热喷涂界面的观察与分析
李 权,刘贵才
电子显微学报
在表面工程技术中,涂层和基体的界面性质直接影响到工件的综合性能[1]。热喷涂技术由于简单易行,是应用最为广泛的表面工程技术之一。本文利用扫描电子显微镜和X射线能谱仪对一热喷涂工件的涂层界面进行观察和分析。
1 实验及测试
在Nb棒材表面热喷涂Mo,将该热喷涂工件依次经过线切割、粗磨、精磨和抛光处理,再制作成金相样品(腐蚀剂为48%的氢氟酸15ml、硝酸35ml及水75ml的混合溶液)。利用LEICA-S440扫描电子显微镜对金相样品进行观察,束流大小为300PA,加速电压为20kV;利用KEVEX X射线能谱仪的面分析功能,对Mo和Nb两种元素在涂层界面的分布进行了线扫描分析。
2 测试结果分析
图1为热喷涂的界面形貌。图中可见喷涂层和基体的交界面比较清晰,这表明基体材料未发生显著变化;在基体表面存在一些微坑,这可能是为了提高喷涂层的附着力而对表面进行粗化处理造成的。图中涂层主要以比较规则的粗大柱状晶形态存在,这表明涂层正常凝固时的最大过冷方向为涂层厚度方向;靠近基体的涂层大多为等轴晶形态,这是因为涂层在基体表面发生激冷凝固。
图2为喷涂层界面上两种元素分布的线扫描分析。图左侧是喷涂层界面和扫描线,即所谓的感兴趣区(ROI,Region of Interest),扫描线方向是从喷涂层到基体,分析元素为Mo和Nb;图右侧为Mo和Nb两种元素的扫描分析曲线。从曲线上看,在界面上,喷涂层元素Mo和基体元素Nb均有一定程度的相互扩散。从二曲线在界面处的斜率可以判断,喷涂层元素Mo向基体中的扩散更为显著。这是因为喷涂层温度较高,相对基体其元素分子运动更加活跃。
因为热喷涂界面上喷涂层和基体发生一定程度的相互扩散,因此热喷涂界面属于扩散型界面[2]。热喷涂工件的涂层和基体不像表面看来是单纯的附着关系,而是处于较好的结合状态。
3 结论
(1)热喷涂中基体材料未发生显著变化;喷涂层主要以比较规则的粗大柱状晶形态存在。
(2)热喷涂界面属于扩散型界面。
参考文献略
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