運(yun)用顯(xian)微(wei)組織(zhi)分(fen)析(xi)解決(jue)實(shi)際(ji)問(wen)題熱噴塗塗層(ceng)的制(zhi)備

技(ji) 術(shu) 評 論(lun) —— 運用顯(xian)微(wei)組織(zhi)分(fen)析(xi)解決(jue)實(shi)際(ji)問(wen)題熱噴塗塗層(ceng)的制(zhi)備
作(zuo)者：George Vander Voort
熱噴塗塗層(ceng)金相
熱噴塗塗層(ceng)的應用是(shi)為(wei)了改(gai)善基(ji)體(ti)材(cai)料(liao)的(de)抗(kang)氧(yang)化(hua)、抗(kang)腐蝕、抗表(biao)面磨損(sun)和抗燒蝕能(neng)力。有(you)塗層(ceng)金屬(shu)部件(jian)的(de)準確表(biao)征(zheng)要(yao)求對其(qi)顯(xian)微(wei)組織(zhi)進行金相檢驗。塗層(ceng)的厚(hou)度(du)範(fan)圍從 0.002 至(zhi) 0.060英(ying)寸(cun)  （0.005 至(zhi)  1.5mm）  並用不同(tong)的(de)噴塗技(ji)術(shu)和參(can)數沈(chen)積(ji)到(dao)基底上(shang)。必(bi)須用金(jin)相制備技(ji)術準確(que)地(di)確(que)定顯(xian)微(wei)組織(zhi)特(te)性(xing)。由於壹(yi)些塗層(ceng)的脆性(xing)本(ben)質(zhi)和(he)孔(kong)隙(xi)的(de)存在(zai)並(bing)在(zai)塗層(ceng)構成(cheng)了很(hen)不相同(tong)的(de)硬(ying)度(du)，在金相制備中總(zong)是有(you)可能(neng)無法顯(xian)示(shi)出真(zhen)實(shi)的(de)顯(xian)微(wei)組織(zhi)或(huo)引入(ru)假(jia)象，從(cong)而(er)對(dui)塗層(ceng)特(te)性(xing)作出錯(cuo)誤的詮(quan)釋。光(guang)學(xue)顯(xian)微(wei)技術為壹(yi)塊經(jing)過正確制備的(de)塗層(ceng)試(shi)樣提(ti)供(gong)了壹(yi)種評(ping)估手(shou)段，以確定(ding)或(huo)測定 塗層(ceng)/基底界面的質(zhi)量(liang)、孔(kong) 隙(xi)度(du)、未熔(rong)化(hua)顆(ke)粒及(ji)氧化(hua)物(wu)的(de)分(fen)布、塗層(ceng)厚(hou)度(du)、以及(ji)其(qi)它(ta)塗層(ceng)特(te)性(xing)，各個實(shi)驗室(shi)為(wei)了對(dui)熱噴塗試(shi)樣進行顯(xian)微(wei)組織(zhi)評估而(er)使用的(de)金(jin)相制備技(ji)術不盡相同(tong)，這(zhe)壹(yi)差異往(wang)往(wang)會(hui)造(zao)成(cheng)勉強(qiang)合(he)格的結(jie)果(guo)。這(zhe)些(xie)技術包括在粗(cu)磨和細磨階段，碳(tan)化(hua)矽(gui)砂(sha)紙(zhi)、固定(ding)或(huo)半固(gu)定金(jin)剛石(shi)的使用。粗(cu)拋(pao)光(guang)階段是(shi)在(zai)無絨(rong)毛織(zhi)物(wu)上(shang)使用分(fen)級(ji)系(xi)列的(de)金剛石(shi)膏或(huo)懸浮液(ye)。對於(yu)zui終(zhong)拋(pao)光(guang)階段，則(ze)在(zai)有(you)絨(rong)毛或(huo)無絨(rong)毛的(de)織(zhi)物(wu)上(shang)使用細(xi)金(jin)剛石(shi)膏或(huo)懸浮液(ye)，或(huo)使用小(xiao)於 1 微米的氧化(hua)鋁粉。如果(guo)在使用以上任何消耗品或(huo)制備表(biao)面時采(cai)用不恰(qia)當(dang)的(de)技(ji)術都(dou)會(hui)產生不夠的(de)結(jie)果(guo)。
圖 1。典(dian)型(xing)的(de)塗層(ceng)截(jie)面組織(zhi)，圖中示出氧(yang)化(hua)物(wu)和(he)夾雜(za)物(wu)的(de)層(ceng)狀組織(zhi)
本(ben)期標(biao)樂公司的《技(ji)術(shu)評(ping)論(lun)》是為了(le)給(gei)讀(du)者(zhe)提(ti)供(gong)能(neng)夠始終如壹(yi)地(di)準(zhun)確對(dui)塗層(ceng)進行表(biao)征(zheng)的熱噴塗塗層(ceng)金相制備步(bu)驟的(de)信息。

金(jin)相試(shi)樣制備
取(qu)樣/切割(ge)
對(dui)於不同(tong)類(lei)型(xing)的(de)熱噴塗試(shi)樣，應當(dang)使用帶(dai)有(you)金屬粘接(jie)的(de)金剛石(shi)薄片或(huo)超薄氧化(hua)鋁砂輪片(pian)的(de)精密切(qie)割(ge)機(ji)沿著(zhe)垂(chui)直於(yu)試(shi)樣軸的方(fang)向(xiang)進(jin)行切割。試(shi)樣應當(dang)用臺(tai)鉗(qian)夾緊(jin)，其(qi)位(wei)置應使切(qie)割片從塗層(ceng)壹(yi)側進(jin)入而(er)從基底壹(yi)側出去(qu)，這(zhe)樣就顯(xian)著(zhu)減(jian)小(xiao)了塗層(ceng)的損(sun)傷。圖 2 示出在(zai)切割熱噴塗塗層(ceng)時所(suo)建議的切(qie)割片(pian)轉(zhuan)動(dong)方向(xiang)、試(shi)樣位置、及(ji)試(shi)樣類(lei)型(xing)。通(tong)過(guo)真(zhen)空(kong)浸滲可以使多(duo)孔(kong)性(xing)塗層(ceng)或(huo)易碎(sui)塗層(ceng)上有(you)壹(yi)
薄層(ceng)的環氧樹(shu)脂(zhi)可以避免(mian)在切割(ge)時造(zao)成(cheng)損(sun)傷。表(biao) 1 給出切(qie)割參(can)數。每(mei)壹(yi)塊切(qie)下的(de)試(shi)樣都(dou)應當(dang)放(fang)在(zai)丙酮(tong)中*清洗(xi)並在(zai)鑲(xiang)嵌前(qian)在 70°C 的(de)烘(hong)箱(xiang)中幹燥 5 分(fen)鐘(zhong)。 鑲嵌可(ke)以保護塗層(ceng)免受(shou)破(po)壞(huai)並在(zai)磨光(guang)和(he)拋(pao)光(guang)工序時提(ti)供(gong)邊緣(yuan)保護。金相鑲嵌可(ke)分(fen)為(wei)兩類(lei)，即加壓成(cheng)型(xing)和(he)可(ke)澆(jiao)註環氧樹(shu)脂(zhi)。盡管有(you)壹(yi)些塗層(ceng)可以采用加(jia)壓模(mo)式(shi)鑲嵌，可(ke)澆註環氧樹(shu)脂(zhi)已經(jing)成(cheng)為優(you)先考慮(lv)的鑲(xiang)嵌方(fang)法。這(zhe)種(zhong)方法
沒(mei)有(you)會給易碎(sui)塗層(ceng)帶(dai)來(lai)損(sun)傷的高壓和(he)高溫(wen)。EPO-KWICK ,  環氧化(hua)物(wu)或(huo)EPO-THIN 均(jun)適(shi)於進(jin)行正確的鑲嵌。每(mei)壹(yi)塊試(shi)樣應當(dang)放(fang)在(zai)真空(kong)浸滲系(xi)統中，容器(qi)內應抽(chou)真(zhen)空(kong)至26 英寸(cun)汞(gong)柱  （約(yue)合(he) 88  kPa）。然(ran)後將環氧樹(shu)脂(zhi)澆入(ru)每壹(yi)個SAMPL-KUP 中並保持 5-10 分(fen)鐘(zhong)以使其(qi)浸(jin)滲到(dao)塗層(ceng)的敞開(kai)孔(kong)隙(xi)中。圖 3 為兩種鑲(xiang)嵌方(fang)法的(de)示意(yi)圖並給(gei)出每(mei)種方法建議使用的(de)塗層(ceng)類(lei)型(xing)。

磨(mo)成(cheng)平(ping)面階段
這(zhe)個(ge)*階段是(shi)為(wei)隨後關鍵的(de)試(shi)樣無損(sun)傷階段做準(zhun)備。由於它(ta)除(chu)了產生平(ping)坦(tan)的(de)表(biao)面外，還(hai)要(yao)去(qu)除(chu)由於切(qie)割(ge)而(er)產生的變形(xing)層(ceng)，因(yin)此它(ta)對(dui)於(yu)整(zheng)個(ge)試(shi)樣制備過(guo)程(cheng)的成(cheng)功與(yu)否有(you)重(zhong)大(da)的(de)影響(xiang)。壹(yi)旦這(zhe)壹(yi)階段恰(qia)當(dang)地(di)完(wan)成(cheng)，隨後的工序就(jiu)不多(duo)了(le)。每(mei)壹(yi)道工序產生的損(sun)傷必(bi)須能(neng)在隨後的工序中 除(chu) 去(qu) 。 使 用 粗(cu) 碳(tan) 化(hua) 矽(gui) 砂(sha) 紙(zhi) （ 粒 度(du) 為 120 或(huo)  180 ） 或(huo) 固 定(ding) 的  45  微(wei) 米(mi) 金 剛 石(shi) 磨 盤（ULTRA-PREPP）可(ke) 將熱噴塗塗 層(ceng)試(shi) 樣磨成(cheng) 平(ping)面 。每壹(yi) 種磨(mo) 料都(dou)可(ke)以在短(duan)時間(jian)內產生平(ping)坦(tan)的(de)表(biao)面。固定(ding)的金(jin)剛石(shi)磨盤能(neng)產生高的材(cai)料(liao)去(qu)除(chu)速率(lv)，而碳(tan)化(hua)矽(gui)砂(sha)紙(zhi)的作(zuo)用就(jiu)沒(mei)有(you)這(zhe)麽大(da)。正確的選擇磨(mo)制(zhi)表(biao)面很(hen)重(zhong)要(yao)，它(ta)可(ke)以使塗層(ceng)避免(mian)產生嚴重(zhong)的(de)損(sun)傷。在進入(ru)下壹(yi)階段以前，試(shi)樣必(bi)須*清(qing)洗(xi)和幹(gan)燥。超聲波(bo)清(qing)洗(xi)並(bing)沒有(you)普遍(bian)被采用，因(yin)此使用時間(jian)應盡可能(neng)短，以避免(mian)導致(zhi)損(sun)傷。

試(shi)樣無損(sun)傷階段
整(zheng)個(ge)過(guo)程(cheng)zui終是否成(cheng)功取(qu)決於(yu)這(zhe)個(ge)階段將磨 平(ping)階段產生的變形(xing)去(qu) 除(chu)並使表(biao)面損(sun)傷大(da)大(da) 減(jian)少(shao)的(de)能(neng)力。當(dang)這(zhe)壹(yi)制備階段完(wan)成(cheng)後，塗層(ceng)和基(ji)底應當(dang)沒(mei)有(you)損(sun)傷。表(biao) 2 及(ji)表(biao) 3 所示的(de)兩種方(fang)法使用兩種不同(tong)的(de)磨(mo)料(liao)制備，二(er)者都(dou)可(ke)以達到(dao)試(shi)樣無損(sun)傷的結果(guo)。使用粒度(du)愈來(lai)愈(yu)細(xi)的碳(tan)化(hua)矽(gui)砂(sha)紙(zhi)是有(you)效的，但(dan)成(cheng)本(ben)高。在(zai)硬的(de)聚脂(zhi)織(zhi)物(wu)（ULTRA-PAD ）上(shang)有(you)效地(di)使用半(ban)固(gu)定的(de)多(duo)晶(jing) （PC）金(jin)剛石(shi)懸浮液(ye)（9 微米(mi)）可(ke)以保持磨成(cheng)平(ping)面階段已建立(li)的(de)平(ping)面度並(bing)去(qu)除(chu)該階段產生的表(biao)面變形(xing)。用表(biao) 3 列出的(de)兩道試(shi)樣無損(sun)傷工序取(qu)代表(biao) 2 中列出的(de) 6 道碳(tan)化(hua)矽(gui)砂(sha)紙(zhi)中的 5 道，在保持平(ping)面度遠(yuan)為良(liang)好的條(tiao)件(jian)下(xia)又實(shi)際(ji)上消除(chu)了顯(xian)微(wei)組織(zhi)中的浮(fu)凸或(huo)表(biao)面變形(xing)。用TEXMET 1000 織(zhi)物(wu)和(he) 3 微米多(duo)晶(jing)金(jin)剛石(shi)懸浮液(ye)可以很(hen)容易地(di)除(chu)去(qu)特(te)細(xi)砂紙(zhi)和半(ban)固定多(duo)晶(jing)金(jin)剛石(shi) 留(liu)下(xia)的細劃(hua)痕。

zui終拋(pao)光(guang)階段
zui終(zhong)拋(pao)光(guang)階段使用非(fei)常(chang)細(xi)的(de)磨料（小(xiao)於 1 微米）而且只去(qu)除(chu)很(hen)少量(liang)的材(cai)料(liao)；因(yin)此，這(zhe)些(xie)磨料無法去(qu)除(chu)以前諸(zhu)工序沒(mei)有(you)除(chu)去(qu)的、相當(dang)大(da)的(de)表(biao)面損(sun)傷或(huo)變形(xing)。旋(xuan)轉(zhuan)的(de)、帶(dai)絨(rong)毛的(de)織(zhi)物(wu)會(hui)產生有(you)選擇性(xing)的(de)磨(mo)削作(zuo)用，如果(guo)拋(pao)光(guang)時間(jian)過長(chang)，就會在(zai)硬(ying)塗層(ceng)上造(zao)成(cheng)顯(xian)微(wei)組織(zhi)浮凸和(he)邊(bian)緣(yuan)圓角。如果(guo)磨成(cheng)平(ping)面階段和(he)試(shi)樣無損(sun)傷階段都(dou)能(neng)正確地(di)進(jin)行，則zui終拋(pao)光(guang)階段所(suo)須時間(jian)較短(duan)，但(dan)卻能(neng) 非(fei)常(chang)有(you)效
地(di)產生沒有(you)浮凸和邊(bian) 緣(yuan)圓角的(de)幹凈(jing)、無損(sun)傷的顯(xian)微(wei)組織(zhi)。 使用CHEMOMET 織(zhi)物(wu)和(he)MASTERPREPP（0。05 微米Al2O3）可(ke)以獲得無劃(hua)痕、無變形(xing)的(de)表(biao)面。
圖 2。  熱噴塗塗層(ceng)的正確切割
圖 3。  熱噴塗塗層(ceng)的正確鑲嵌 熱 噴 塗 塗 層(ceng) 顯(xian) 微(wei) 組 織(zhi) 特(te) 征(zheng)
  
顯(xian)微(wei)組織(zhi)評估 
不論(lun)使用傳(chuan)統的或(huo)新型(xing)的(de)磨(mo)料(liao)和(he)制備表(biao)面都(dou) 可(ke)以使多(duo)種(zhong)熱噴塗塗 層(ceng)和基(ji)底產生始終如 壹(yi)的良(liang)好結果(guo)。拋(pao)光(guang)完(wan)成(cheng)後的(de)表(biao)面能(neng)顯(xian)露(lu)出塗層(ceng)--基底界面的真(zhen)實(shi)組(zu)織(zhi)、孔(kong)隙(xi)度(du)和未(wei)熔(rong)顆(ke)粒數(shu)量、是(shi)否有(you)氧化(hua)物(wu)、以及(ji)塗層(ceng)的總(zong)厚(hou)度(du)。這(zhe)些(xie)信息可(ke)以使評(ping)估者(zhe)對(dui)塗層(ceng)的顯(xian)微(wei)組織(zhi)特(te)征(zheng)有(you)壹(yi)個準(zhun)確的(de)概念(nian)，從(cong)而(er)使他（她）能(neng)以更大(da)的(de)信心(xin)對(dui)塗層(ceng)的質(zhi)量(liang)做出判(pan)斷(duan)。

結論(lun)  
使用當(dang)前(qian)技(ji)術發展水(shui)平(ping)的磨料、制備表(biao)面和設(she)備可(ke)以成(cheng)功地(di)完(wan)成(cheng)熱噴塗塗層(ceng)各方(fang)面的顯(xian)微(wei)組織(zhi)評估。半(ban)自(zi)動和(he)全自(zi)動(dong)制樣設備和(he)與其(qi)配(pei)套使用的(de)新(xin)型(xing)、且(qie)性(xing)能(neng)價格比高(gao)的(de)磨(mo)料和制備表(biao)面可以為塗層(ceng)特(te)性(xing)評估制(zhi)備出始終如壹(yi)的、的(de)無損(sun)傷表(biao)面。使用這(zhe)種(zhong)設備和(he)技術將使熱噴塗供(gong)應商(shang)、質(zhi)量(liang)鑒(jian)定(ding)實(shi)驗室(shi)以及(ji)zui終用戶(hu)對(dui)於zui終(zhong)產品具(ju)有(you)高度的置信度。用手(shou)工(gong)方法制(zhi)備熱噴塗塗層(ceng)需要(yao)具(ju)有(you)特(te)殊(shu)技能(neng)、高度(du)熟練(lian)的金相技術(shu)人員(yuan)，這(zhe)樣才能(neng)始終如壹(yi)地(di)取(qu)得準確(que)的結(jie)果(guo)。由於目前很(hen)難找(zhao)到(dao)這(zhe)種(zhong)人員(yuan)，因(yin)此不推薦(jian)采(cai)用手(shou)工(gong)方法制(zhi)備。

問(wen)：怎(zen)樣準確(que)判(pan)定塗層(ceng)損(sun)傷的起因(yin)？
答(da)：不讓諸(zhu)如“什麽時候(hou)會產生損(sun)傷”這(zhe)類(lei)問(wen)題出現(xian)的辦(ban)法就(jiu)是在(zai) 27 英(ying)寸(cun)（約(yue) 686 毫米(mi) ）汞(gong) 拄（約(yue) 合(he) 91。4  kPa ）的(de)真 空環境 中將整 個收(shou) 到(dao)的塗 層(ceng)試(shi)樣 用可(ke)澆(jiao) 註的 環氧樹(shu) 脂(zhi)（ EPO-THIN 或(huo)環氧化(hua)物(wu)）封(feng)裝(zhuang)起(qi)來 。這(zhe)壹(yi)步驟可(ke)以在切(qie)割操 作前將所有(you)敞開(kai)的(de)孔(kong)隙(xi)、 空(kong)洞(dong) 及(ji) 各種 缺陷 填好 。然 後(hou)， 經(jing)過 預(yu)封(feng) 裝(zhuang)的(de) 塗 層(ceng)可 以使 用金(jin) 剛石(shi) 壓制(zhi) 切割(ge) 片(pian)（ 15HC ）在(zai)ISOMET 2000 或(huo)ISOMET 1000 型(xing)精密切(qie)割(ge)機(ji)上進行切割。如果(guo)在生(sheng)產型(xing)切(qie)割(ge)機(ji)上用厚(hou)的(de)氧(yang)化(hua)鋁片進行切割，即使試(shi)樣經(jing)過預(yu)封(feng)裝(zhuang)，也(ye)會造(zao)成(cheng)局部(bu)過熱。因(yin)此，對(dui)於(yu)重(zhong)要(yao)的評估工(gong)作(zuo)，不推薦(jian)用這(zhe)種(zhong)設備來(lai)切割塗層(ceng)。切下(xia)的試(shi)樣接著(zhe)就(jiu)可以用粒度(du)愈來(lai)愈(yu)細(xi)的碳(tan)化(hua)矽(gui)砂(sha)紙(zhi)制備，再(zai)用 3 微(wei)米(mi)多(duo)晶(jing)金(jin)剛石(shi)進行粗拋(pao)光(guang)和 0。05 微米(mi)氧化(hua)鋁---MASTERPREP™進行zui終拋(pao)光(guang)。這(zhe)壹(yi)步驟可(ke)以獲得將塗層(ceng)真實(shi)本(ben)性顯(xian)示(shi)出的(de)可靠(kao)結(jie)果(guo)。

問(wen)：熱固性(xing)鑲嵌是(shi)否適(shi)用於(yu)各(ge)種類(lei)型(xing)熱噴塗塗層(ceng)？
答(da)：由於存在(zai)高(gao)溫(wen)  （150°C）  和高(gao)壓  （4200 英(ying)磅/平(ping)方英寸(cun)，約(yue)合(he) 29 MPa），有(you)可能(neng)對塗層(ceng)造(zao)成(cheng) 損(sun)傷。致(zhi)密的(de)非(fei)陶(tao)瓷(ci)塗 層(ceng)，如WC/Co， 或(huo)其(qi)它(ta)致(zhi)密的(de)金(jin)屬塗層(ceng) 可以成(cheng)功地(di)用壓力鑲嵌機(ji)進行鑲嵌而(er)不會產生損(sun)傷。所有(you)其(qi)他塗層(ceng)都(dou)應當(dang)在(zai) 27 英(ying)寸(cun)汞(gong)柱（約(yue)合(he) 91。4 kPa）的(de)真空中用可(ke)澆(jiao)註環氧樹(shu)脂(zhi)（如環氧化(hua)物(wu)、EPO-KWICK  ,  EPO-THIN  , EPO-COLOR™）鑲(xiang)嵌。可(ke)澆註樹(shu)
脂(zhi)可以在較(jiao)低(di)溫(wen)度（75°F至(zhi) 170°F，約合(he) 24°C  至(zhi) 77°C）和常壓下(xia)固化(hua)，因(yin)此消除(chu)了塗層(ceng)產生損(sun)傷的可能(neng)性，從(cong)而可(ke)以對塗層(ceng)特(te)性(xing)進行準確的評(ping)估。

問(wen) ：為什麽有(you)些熱噴塗 實(shi)驗室(shi)將塗層(ceng)試(shi)樣未 經(jing)切割(ge)的表(biao)面進行鑲 嵌而(er)不是用切(qie)下(xia)的表(biao) 面鑲嵌，這(zhe)樣做可(ke)以嗎？  
答(da)：在那(na)些沒有(you)精密金(jin)剛石(shi)切割(ge)機(ji)的實(shi)驗室(shi)，人們(men)在(zai)切割(ge)熱噴塗塗層(ceng)試(shi)樣時才采用這(zhe)種(zhong)辦(ban)法。生(sheng)產用切(qie)割(ge)機(ji)由於使用厚(hou)的(de)氧(yang)化(hua)鋁片，會在切割(ge)過(guo)程(cheng)中對塗層(ceng)造(zao)成(cheng)過多(duo)的(de)損(sun)傷，因(yin)此磨(mo)光(guang)時也(ye)需要(yao)去(qu)除(chu)過多(duo)的(de)變形(xing)。用未(wei)經(jing)切割(ge)的表(biao)面進行鑲嵌，估計(ji)就(jiu)是(shi)為了排(pai)除(chu)這(zhe)壹(yi)問(wen)題。但(dan)是這(zhe)樣做會(hui)在(zai)磨成(cheng)平(ping)面階段中要(yao)除(chu)去(qu) 1--2 毫米(mi)的材(cai)料(liao)。新(xin)型(xing)高(gao)速(su)精密切(qie)割(ge)機(ji)（ISOMET 2000 或(huo)ISOMET 1000）只對塗層(ceng)造(zao)成(cheng)zui低(di)限度的(de)損(sun)傷，從而使實(shi)驗室(shi)人員(yuan)可以用切(qie)割(ge)面來鑲(xiang)嵌試(shi)樣。這(zhe)兩種辦(ban)法都(dou)是(shi)可以接受(shou)的，但(dan)是采(cai)用金(jin)剛石(shi)精密切(qie)割(ge)機(ji)可以減(jian)少(shao)金(jin)相制備zui初階段所(suo)需(xu)的(de)工(gong)作量。