现代表面工程与技术概述

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现代表面工程与技术
Modern Surface Engineering and Technology
什么是表面工程？
表面工程是将材料的表面与基体一起作为一个系统进行设计，利用各种表面技术，使材料的表面获得材料本身没有而又希望具有的性能的系统工程。

表面技术概论
表面技术是直接与各种表面现象或过程相关的，能为人类造福或被人们利用的技术----宽广的技术领域。

一、使用表面技术的目的
1、提高材料抵御环境作用能力。

2、赋予材料表面功能特性。

3、实施特定的表面加工来制造构件、零部件和元器件。

途径：
表面涂覆：各种涂层技术（电镀、化学镀、热渗镀、热喷涂、堆焊、化学转化膜、涂装、气相沉积、包箔、贴片）。

表面改性：喷丸强化、表面热处理、化学热处理、激光表面处理、电子束表面处理。

二、表面技术的分类
按作用原理
原子沉积
电镀、化学镀、物理、化学气相沉积
颗粒沉积
热喷涂、搪瓷涂敷
整体覆盖
包箔、贴片
表面改性
按使用方法
电化学法
电镀、电化学氧化（阳极氧化）
化学法
化学转化膜、化学镀
真空法
物理、化学气相沉积、离子注入
热加工法
热浸镀、热喷涂、化学热处理、堆焊
其它方法
涂装、机械镀、激光表面处理
三、表面技术的应用
广泛性和重要性
广泛性
内容广
基材广
种类多
遍及各行业，用于构件、零部件、元器件，效益巨大重要性
•改善耐腐蚀、磨损、氧化、疲劳断裂、辐照损伤•提高产品长期运行可靠性、稳定性
•满足特殊要求（必不可少或唯一途径）
•生产各种新材料、新器件（在制备临界温度超导膜、金刚石膜、纳米多层膜、纳米粉末、纳米晶体材料、多孔硅中起关键作用；又是许多光学、微电子、磁性、化学、生物等功能器件研究和生产的基础）
在结构材料及构件和零部件上的应用
表面技术作用：防护、耐磨、强化、修复、装饰
在功能材料和元器件上的应用
制造装备中具独特功能的核心部件。

表面技术可制备或改进一系列功能材料及元器件
物理特性：
•光学
反射镜材料，防眩零件
•热学
散热材料，耐热涂层，吸热材料
•电学
表面导电玻璃，绝缘涂层
•磁学
磁记录介质，电磁屏蔽材料，磁泡材料
化学特性：
分离膜材料
在人类适应、保护和优化环境方面的应用
净化大气
原料、燃料→ CO2、NO2、SO2
措施：回收、分解
方法：制备触媒载体（钯炭、铂炭、钌炭、铑炭）
净化水质
制备膜材料，处理污水、化学提纯、水质软化、海水淡化
抗菌灭菌
TiO2（粉状、粒状、薄膜状）可将污染物分解
•当光照射半导体化合物时，并非任何波长的光都能被吸收和产生激发作用，只有能量E满足式(1)的光量子才能发挥作用。

•光子波长
h-普朗克常数，4.138×10-15 eV·s；
c-真空中光速，2.998×1017 nm/s
锐钛型TiO2的Eg = 3.2eV
•在TiO2粒子表面上，有还原作用；产生氧化作用。

在界面处的还原作用：
继续发生反应：
在界面处的氧化作用：
是强还原剂，可还原重金属离子：
（还原重金属离子为低价或零价）
是强氧化剂，可氧化降解有机物：
TiO2光催化材料的特性：
光催化活性高（吸收紫外光性能强；禁带和导带之间的能隙大，光
生电子和空穴的还原性和氧化性强）
化学性质稳定,对生物无毒
在可见光区无吸收，可制成白色块料或透明薄膜
光催化剂的纳米尺寸效应：
•量子效应
当半导体粒径是纳米尺寸时，导带和价带间的能隙变宽，光生空穴和电子的能量增加，氧化还原能力增强
•表面积效应
随着粒子尺寸减小到纳米级，光催化剂的比表面积大大增加，对底物的吸附能力增强
•载流子扩散效应
粒径越小，光生电子从晶体内扩散到表面的时间越短，电子和空穴的复合几率减小，光催化效率提高
纳米TiO2光催化剂的制备：
纳米TiO2光催化剂的应用：
环保方面的应用
•有机污染物的处理
•无机污染物的处理
•室内环境净化
卫生保健方面的应用
•灭杀细菌和病毒
活性超氧离子自由基和羟基自由基HO•能穿透细菌的细胞壁，进入菌体，从而有效杀灭细菌。

研究的范围包括TiO2光催化对细菌、病毒、真菌、藻类和癌细胞等的作用。

•抗菌材料
涂有TiO2纳米膜的抗菌瓷砖和卫生陶瓷用于医院、食品加工等场所
含纳米TiO2材料的假牙
新型的含纳米TiO2粉末的牙齿漂白剂
防结雾和自清洁涂层
光催化化学合成
纳米TiO2光催化技术的不足：
•光致电子和空穴对的转移速度慢，复合率高，导致光催化量子效率低
•只能用紫外光活化，太阳光利用率低
提高TiO2光催化性能的主要途径：
贵金属沉积
离子掺杂
今后研究重点：
•对纳米TiO2催化剂进行修饰，研制复合纳米TiO2催化剂，提高催化活性•加强采用自然光源和光催化剂固定技术的研究
•设计新型光催化反应器，提高光催化效率
生物医学
•医用涂层：
•方法：气相沉积、等离子喷涂
•例：金属上涂生物陶瓷---人造骨、人造牙
优化环境
调光、调温的“智慧窗”
方法：涂覆、镀膜
在研究和生产新型材料中的应用
例1：立方氮化硼
例2：超微颗粒材料
四、表面技术的发展
例1：表面涂覆技术的发展
涂料涂装：古老、重要
热喷涂：
例2：表面强化技术的发展
•表面热处理、化学热处理：战国，钢淬火
•喷丸强化：20世纪20年代出现，汽车工业→60年代后航空工业
•20世纪60年代，激光、电子束新热源
五、思考题
1、材料表面工程技术为什么能得到社会的重视获得迅速发展？
2、表面工程技术的目的和作用是什么？
3、纳米TiO2光催化剂的应用及提高TiO2光催化性能的主要途径有哪些？
第二章热喷涂
一、概述
二、热喷涂过程及涂层性质
定义：采用各种热源（氧-乙炔焰、电弧、等离子弧、爆炸波）使粉状或丝状固体材料（金属、陶瓷、金属-陶瓷复合材料、塑料）加热到熔融或半熔融状态，通过高速气流使其雾化，然后高速喷射、沉积到经过预处理（清洁粗糙）的工件表面形成涂层。

喷涂层形成过程
喷涂过程
涂层形成过程
由不断飞向基体表面的粒子撞击基体或涂层表面堆积而成
即，粒子的碰撞→变形→冷凝收缩
两粒子撞击时间间隔0.1s左右
隔0.1s 第二层薄片形成，逐渐成层状结构
粒子流的特点
粒子的飞行速度
与喷涂方法、喷涂材料的密度和形状、粒子的尺寸、飞行距离等有关。

飞行速度的大小影响粒子与基体表面碰撞时转换能量的大小、粒子的变形程度以及结合强度。

粒子的温度
若不考虑粒子与基体碰撞时动能转换为热能所引起的粒子自身温度的升高，那么粒子到达基体时的温度为其熔点。

喷涂粒子的最小尺寸
在一定的喷涂条件下，粒子的尺寸存在着最小的临界尺寸。

粒子质量越小，则其轨迹偏离初始流速直线方向就越多。

涂层的成分和结构
涂层的成分蒸发
氧化烧损
喷涂材料的成分涂层的成分
与粒子和喷涂气氛之间的化学反应有关
涂层结构
层状结构（变形粒子互相交错呈波浪式堆叠），性能具有方向性
孔隙或空洞（孔隙率1-15％），伴有氧化物夹杂
涂层结合机理
包括涂层与基体的结合、涂层内部的结合
涂层与基体的结合
机械结合
抛锚效应：粒子碰撞、变成扁平状并随基体表面的凹凸不平而起伏，这些覆盖并紧贴基体表面的液态薄片，在冷却凝固时收缩咬住凸出点而形成机械结合。

物理结合
范德华力的作用
冶金结合
金属间化合物或固溶体
涂层间的结合
机械结合为主，物理结合、冶金结合等也起一定作用。

涂层应力
冷却凝固时伴随着收缩，颗粒内部产生张应力，基体表面产生压应力。

厚度达一定值，涂层内的张应力超过涂层与基体的结合强度或涂层自身的结合强度，涂层破坏。

薄涂层耐用（最佳厚度不超过 0.5mm）。

热喷涂分类及特点
特点：
涂层材料取材范围广
金属、合金、陶瓷、塑料、尼龙、复合材料等
可用于各种基体
金属、陶瓷、玻璃、石膏、布、纸、木材等固体
可使基体保持较低温度、基材变形小
30~200℃、不变形
工艺灵活
可10mm内孔，也可大型构件；可大面积，也可局部；保护性气氛，也可现场作业
工效高、操作程序少、速度快
每小时几公斤~几十公斤
涂层厚度可调范围大
几十微米~几毫米
可得到特殊的表面性能
耐磨、抗氧化、耐热、导电、绝缘
成本低、经济效益显著
缺点：
①结合强度低；②材料利用率低；③热效率低；④均匀性差；⑤孔隙率高。

三、热喷涂工艺方法
火焰喷涂（Flame Spray）
线材火焰喷涂 (Wire Flame Spray)
丝材火焰喷涂的装置示意图
粉末火焰喷涂(Powder Flame Spray)
粉末火焰喷涂的装置图
金属粉
合金粉
碳化物粉
陶瓷粉
金属陶瓷粉
复合粉
“自熔”合金粉（含B、Si）
火焰喷涂优势：设备投资少，操作容易，设备可携带到现场施工，无电力要求。

（喷涂纯钼涂层的最好选择）
缺点：涂层氧含量较高，孔隙较多，结合强度偏低，质量不高。

最常用的火焰喷涂涂层材料及应用
电弧喷涂(Arc Spray)
在两根金属丝之间产生电弧，因电弧产生的热使金属丝逐渐熔化，熔化部分被压缩空气气流喷向基体表面而形成涂层。

电弧温度：5000-6000℃
优点（相对火焰喷涂）：
结合强度高1.5~2.0倍，喷涂效率高
含热量更大
粒子速度更快
应用：大型金属构件，成本低，一次性投资少，使用方便。

适合大面积长效防腐锌、铝涂层。

等离子喷涂（Plasma Spray）
•利用等离子焰流作热源，将喷涂材料加热到熔融或高塑性状态，在高速等离子焰流引导下高速撞击工件表面，并沉积在经过粗糙处理的工件表面形成很薄的涂层。

等离子焰温度10000℃以上，可喷涂几乎所有固态材料，金属和合金、
陶瓷、非金属矿物及复合粉末等。

等离子焰流速度1000m/s以上，粉粒180-600m/s，涂层致密性和结合强度比火焰喷涂及电弧喷涂高。

等离子气体的选择：
氮和氢是双原子气体，形成等离子体时有分解反应，在一定温度下其等离子体比由氩、氦等单原子气体的等离子体能量更高，所以廉价的氮气是等离子喷涂主要工作气体。

而氩气最易形成等离子体，对喷枪损耗较小，因此常用来引发等离子体。

氩气起弧后再加入氢、氦或氮等提高等离子体能量，或转用氮气喷涂。

氢和氦则主要作辅助气体，以改变等离子体的能量结构。

氢还可作喷涂中的防氧化剂。

原理：
由铜阳极嘴和钨阴极头（掺1~2%钍或铈）组成。

离子气从阴极流向阳极，经压缩从阳极喷出
外送式，在喷嘴之外的区域送入等离子焰；内送式，是用送粉管将粉末从喷嘴内部送到等离子焰
等离子喷涂的特点及应用：
•焰流温度高（最大优势），喷涂材料适应面广，特适合高熔点材料；
•涂层密度达理论密度的85~98%，真空喷涂可达95~99.5%；
•结合强度高（35~70MPa），涂层质量优于火焰喷涂。

应用：
耐磨涂层、固体自润滑涂层、耐蚀涂层、抗高温氧化、抗高温气流冲刷
涂层、导电涂层、绝缘涂层、磁性涂层
爆炸喷涂（Detonation Spray）
•将粉末注入喷枪的同时，引入氧-乙炔混合气体，将混合气体点火燃烧，造成气体膨胀而爆炸，释放出热能和冲击波。

热能使粉末熔融，冲击波使熔融粉末高速（约500-700）m/s射向工件表面，形成高结合强度和高致密度的涂层。

喷枪是一个长的水冷枪筒，开有进气门和送粉口
冲击波传播速度达3000米/秒，膜层具极强的结合力。

每次爆炸粉末在工件表面形成一个厚4-6μm，直径25mm的圆斑。

许多圆斑互相重叠，在工件表面形成一个完整、均匀的涂层。

特点及应用：
结合强度高，致密性好
喷速高，颗粒能量大，与基体撞击力强。

结合强度>50MPa。

例：Co-WC 100MPa, 等离子喷涂 30MPa。

气孔率一般小于1%（Co-WC气孔率0.5%）。

喷涂材料范围广
从低熔点的铝合金到高熔点的陶瓷，粉末10~100μm。

工件受热小，不变形
每次爆炸喷涂时间短，工件不会受连续加热。

温升小于100℃，不易相变和形变。

适于大尺寸工件
大气中完成，工件周围不需真空或其它保护气体，喷枪和工件均可采用移动工作方式。

喷涂效率低，运行成本相对较高
一般专用于含碳化物涂层的喷涂。

爆炸喷涂的应用
喷涂碳化物类陶瓷（如 Co-WC ，Ni-WC，NiCr-Cr3C2）
碳化物在高温时易分解，用等离子喷涂很难通过控制工艺参数来防止分解，而火焰喷涂层质量差，结合强度低。

爆炸喷涂温度低，可抑制碳化物分解，同时其超音速的喷射速度可保证获得高密度、高结合强度涂层。

超音速火焰喷涂(HVOF)
发展：与爆炸喷涂抗争
美国人J. Browning发明
1983年美国专利
气体：燃气(H2, C3H8, C3H4或C2H2-CH4-C3H8)+助燃气(O2)
→ 燃烧室混合→ 燃烧→ 高速通过膨胀管获得超音速
送粉气：Ar或N2
速度：喷口处，音速的4倍（1520m/s）,最高达2400m/s
到达工件时，550~1000m/s
质量：与气体种类、比例、流量，粉末粒度和流量等有关
特点：
应用：制备Co-WC、NiCr-Cr3C2涂层
几种热喷涂方法的比较
四、热喷涂工艺流程和质量控制
基体表面预处理
清洗、脱脂
氧化膜的处理
机械法：切削加工和人工除锈法
化学法：硫酸或盐酸酸洗
粗化处理
•喷涂前4～8h内进行。

喷砂
•冷硬铁砂、氧化铝砂、碳化硅砂等，根据工件表面硬度选择使用。

机械加工法
•对轴、套类零件，采用车螺纹、开槽等切削方法。

•对结合力要求不高的轴类工件，可车螺纹，形成粗糙表面。

预热处理
•涂层与基体表面的温差会使涂层产生收缩应力，引起开裂和剥落。

•预热温度不宜过高，以免基体表面氧化而影响结合强度。

非喷涂表面的保护
•根据形状和特点，设计简易保护罩（薄铜皮或铁皮）。

•对基体表面的键槽和小孔等不允许外物进入的部位，喷砂前用金属、橡胶等堵塞，喷砂后换上炭素物或石棉等，以防止熔融喷涂料进入。

热喷涂
后处理
封孔
多孔隙是热喷涂层的固有缺陷，孔隙度可从小于 1% 变到大于 15% ，或者更高。

孔隙可互相连接，甚至从表面延伸到基体。

封孔的作用
a.防止或阻止腐蚀介质浸入到基材表面；
b.用于密封的涂层防止液体和压力泄漏；
c.防止污染或研磨屑碎片进入涂层；
d.保持陶瓷涂层的绝缘性能。

常用封孔剂:
机加工
•热喷涂层表面较粗糙，对特定使用要求，需机加工以达到所要求的精度和粗糙度。

但涂层颗粒间主要是机械结合，磨削压力过大，单个颗粒可能脱出。

•仔细操作，加工工具（如金刚石砂轮）合适。

五、热喷涂用材
要求：
•首先，有较宽的液相区（使熔滴在较长时间内保持液相。

若高温下易分解或挥发，不适合。

•其次，喷涂材料形状与尺寸也有要求。

线材1～3mm，粉末1～100μm 。

线材用普通拉拔方法制造, 只有塑性好的才可制成线材。

粉末用雾化法制造, 制造简单、灵活。

金属
线材和粉末
粉末可按任何比例调配，组成复合粉，获得特殊性能涂层。

粉末表面积大，氧化程度高，推荐用线材。

线材
碳钢及低合金钢丝
•喷涂曲轴、柱塞、机床导轨等常温工作的机械零件滑动表面耐磨涂层及磨损部位修复。

不锈钢丝
•1Cr13、2Cr13、3Cr13马氏体钢：用于强度和硬度较高、耐蚀性要求不高的场合。

•1Cr17铁素体钢：抗氧化性酸、多数有机酸、有机酸盐。

•1Cr18Ni9Ti奥氏体钢丝：良好工艺性，在多数氧化介质和某些还原介质中有较好耐蚀性，用于喷涂水泵轴等。

铝丝
•钢铁保护涂层，抗高温氧化、导电和改善电接触的涂层。

锌丝
•钢铁件喷涂0.2mm锌，在大气、淡水、海水中保持几年至几十年不锈。

•锌中加铝可提高涂层耐蚀性，30％铝, 最佳。

•用于大型桥梁、铁路配件、钢窗、电视台天线、水闸门和容器等。

钼丝
•钼与碳钢、不锈钢、铸铁、镍、镁、铝及其合金形成牢固结合。

•钼可在光滑工件上形成1um冶金结合层，用作打底层。

如机床导轨喷涂钢，
钼作打底层增加钢涂层与基体结合强度。

•钼的摩擦系数小，用于喷涂活塞环和摩擦片。

锡及锡合金丝
•锡涂层耐蚀性高，用作食品器具的保护涂层，锡中砷含量≦0.015％。

•含锑和钼的锡合金丝摩擦系数低、韧性、耐蚀性和导热性好。

•用于轴承和其他滑动摩擦部件的耐磨涂层。

此外，锡可在熟石膏上喷涂制成
低熔点模具。

铅及铅合金丝
•铅,防X射线辐射，原子能工业中用于防辐射涂层。

•含锑和铜的铅合金丝涂层,耐磨和耐蚀，用于轴承和其他滑动摩擦部件。

•涂层较疏松，用于耐蚀时需封闭。

铅蒸气对人体危害大，喷涂时加强防护。

铜及铜合金丝
•铜：电器开关导电涂层、塑料和水泥等建筑表面装饰涂层；
•黄铜：修复磨损及超差工件，如修补有铸造砂眼、气孔的铸件，也作装饰涂
层。

加1％锡，改善耐海水。

•铝青铜：强度比黄铜高，耐海水、硫酸和盐酸，耐磨和抗腐蚀疲劳，作为打
底涂层，用于水泵叶片、活塞等。

•磷青铜：比其他青铜涂层更致密，耐磨，轴承等磨损部位修复，美术工艺品
装饰。

镍及镍合金丝
Ni-Cu合金
•用于水泵轴、耐蚀容器的喷涂。

Ni-Cr合金
高温下几乎不氧化，最好的耐热耐蚀材料，用于高温耐蚀涂层。

•镍铬耐热合金丝涂层致密，结合性好，用于A12O3、ZrO2等陶瓷涂层的打底层。

复合喷涂丝
•机械方法将两种或更多材料压制成。

•不锈钢、镍、铝组成的复合丝，改善涂层综合性能，致密。

•目前正扩大使用的喷涂材料，用于油泵转子、轴承、汽缸衬里和机械导轨的
喷涂；碳钢和耐蚀钢磨损件的修补。

粉末
自熔合金粉末
强烈的脱氧元素 Si、B，重熔中优先与合金粉末中氧和工件表面的氧化物作用，生成低熔点的硼硅酸盐覆盖在表面，防止液态金属氧化，改善对基体润湿能力，起到自熔剂作用。

陶瓷
•耐高温无机材料。

金属氧化物、碳化物、硼化物、硅化物等的总称，硬度高、熔点高，但脆性大。

•粉末形式，另外，将陶瓷粉末烧结成陶瓷棒可直接喷涂，但成本较高，应用少。

•主要是氧化物陶瓷，非氧化物陶瓷在喷涂中易挥发或分解。

氧化物
•使用最广泛的高温材料。

氧化物陶瓷粉末涂层与其他耐热涂层相比，绝缘性好，热导率低，高温强度高，适合作热屏蔽和电绝缘涂层。

碳化物
•碳化钨、碳化铬、碳化硅等，少单独使用，用钴包碳化钨或镍包碳化钨，以防止喷涂时严重失碳。

•耐磨或耐热涂层。

塑料
粉末
•良好的防粘性、低摩擦系数和特殊的物化性能。

•但塑料熔化温度范围应较宽、粘度较低、热稳定性好。

•聚酰胺、聚氨酯、聚乙烯、聚苯硫醚
复合材料
一类是为适应热喷涂工艺而制备的复合材料，例，为防止碳化钨在喷涂
中氧化分解而制备的镍包碳化钨，当前热喷涂用复合材料的主流；
另一类是通过增强相增强涂层性能的复合材料，如纤维增强涂层材料。

复合丝材和复合粉末
六、热喷涂涂层种类、质量评定及新进展
耐腐蚀涂层
最成功的是锌、铝涂层，对钢铁的“隔离” 和“阻挡” ；即使涂层有孔隙、缺陷或裂纹，介质将首先腐蚀锌和铝，使铁基体作为阴极得到保护。

用于大型桥梁、海洋钻井平台、水利设施等，寿命达 20 年以上。

耐磨涂层
•镍基或钴基碳化钨涂层（超音速火焰或爆炸喷涂）。

混凝土搅拌机的螺旋输送机在工作时承受着混凝土输送所导致的持续的、强
力的、恶劣的磨损。

•碳化钨（超音速火焰喷涂）或氧化铝、氧化铬陶瓷涂层（等离子喷涂）。

水轮机、抽风机、旋风除尘器等，要求涂层硬度高、韧性好；纺织、造纸和
印刷等行业，机械零件与布匹、棉纱、纸张等纤维制品摩擦，导致磨损。

如：复印机的墨粉滚筒长期使用被磨薄，复印效果变黑或出现黑线。

耐高温涂层
•900℃ 以下，NiCr-Cr3C2（超音速火焰喷涂）。

•900℃ 以上， ZrO2、MgO、Y2O3 （大气等离子喷涂）；NiCrAl或Ni （Co）
CrAlY （真空等离子喷涂）。

喷气式发动机燃烧室，工厂、轮船的烟囱，汽车密封阀，汽轮机的叶片，冶金工业中连续退火炉炉底辊需耐高温氧化涂层。

电磁屏蔽涂层
电气工业（计算机终端设备、电子办公设施、药品监测装置和感光电子设备），喷涂锌屏蔽涂层，用于消除电磁波和无线电波的干扰。

生物相容性涂层
一般种植体材料（不锈钢等）与人体组织排斥。

等离子喷涂羟基磷灰石涂层（生物相容性好），人体生物组织就可长入涂层的孔隙，与种植体形成紧密结合。

这种技术已用在人工牙齿、人工骨头种植体上。

亲水涂层
•涂布机的涂布辊
•火焰喷涂陶瓷涂层，有微细毛孔，如同海棉结构，有吸水能力，增强了涂层的润湿性，使得辊面带料能力增强。

0.25mm涂层辊子具备三年以上寿命。

防粘涂层
•烘缸表面防止粘胶
•超音速火焰喷涂氧化物、碳化物陶瓷涂层，防粘效果不亚于塑料涂层，耐磨更好。

防滑涂层
•卷纸辊
•超音速喷涂碳化物陶瓷（致密、耐磨的毛化表面）。

热喷涂涂层质量评定
生产现场，简便方法初步检验。

•肉眼观察是否均匀，有无明显隆起现象，粗糙度是否符合要求等。

•结合力检验
•涂层表面微裂纹检查，在有一定温度的工件表面涂乙醇或石油醚，在溶剂蒸发的数秒内，若涂层表面有暗线条则表明有微裂纹。

常用指标：厚度、硬度、孔隙率、结合强度、界面和涂层显微结构。

简单几何形状基体，游标卡尺或千分尺。

形状较复杂零件，磁性和涡流测厚仪（GB11374-89）。

显微硬度测定
显微硬度计
孔隙率测定
金相法
结合强度测定
拉伸法（GB8642-88），将胶粘好的试样装在试验机上，均匀、连续地施加载荷，至涂层剥落，记录最大载荷
σb= F/A0
σb结合强度；F施加载荷；A0涂层面积。

显微结构测定
金相分析、SEM 、TEM等。

截面分析，制样非常关键。

热喷涂技术的新进展
工艺：
•大功率等离子喷涂出现（喷涂功率200kW ），沉积效率提高。

•近年，反应喷涂，利用喷涂材料各组分之间或喷涂材料与喷涂气体之间的化学反应，合成特殊成分的涂层。

例，等离子喷涂钛合金涂层时，氮气与钛合金反应，形成钛合金-氮化钛复合涂层，耐磨性提高。

用材：
•纳米涂层材料
•非晶态涂层材料
监控系统：
•目前正开发各种在线测量装置，带自我诊断监控的智能热喷涂系统。

七、思考题
1、什么是热喷涂? 其技术特点是什么？
2、火焰喷涂和爆炸喷涂各有何特点及应用?
3、碳化物陶瓷材料常用哪种工艺进行喷涂？为什么？
4、等离子喷涂的基本原理是什么？其设备主要构成及作用如何？
第三章气相沉积技术
一、概述
二、物理气相沉积（PVD）
定义：真空条件下，采用物理方法将成膜材料气化成原子、分子或离子化成离子，在工件表面形成覆盖层。

PVD三种方式：真空蒸镀、溅射镀、离子镀
PVD基本过程：
气相物质的产生
成膜材料的气化（蒸发、升华、被溅射、分解）---成膜材料的来源
•镀料加热蒸发（蒸发镀膜）。

•一定能量的离子轰击靶材（镀料），从靶材上击出镀料原子（溅射镀膜）。

气相物质的输送
成膜原子、分子或离子从源到基片的迁移（粒子间碰撞、离化、复合、反应、能量变化、运动方向改变）
•真空中进行（避免气体碰撞妨碍气相镀料到达基片）。

气相物质的沉积
•凝聚过程（成膜原子吸附、堆积、成核、长大）凝聚条件不同，形成非晶膜、多晶膜或单晶膜。