热喷涂的涂层性能及涂层设计

涂层的常规性能

涂层的特殊性能

涂层的金相评估

孔隙率

涂层的抗各类运动磨损性。

一般评估。

氧化物含量

涂层的抗各种介质的腐蚀性。

孔隙率评估。氧化物含量评估。

显微硬度

涂层的导热性。

相评定。粒子变形评定。

结合强度

涂层的导电性。

裂纹判定。

金相显微结构

涂层的可加工性。

界面污染评定。

涂层的抗热振性。

结合强度试验。

其他各类有兴趣的特种性。

显微硬度测试。

表面粗糙度检察。

按涂层规范进行评估。

涂层总体要求由两方面组成：功能性要求和可靠性要求。

根据涂层主要功能，确定其技术要求。即涂层的耐腐蚀性能，涂层的耐磨性能，涂层的隔热性能，以及涂层工作时应该具有的主要技术性能。

可靠性要求是涂层应该具有的，可靠性确保了涂层发挥其正常功能。

涂层的可靠性指标常用涂层的某些指标来表述，如：结合强度，抗拉强度，抗热震性，气孔率等。针对工件涂层的特点并依据使用要求，确定为数不多的几个项目作为涂层的可靠性和功能性判据。并作为涂层试验检测的依据。涂层断面的显微结构特征能反应涂层的重要特性，如气孔率、结合状态等。以涂层断面的金相形貌作为涂层质量的验收标准，已被国外众多知名企业认可。

涂层材料的选择：

涂层结构设计：

涂层结构有三种形式：单一结构、混合物结构、多层结构。

单一结构涂层：在厚度方向上是由单一材料组成。在喷铝、喷锌大面积防腐工程中均采用单一结构。工艺简单，便于大规模生产，成本也低。

混合物结构涂层：在厚度方向上的材料是同样的，但是由二种以上不同的材料混合而成的。这是由于单一材料已不能满足使用要求，多种材料的混合物涂层才能达到设计要求。典型的应用是热障涂层的过渡层，一般都由面层的ZrO₂和底层的MCrAlY材料按不同比例混合而成的。

多层结构：多层结构可分为双层、三层和多层共三种形式。它的作用是提高涂层的结合性能，分散涂层的层间热应力，提高涂层的可靠性。

结构设计的目的：

涂层工艺设计：

涂层工艺设计包括：涂覆工件的表面设计，工艺方法的选择确定，工件的喷涂工装设计，涂层的后加工等。

涂覆工件的表面设计：涂层工件的表面一般都需要加工，以利于涂层的沉积和后加工。粗车螺纹可以增加接触面积，涂层槽可提高抗剪能力。表面设计还包括工件的表面预处理。

工艺方法的选择确定：每种材料均可用不同的方法喷涂。以NiCr合金为例，可用粉末火焰，火焰丝材，电弧丝材，等离子以及HVOF方法喷涂。这里成本相差极大性能也有很大不同。工艺方法的选择原则是在满足涂层技术性能指标的基础上，选择成本较低者。

喷涂工装设计：根据不同的工件和不同的涂层，确定最适合的喷涂工艺，并进而设计工件喷涂时的工装。设计时要求解决工件的装夹方式，工件旋转及喷枪移动关系，工件上不需涂覆处的遮蔽方法及遮蔽件等。　　　

涂层的后加工工艺：

设计的涂层最终能否满足使用要求，须由涂层的实际运行结果来考核。但对涂层试样或涂层工件作必要测试同样非常重要。
根据设计时确定的可靠性判据进行涂层的可靠性检查。
根据设计时确定的功能性判据进行涂层的性能指标检测。
根据多次测试结果，分析确定涂层生产过程中关键质量项点。在随后的生产中对过程的关键点作好监控，以确保涂层质量的稳定、可靠。