵的(dí)真實組(zǔ)織，孔(kǒng)隙(xì)度(dù)和未熔(róng)顆(kē)粒數(shù)量，是否有(yǒu)氧化(huà)物(wù)，以(yǐ)及(jí)塗層(céng)的總(zǒng)厚(hòu)度(dù)。這(zhè)些(xiē)信息(xī)可(kě)以(yǐ)使評估(gū)者對(duì)塗(tú)層(céng)的(dí)顯微組(zǔ)織特(tè)征(zhēng)有(yǒu)一個準確(què)的(dí)概念，從(cóng)而(ér)使(shǐ)他（她）能(néng)以(yǐ)更大(dà)的(dí)信心對(duì)塗(tú)層的(dí)質量做(zuò)出判(pàn)斷(duàn)。

結論  
使(shǐ)用當前(qián)技術(shù)發(fā)展水(shuǐ)平(píng)的磨料，製備表(biǎo)麵和(hé)設備(bèi)可(kě)以成功地完成(chéng)熱(rè)噴塗塗層各(gè)方麵的顯(xiǎn)微(wēi)組織(zhī)評估。半自動(dòng)和(hé)全自(zì)動製樣設(shè)備和與其配(pèi)套使(shǐ)用(yòng)的新(xīn)型，且(qiě)性能(néng)價格比高的磨(mó)料(liào)和製(zhì)備(bèi)表麵(miàn)可以為塗層(céng)特性評(píng)估製備出始(shǐ)終(zhōng)如(rú)一的，的無損(sǔn)傷(shāng)表麵。使(shǐ)用這種(zhǒng)設備和技術將使熱噴塗供(gōng)應(yīng)商，質(zhì)量鑒定實驗室(shì)以(yǐ)及zui終(zhōng)用(yòng)戶對於zui終產(chǎn)品(pǐn)具有高度(dù)的置信度。用(yòng)手工方(fāng)法製(zhì)備熱噴塗塗(tú)層(céng)需要(yào)具(jù)有(yǒu)特殊(shū)技能，高度熟(shú)練(liàn)的(dí)金(jīn)相技(jì)術人員(yuán)，這(zhè)樣才(cái)能始終如(rú)一地取得準(zhǔn)確的(dí)結果(guǒ)。由(yóu)於目前(qián)很(hěn)難(nán)找(zhǎo)到這(zhè)種人員，因(yīn)此(cǐ)不(bù)推薦(jiàn)采用(yòng)手工(gōng)方法製備。

問：怎樣(yàng)準(zhǔn)確(què)判(pàn)定塗層(céng)損傷(shāng)的起(qǐ)因？
答(dá)：不讓諸如“什(shí)麼時候會產生(shēng)損傷(shāng)”這(zhè)類問(wèn)題(tí)出現(xiàn)的辦法就(jiù)是(shì)在 27 英寸(cùn)（約 686 毫(háo)米 ）汞(gǒng) 拄(zhǔ)（約 合(hé) 91。4  kPa ）的(dí)真(zhēn) 空環(huán)境 中將整 個(gè)收 到(dào)的(dí)塗 層(céng)試(shì)樣 用可(kě)澆 注的 環氧樹 脂（ EPO-THIN 或環氧化物(wù)）封裝(zhuāng)起來 。這(zhè)一步驟(zhòu)可以(yǐ)在切(qiē)割操 作前將所有(yǒu)敞開(kāi)的孔隙， 空(kōng)洞 及(jí) 各(gè)種 缺(quē)陷(xiàn) 填(tián)好(hǎo) 。然 後(hòu)， 經過 預封 裝的 塗 層可(kě) 以使 用金 剛石(shí) 壓(yā)製(zhì) 切割(gē) 片（ 15HC ）在ISOMET 2000 或ISOMET 1000 型精密(mì)切割機(jī)上(shàng)進行(háng)切(qiē)割。如果(guǒ)在(zài)生(shēng)產(chǎn)型切割(gē)機上用(yòng)厚(hòu)的(dí)氧(yǎng)化(huà)鋁(lǚ)片(piàn)進行(háng)切割(gē)，即使試(shì)樣經(jīng)過(guò)預(yù)封裝(zhuāng)，也會(huì)造成局部過熱。因此(cǐ)，對於重(zhòng)要的評(píng)估(gū)工(gōng)作，不(bù)推薦用(yòng)這(zhè)種設(shè)備來切(qiē)割塗(tú)層(céng)。切下的試樣接著(zhuó)就(jiù)可以用(yòng)粒度(dù)愈來愈(yù)細的碳(tàn)化矽(guī)砂(shā)紙製備(bèi)，再用 3 微米多晶(jīng)金(jīn)剛石進(jìn)行(háng)粗(cū)拋光和(hé) 0。05 微米(mǐ)氧化鋁---MASTERPREP™進行zui終拋(pāo)光。這一步驟可(kě)以獲得(dé)將塗層真實(shí)本性顯(xiǎn)示(shì)出的(dí)可靠(kào)結果。

問：熱(rè)固性鑲嵌是(shì)否適用(yòng)於各(gè)種類(lèi)型熱(rè)噴塗(tú)塗層？
答：由於存(cún)在高溫  （150°C）  和高壓(yā)  （4200 英磅(bàng)/平方(fāng)英寸(cùn)，約(yuē)合(hé) 29 MPa），有(yǒu)可能對塗(tú)層(céng)造(zào)成 損(sǔn)傷。致(zhì)密(mì)的非陶瓷塗 層(céng)，如WC/Co， 或其(qí)它致密(mì)的金(jīn)屬(shǔ)塗層 可(kě)以成功地用壓力(lì)鑲(xiāng)嵌機(jī)進行鑲(xiāng)嵌(qiàn)而(ér)不(bù)會產(chǎn)生損傷。所(suǒ)有(yǒu)其(qí)他塗層都(dū)應當在(zài) 27 英寸(cùn)汞柱(zhù)（約(yuē)合 91。4 kPa）的(dí)真空(kōng)中用(yòng)可澆(jiāo)注環(huán)氧樹脂(zhī)（如環(huán)氧化物，EPO-KWICK  ,  EPO-THIN  , EPO-COLOR™）鑲嵌。可澆注(zhù)樹
脂(zhī)可(kě)以(yǐ)在(zài)較(jiào)低溫(wēn)度（75°F至(zhì) 170°F，約(yuē)合 24°C  至 77°C）和(hé)常(cháng)壓下(xià)固(gù)化，因此消除(chú)了(liǎo)塗層(céng)產(chǎn)生(shēng)損傷的(dí)可(kě)能性(xìng)，從而(ér)可(kě)以對(duì)塗層(céng)特性(xìng)進行準確的評估。

問(wèn) ：為(wéi)什麼有(yǒu)些熱噴塗 實(shí)驗室將(jiāng)塗(tú)層試樣(yàng)未 經切割的(dí)表麵(miàn)進(jìn)行(háng)鑲 嵌而不(bù)是(shì)用切下的表 麵(miàn)鑲嵌，這(zhè)樣(yàng)做(zuò)可(kě)以(yǐ)嗎(má)？  
答(dá)：在那些沒(méi)有(yǒu)精密金剛(gāng)石切割機(jī)的(dí)實驗(yàn)室，人們在(zài)切(qiē)割熱噴塗塗層試(shì)樣時才采(cǎi)用(yòng)這種辦(bàn)法。生產(chǎn)用切(qiē)割(gē)機(jī)由於使(shǐ)用厚的(dí)氧(yǎng)化(huà)鋁(lǚ)片，會(huì)在切(qiē)割過(guò)程中對塗層(céng)造(zào)成(chéng)過(guò)多(duō)的(dí)損傷(shāng)，因(yīn)此磨(mó)光時也(yě)需(xū)要(yào)去(qù)除(chú)過多的(dí)變(biàn)形。用(yòng)未經(jīng)切(qiē)割(gē)的表(biǎo)麵(miàn)進行鑲(xiāng)嵌，估計就是為了排(pái)除(chú)這一(yī)問(wèn)題。但(dàn)是這樣做會在(zài)磨成平麵階段中(zhōng)要(yào)除去(qù) 1--2 毫米的材料。新型(xíng)高速精密切(qiē)割機（ISOMET 2000 或(huò)ISOMET 1000）隻對塗層造成zui低限(xiàn)度的損(sǔn)傷(shāng)，從而使(shǐ)實(shí)驗室(shì)人員可以(yǐ)用切割麵來鑲(xiāng)嵌試(shì)樣。這兩(liǎng)種辦法都是可(kě)以接受的，但(dàn)是采用(yòng)金(jīn)剛(gāng)石(shí)精(jīng)密切(qiē)割(gē)機(jī)可以減少金相製備zui初(chū)階段所(suǒ)需的(dí)工作(zuò)量。