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100多年來，熱噴涂層以其多種形式而存在。熱噴涂的原理非常簡(jiǎn)單——原料通常以粉末或金屬絲的形式存在，對(duì)其進(jìn)行加熱使其部分或*熔化，并以高速噴射向基材使得顆粒在撞擊時(shí)發(fā)生變形，在此過程中，顆粒發(fā)生凝固并機(jī)械結(jié)合到基材表面。
這其中涂層孔隙率是描述涂層密度的重要指標(biāo)，通常采用金相法制備樣品并進(jìn)行孔隙率的測(cè)量。然而，長(zhǎng)期以來的實(shí)踐已經(jīng)證實(shí)，在尋找合適的制備方法以及不同實(shí)驗(yàn)室間重復(fù)同種方法得到的結(jié)果卻并不相同。
*近的一項(xiàng)“循環(huán)"實(shí)驗(yàn)證明了實(shí)驗(yàn)室之間的差異。

實(shí)驗(yàn)邀請(qǐng)了在金相制備和樣品分析方面有著豐富經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)工作人員，但不同參與者之間測(cè)得的孔隙率值差異很大，任何實(shí)驗(yàn)室均可實(shí)現(xiàn)良好的結(jié)果可重復(fù)性。這意味著在多孔熱噴涂層的制備和分析中，方法變化是導(dǎo)致誤差的主要因素。

實(shí)驗(yàn)方法：

我們對(duì)T800（HVOF）涂層和WC-Co（等離子噴涂）涂層進(jìn)行了取樣。基于ASTM E1920-03（2014）中推薦的方法I和II進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，選擇這些方法是因?yàn)樗鼈兇砹斯I(yè)中*常見的方法，也是普遍接受的制備標(biāo)準(zhǔn)。方法I是在短時(shí)間內(nèi)使用一系列SiC紙，然后在Trident布上進(jìn)行制備階段，*后使用膠體氧化硅在絨布上進(jìn)行拋光。方法II僅采用一個(gè)SiC研磨步驟，然后在無絨毛拋光布上進(jìn)行兩次金剛石拋光，再用膠體氧化硅進(jìn)行拋光。

這些實(shí)驗(yàn)旨在分別觀察這兩種方法中切割、鑲嵌和研磨對(duì)實(shí)測(cè)孔隙率的影響。

切割和研磨的影響：

金相法很難表征切割損傷對(duì)樣品的影響，但目前*建議精密切割機(jī)配合金剛石切割片的方法切割樣品。在本實(shí)驗(yàn)中將先切割后鑲嵌的樣品與先鑲嵌后切割（可在切割過程中保護(hù)涂層）的樣品進(jìn)行比較。兩組樣本均使用IsoMet高速精密切割機(jī)（圖1）。

兩組試樣均采用方法II制備，并對(duì)孔隙率進(jìn)行分析。然后重復(fù)步驟1六次（每次1分鐘）重新研磨試樣，以確保去除任何殘余的切割損傷，然后和之前一樣重復(fù)步驟2-4。之后再次分析樣品的孔隙率。

圖2顯示了孔隙率分析結(jié)果。我們可以看到，在初步制備之后，先切割后鑲嵌樣品的孔隙率明顯更高。在重新研磨和重復(fù)制備步驟后，該樣品中測(cè)得的孔隙率明顯下降。與之相反，先鑲嵌后切割樣品中測(cè)得的孔隙率在統(tǒng)計(jì)上保持相同。我們可從該圖中得出以下結(jié)論：

1、切割前鑲嵌樣品可保護(hù)其免受損傷 ；

2、可以通過充分研磨來去除切割產(chǎn)生的損傷，以獲得相同的孔隙率結(jié)果 ；

鑲嵌材料的影響：

本實(shí)驗(yàn)選取T800HVOF樣品，均鑲嵌在單個(gè)樣品模具內(nèi)，采用中心力加載，并使用方法I和方法II制備的樣品組。

對(duì)于這兩種較硬的材料，方法I不如方法II有效，尤其是在鑲嵌樹脂內(nèi)加入陶瓷顆粒增強(qiáng)的樣品中更為明顯。由于陶瓷的磨削率較低，陶瓷對(duì)SiC具有鈍化作用，研磨拋光過程中的去除率會(huì)大大降低。

完成測(cè)試后發(fā)現(xiàn)：

低粘度環(huán)氧樹脂表現(xiàn)更好，丙烯酸鑲嵌（SamplKwick）的結(jié)果較差。

制備方案：

為了觀察制備方法的直接效果，對(duì)WC-Co（等離子噴涂）涂層進(jìn)行取樣，遵循實(shí)踐總結(jié)的*佳建議，鑲嵌兩組樣品，如下所示：

1、清潔/脫脂樣品：用水沖洗樣品，然后在乙醇中浸泡10分鐘以吸收孔隙中的水分

2、*干燥。不要用裸露的皮膚接觸樣品，以免沾染油污

3、使用EpoThin樹脂鑲嵌樣品并在SimpliVac中真空浸漬

4、在Isomet HS高速切割機(jī)上切割樣品

5、以所需方向重新鑲嵌切割樣品

6、在中心力夾具中制備所有樣品，以獲得*大的平整度和重現(xiàn)性

我們發(fā)現(xiàn)制備后的樣品孔隙率與圖2中所示的非常相似（對(duì)于先鑲嵌后切割的樣品）。在制備過程中，我們?cè)诿總€(gè)階段分析了樣品的孔隙率，結(jié)果如下圖6所示。

我們可以看到，在制備過程中，使用方法I的孔隙率水平幾乎沒有變化，樣品制備階段孔隙率的損傷沒有被有效地去除。我們延長(zhǎng)了制備流程中的每個(gè)階段并定期檢查孔隙率水平，直到每個(gè)階段的測(cè)量值保持穩(wěn)定。這有效地向我們展示了制備步驟的持續(xù)時(shí)間以及與之相關(guān)的損傷程度。在這個(gè)特定的樣品中，9um步驟拋光后的孔隙率水平通常為12-15%。使用標(biāo)準(zhǔn)的ASTM方法并未有效減少這種情況，延長(zhǎng)9μm/800grit步驟也未帶來顯著改變。然而，當(dāng)我們延長(zhǎng)3μm拋光步驟時(shí)，孔隙率明顯下降。

然后我們?cè)赥exMet C布上添加1um拋光步驟并繼續(xù)跟蹤視孔隙率，直到保持穩(wěn)定，然后按照表I和表II進(jìn)行*終拋光。圖7顯示了通過這種改良方法II進(jìn)行制備的孔隙率分析，如表4所示?？梢悦黠@看出視孔隙率已大大降低。

此過程的圖像如圖8所示：

結(jié)論：

按照嚴(yán)格的方法制備試樣可能會(huì)產(chǎn)生高度可重復(fù)的結(jié)果，但也可能會(huì)產(chǎn)生可重復(fù)的錯(cuò)誤結(jié)果。圖2中的方法I和方法II比較證明了這一觀點(diǎn)。使用表4中的改良方法可以觀察到準(zhǔn)確孔隙率水平。 從實(shí)驗(yàn)中可以看出，切割、鑲嵌及磨拋過程都影響著孔隙率的測(cè)量，需要根據(jù)每一個(gè)樣品的具體情況，找到*優(yōu)的制備方法，從而得到后續(xù)孔隙率測(cè)量的準(zhǔn)確值。標(biāo)樂應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室與我們的客戶攜手合作，每年在我們的全球應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室中開發(fā)出數(shù)百種*、有效而可靠的制備方法。每一個(gè)解決方案均是個(gè)性化定制，從而確保制備解決方案具有上等的質(zhì)量和高度的穩(wěn)定性。