引言
热喷涂作为一项重要的表面工程技术，可以用于改善基体表面的耐磨、耐蚀、耐高温等性能，在材料表面性能提升领域具有广泛的应用前景。热喷涂层复杂的成形过程使得涂层内部不可避免地产生一些不同于均质材料的原生性结构特征，如孔隙、层状结构等。在不同的服役条件下，涂层内部孔隙的数量、形态及分布会对涂层的性能产生不同的影响。对于高硬度的耐磨涂层，孔洞可以用于保存润滑剂、容纳服役过程中产生的磨屑，从而在一定程度上起到增强涂层耐磨性的效果。然而在腐蚀条件下，腐蚀介质会通过连通的孔隙浸入涂层内部，极大地降低涂层的耐蚀性。在耐疲劳、耐高温及其他条件下，涂层的孔隙形态均会对其服役性能产生不同程度的影响。因此，定量表征涂层原生性孔隙结构特征参数对优化涂层工艺参数以及探索涂层孔隙形态对其服役性能的微观影响机理具有重要意义。
在孔隙形貌获取方面，近年来基于扫描电子显微镜(SEM)技术的图像处理方法受到了广泛的关注。由于二次电子的能量较低，一般只有样品表面5-10nm处的二次电子能逸出样品表面成为信号源，并且二次电子的激发数量与原子序数没有直接关系，但对样品表面微区的几何形状十分敏感。因此，选取二次电子信号所呈图像能够较为精确地呈现涂层截面的孔隙形态特征，结合数字图像分析处理方法，可以得到孔径、周长、面积等多种形式的孔隙结构参数，达到多方位定量表征涂层几何特征的目的。
为了更加全面地从空间分布及几何形态角度对孔隙进行定量研究，一些学者尝试引入广泛用于研究非线性问题的分形理论。从孔隙尺寸分布的角度，蔡建超等根据孔隙尺寸的累积分布的分形特征，建立了基于分形几何的低渗透油藏渗吸机理判据模型。从孔隙空间分布的角度，Li等采用相关密度函数法，探索了激光辐照强度对Al2O3涂层孔隙数量及密度分布的影响。而在涂层微观结构数值研究及表征方面，一些学者则通过概率统计模型以比较包括孔隙率、显微硬度等涂层基本参数之间的差异。例如，Zhang等采用Weibull模型研究了Ni基合金涂层孔隙率的分布，并分别探讨了H2气流量与送粉量对孔隙成形机理的影响。Wang等则研究了纳米AT13涂层的显微硬度、杨氏模量及断裂韧性的Weibull分布特征。
本文基于孔隙SEM图像研究了孔隙面积与周长之间的幂率关系，得到用以表征其不规则形态的分形维数，并通过Weibull模型分别讨论了孔隙的面积与周长的统计分布情况。
结论
喷涂功率对涂层内的孔隙形态、数目、尺寸及分布状态产生影响。基于数字图像处理技术，结合分形理论与Weibull统计模型，通过对孔隙几何形态的多方位分析，可以得到以下结论。
1)涂层内孔隙面积与周长尺寸均明显服从两项Weibull分布特征，即孔隙尺寸的分布规律呈现两项性。孔隙尺寸较小时，其β值较大，分散性较为集中，而孔隙尺寸较大时，则反之，这是孔隙复杂的成形机理所导致的。
2)随着喷涂功率的增加，粒子的融化状态逐渐改善，因而孔隙面积(周长)的Smax(Cmax)与S90(C90)明显下降，即孔隙的尺寸以及大尺寸孔隙出现的概率明显降低。而当孔隙面积(周长)小于Nas(Nac)时，相同尺寸孔隙的概率密度值则越来越接近，说明功率的变化对小尺寸孔隙出现的概率影响较小。
3)随着喷涂功率的增加，孔隙的分形维数逐渐降低，其不规则程度也明显改善，即分形维数能够较好地表征孔隙几何形态的复杂程度，并且与孔隙的成形机理之间存在良好的映射关系。
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