电弧喷涂涂层性能检测方法

电弧喷涂涂层性能检测方法胡为峰 葛 爽（北京赛亿表面工程技术有限公司100083）①摘要：锅炉喷涂涂层在锅炉运营中对管壁的性能起到重要的作用，为确定涂层所得喷涂性能和喷涂效果，本文主要介绍了几种在测试涂层性能过程中比较常见的几种测试方法和测试步骤。

关键词：电弧喷涂 涂层性能 测试1、引言作为电厂锅炉防护热喷涂材料中的重要体系，热喷涂涂层的性能由于影响着所防护材料的使用性能而倍受关注。

电弧喷涂层的质量是通过涂层得性能来反映的，而涂层得性能又取决于喷涂设备、材料、工艺等多种因素。

涂层性能的检测时评估涉及很多检测方法，就一般的电弧喷涂层而言，涂层性能主要包括了涂层得物理性能（如外观、密度、厚度、金相等）、力学性能（如结合强度、耐磨性、残余应力等）和化学性能（如化学成分、耐蚀性、耐热性、电化学性等）。

当然，在实际工作中并不要求电弧喷涂层一定要测试上述所有性能，而是要根据不同的目的来选择不同的测试项目。

一般来说，电弧喷涂层性能试验与测试的目的主要有三个方面：z满足工艺上的要求；z满足技术的要求；z满足使用上的要求。

2、涂层性能测试标准和测试方法2.1 涂层性能测试所涉及的国家标准为了可靠地评价电弧喷涂涂层质量的优劣，准确测定涂层性能是否达到工艺、设计或者使用上的预期要求，就需要一套比较准确的涂层质量和性能检测的方法。

当然，最有效的地方就是采用现有的国家标准。

表2-1列出了现有的一些国家标准。

表2-1 热喷涂涂层性能试验方法与标准标准号标准名称备注GB/T 11374-1989 热喷涂涂层厚度的无损检测方法idt ISO 2064GB/T 4956-2003 磁性金属基体上非磁性覆盖层厚度测量磁性方法idt ISO 2178GB/T 6462-1986 金属和氧化物覆盖层横断面厚显微镜测量方法idt ISO 1463GB/T 11378-1989 金属覆盖层厚度轮廓尺寸测量方法idt ISO 4518GB/T 4955-1997 金属覆盖层覆盖层厚度测量阳极溶解库仑法idt ISO 2177① 本文通讯联系人：胡为峰（北京赛亿表面工程技术有限公司 100083）GB/T 16921-1997 金属覆盖层厚度测量X射线光谱方法eqv ISO 3497 GB/T 4957-2003 非磁性金属基体上非导电覆盖厚度测量涡流法idt ISO 2360 GB/T 17722-1999 金属覆盖层厚度的扫描电镜测量方法eqv ISO 9220ISO 3543 金属和非金属覆盖层-覆盖层厚度测量-β射线反向散射法ISO 10111 金属和其他无机覆盖层-单位面积质量的测量-重量法和化学分析法的评述JB/T 7509-1994 热喷涂涂层空隙率实验方法——铁试剂法GB/T 8640-1988 金属热喷涂涂层表面洛式硬度试验方法GB/T 9790-1988 金属覆盖层及其他有关覆盖层维式和努式显微硬度试验方法GB/T 8642-2002 热喷涂涂层抗拉强度的测定取代GB 8642-88GB/T 13222-1991 热喷涂涂层剪切强度的测定GB/T 5210-1985 涂层附着力的测定法拉开发eqv ISO 4624-1978GB/T 6458-1986 金属覆盖层中性盐雾试验（NSS试验）GB/T 9789-1988 金属和其他非有机覆盖层通常凝露条件下的二氧化硫腐蚀试验idt ISO 6988-1985GB/T 9793-1997 金属和非金属覆盖层热喷涂锌、铝及其合金取代GB9793~9796-882.2 热喷涂涂层的测试方法2.2.1 涂层显微金相组织显微金相观察是测试材料组织结构的重要方法之一，也是测量材料性能的最基本的测试方法，对于喷涂涂层同样重要。

但是在一般情况下，由于涂层与基体是两种截然不同的材料，硬度可能相差很大，磨制试样时需要特别谨慎。

涂层试样的要求与一般金相试样有所不同，制备过程中要特别注意不能破坏涂层中微粒的组织结构，尽量避免涂层粒子在磨制试样时脱落下来。

显微金相结构的分析主要包括两个步骤：样品制备和观察分析。

具体步骤描述如下：1)取样：样品的选择应符合国家标准GB/T13289金属显微组织检测方法规定进行，用细砂轮、线切割机或者火焰切割等方法截取一定尺寸具有研究价值的部位，且应保持所观察部位的组织不改变。

2)样品制备：样品镶嵌，磨、抛以及腐蚀，均应按照GB/GT3298规定进行。

3)组织结构分析步骤：a)将准备好的组织结构试样置于载物台上；b)将显微镜开关开启，打开光源，调整好照明电源使之对中；c)装上选好的物镜、目镜以及相应得观察方法。

显微镜功能一般有六种，如明视场、暗视场、偏振光、干涉、微分干涉衬度、显微硬度；d)用粗细调焦钮对样品进行聚焦，同时调整好孔径和视场光栏大小，至目镜筒内观察到清晰的组织图像为止；e)选择好物象视场，用转换钮转向摄影系统，装上底片即可曝光拍照。

4)样品的保存：对于涂层样品应放置在干燥器内（内有硅胶）。

2.2.2 涂层孔隙率测试方法由于热喷涂涂层的工艺性能决定，涂层在制备的过程中都是通过熔融的金属粒子高速喷射到工件表面堆积而成的，因此涂层中存在着气孔和其他氧化物及夹杂物，这也是喷涂涂层的固有特性。

喷涂涂层的空隙率和涂层的密度是密切相关的，涂层内空隙越多，涂层密度越小。

涂层得孔隙为腐蚀介质渗透和腐蚀基体材料提供了渠道，因此对防腐涂层来说，涂层空隙是有害的，孔隙率越低越好。

但是对用于耐磨损的电弧喷涂来说，涂层内的孔隙率也有有利的一面，因为它可以用来储存润滑剂。

因此，涂层的孔隙率师电弧涂层十分重要的质量标准。

影响喷涂涂层的孔隙率的影响因素有很多：喷涂材料粒子的特征、喷涂材料的物理性能、基体表面状态、喷涂工艺参数等。

一般喷涂电弧喷涂涂层都有一定的孔隙存在，其体积约占总体积的5%~10%，不同材料的涂层孔隙率有所不同。

测量涂层孔隙率的方法主要有三种：铁试剂法、直接称量法和金相检查法。

通常金相检查法的应用比较广泛。

金相法测量孔隙率是通过在金相显微镜下观测涂层局部面积孔隙率所占的比例来测算的。

常用截面定向截取法和栅格法。

具体的测量方法分别如下所述：截面定向截取法是在带有“十”字刻度的目镜下测试，以“十”字中心为参考点，连续移动约20个视场宽度，测定并计算出移动范围内所包含的孔隙的总长度占连续移动总长度的百分比，即为涂层得孔隙率。

如果不采用连续移动试样的办法，也可以在显微镜视野中任选20个以上视场，测定落在“十”字横坐标上孔隙率所占总长度和市场总长度，计算出涂层的孔隙率。

栅格法的测定方法是在显微镜目镜带有100个栅格的视场下测定，任选20个视场，观测每个视场中孔隙所占的格数。

因为孔隙不是规则的形状，所以格数面积要通过观察评估来确定，任选的总视场孔隙面积的总数占总视场格数的百分比即为涂层的孔隙率。

2.2.3 涂层结合强度测试方法电弧喷涂涂层的结合强度是反映涂层性能的一个重要指标，其主要包括涂层与工件基体之间的结合强度和涂层内部得内聚结合强度。

通常电弧喷涂涂层与基体的结合类型主要有三种：机械结合、物理结合和冶金结合。

而影响涂层结合强度的因素主要有以下几种：表面预处理；喷涂材料；雾化气体压力；电弧喷枪的雾化喷嘴；粒子的温度；喷枪与工件表面的距离。

本实验根据国标G9 8642-88 （热喷涂层结合强度的测定）进行。

1）实验设备本实验所使用的设备是css-silo电子万能材料拉伸试验机。

2）试样的制备拉伸试样的材质是普通的Q235钢，经车削加工而成。

将试样对偶件A，B喷砂处理，将试件端面A均匀地喷上待测结合强度的涂层，厚度约为0.8mm，然后用E-7胶将试件A，B件粘合，并将A试件置于B试件之上，使其同轴，经过100℃，1小时加热固化以后，将试件夹在试验机夹具上，以1m/min 的速度进行拉伸，记下拉断时所施加的载荷大小，同时观察拉断时，试件端面涂层的剥落情况。

3）结果的计算用下式计算结合强度：b 0F=A σ式中，　b ——涂层得结合强度，N/mm2；F ——试样破裂的最大载荷，N ；A 0——试验的涂层面积，mm2。

4）评定基本破断类型：a. 涂层从基体上全部脱落，此为结合强度；b. 涂层从基体上部分脱落，部分从胶层破断，此时，结合强度与胶粘强度相接近；c. 胶粘层破断，此时，结合强度高于胶枯强度；d. 涂层层间破断，此时，结合强度高于涂层自身强度。

2.2.4 涂层硬度测试方法电弧喷涂涂层的主要作用是用于对防护表面的防磨和防腐作用。

当涂层的作用主要用于耐磨损用途的时候，涂层的硬度被格外关注，因为涂层的硬度和耐磨性有着密切的关系。

影响电弧喷涂涂层硬度的因素很多，因为涂层表面的组织不均匀，金属颗粒的大小和金相结构不同，且涂层中还包含一定的孔隙和夹杂物，从而会对涂层的硬度产生影响。

可见，涂层得硬度是喷涂金属颗粒的金相结构、颗粒硬度、涂层密度、涂层孔隙率、掺杂物等的综合性能反映。

涂层硬度的测量方法主要包括宏观硬度的测试和微观硬度的测试两种，通常对应用于工程中的喷涂涂层进行宏观硬度的测试。

国家标准GB/T 9790-1988《金属覆盖层及其他有关覆盖层维氏和努氏显微硬度试验》明确规定了金属涂层表面洛式硬度的检测方法。

1）试验设备HD-1000(中国上海)数字式显微硬度计。

2）试样制备试样的基体材料是尺寸为45×45×5mm 的普通20g 钢，表面涂层厚度为0.5 mm 。

3）试验过程将表面喷有涂层的试样，制备成金相试样，放置在数字式显微硬度计的载物台上，施加载荷，记录下刻度盘上的硬度值。

测量时选用的载荷为100gf ，停留时间为10s ，测试该涂层的显微硬度值。

由于涂层本身组织不均匀，易产生偏析，在测试中出现高硬度和低硬度值，因此至打5个压痕点，然后取平均值。

产品的洛氏硬度均通过维氏硬度查表换算得到。

2.2.5 涂层相对耐磨性能测定方法涂层得耐磨性与涂层的硬度密切相关。

测量电弧喷涂涂层耐磨性的试验方法主要包括三种：试样试验、台架试验和使用试验。

在选择试验方法的时候，应根据涂层得工作环境进行选购应的试验方法的选择。

本文主要介绍对工程中应用的涂层进行耐磨性试验的试验方法。

具体的测量方法如下：1）试验概述磨粒磨损试验采用MLS-225型湿砂橡胶轮式磨损试验机进行，为典型的三体磨粒磨损：磨粒在橡胶轮和试件表面流动从而引起磨损。

其中试验参数如下：橡胶轮转速：240 r/min；橡胶轮直径：178mm；橡胶轮硬度：60(邵尔硬度)；砂浆比例：1000克水1500克砂；载荷：10Kg；磨损时间：50m；橡胶轮转数：约12000转；磨料：40-70目的石英砂；2）试件的准备试件基体材质为20g钢，形状为57×25×5mm。