浅析影响热喷涂涂层抗拉结合强度测定结果的主要因素
李建华, 陈丽
热 喷 涂 技 术2010 年 6 月
摘 要：根据热喷涂涂层抗拉结合强度试验的实际情况,研究分析了样块预处理、粘接、粘接剂用量、涂层厚度以及试验机的加载速度等对热喷涂涂层抗拉结合强度测定结果的影响。关键词：热喷涂；涂层；抗拉结合强度涂层抗拉结合强度是指涂层与基体之间单位面积涂层从基体材料结合面上剥落下来所需要的力。它是检测涂层性能非常重要的一个指标[1]。
涂层结合强度不好，多数情况是由于喷涂前预处理不良的原因。此外，喷涂时工艺规范；基体金属与喷涂金属的热膨胀系数不同，均对结合强度有明显影响。但定量测定涂层结合强度时各相关因素处理不好也将直接影响测定结果。下面我们将从粘接剂的调配、涂层的厚度以及试验机的拉伸速度等几个方面对抗拉结合强度测定结果的影响加以探讨.
1.试验方法
1.1 仪器与设备
1.1.1 WDWH—50 型微机控制电子万能试验机。
1.1.2 TR110 型袖珍式粗糙度仪。
1.1.3 FA-2004N 电子天平，精确度 0.1mg。
1.1.4 YHG-40×45 型远红外快速恒温干燥箱。
1.1.5 Elcometer-456 涂层测厚仪（进口）。
1.2 材料、规格与试验流程
1.2.1 试验样块:直径 Φ25mm，长度 50mm，圆柱形 Q235 钢。
1.2.2 工装夹具材料为 Q235 钢，它是由两个内径为 25mm、外径为 38 mm、长为 110 mm 的半圆柱形夹套和两头两个相对应的端盖组成。两个半圆柱体由两头两个端盖上的四个 M4 mm 螺丝联成一体，由于样块和加载块是两个长为 50 mm 直径为25 mm 的圆柱体，粘接后放入一个半圆柱体内，再盖上另一半圆柱体，旋紧两端盖上的螺丝，轴向再由端盖中央的 M8 mm 的螺丝加以固定，同时也给予粘接时的静荷载，这样就把粘接块水平和垂直方向都夹紧固定了，避免粘接时样块与加载块产生角位移（弯曲）和/或位置位移（错位），保持了样块与加载块粘接后同心，抗拉试验时基体样块与加载块受力在同一轴心，保证了涂层抗拉结合强度测试结果的可靠性和准确性，详见图 1。
1.2.3 胶粘剂为 E-7 高温结构胶。
1.2.4 试验流程
1.2.4.1 制样是根据热喷涂工艺制作一定厚度的试验样块，并保持喷样面平整。
1.2.4.2 样块粘接：按规定比例调好粘接剂，用刮刀将粘接剂涂布在已处理好的加载块和喷有涂层样块的表面，待表面湿润后把多余粘接剂刮掉，只留下薄薄的一层，放入专用工装粘结。这样可保持样块对接时不至于多余的粘接剂溢出而污染样块的侧面。从而导致抗拉试验时试验机的夹钳夹不住样块，样块有滑动现象而影响测定。
1.2.4.3 固化：样块放入夹具夹好后放入 105℃远红外快速恒温干燥箱烘考固化 3 小时。夹具放入干燥箱中一定要竖立着放置不能横着放置，因粘接剂固化前有一定的流动性，导致粘接剂向下流动导致不均匀而影响粘接效果，而流出的粘接剂还会污染样块侧面。
1.2.4.4 测试：待样块固化好后，冷却至室温，取出样块，依据国家标准 GB/T 8642 进行测试。
1.3 结合强度计算公式[2]Rн= Fm/S （1）
式中：Rн——抗拉结合强度，单位为 N/mm2；Fm——最大载荷，单位为 N；S——断裂面横截面积，单位为 mm2。
2 结果与讨论
2.1 固化剂的用量对测定结果的影响
在电弧喷涂涂层抗拉结合强度测试技术中，粘接剂粘接工艺规范对涂层结合强度测试结果起着重要作用，它关系到抗拉试验的成败。具体试验结果见表 1.
由表 1 结果表明固化剂与“E-7 结构胶”最佳配比是 1：10（质量比），在这个范围内，胶层结合强度都在 70Mpa 以上，而且重现性很好。如果固化剂用量偏多，如固化剂与 E-7 结构胶之比 1.5:10时,固化后胶层脆性增大，胶层粘接力减小；如果固化剂用量偏少,如固化剂与 E-7 结构胶之比 0.5:10时,胶层固化效果变差,胶层粘接力降低,在 E-7 结构胶与固化剂进行化学反应时,由于固化剂用量不足,固化反应不完全,影响了胶层的粘接强度。抗拉试验时会出现胶层面断开而涂层与基体拉不脱现象，导致试验失败。
2.2 涂层厚度对测定结果的影响
E-7 结构胶是一种环氧胶，为碳氢氧化合物，它有一定的渗透性。而不同的热喷涂涂层又有一定的孔隙率，如果涂层太溥，粘接剂完全或部分渗透的话，抗拉试验时实际上有一部份是粘接剂的结合强度，测出的结合强度结果会偏大。另外涂层本身有一定的残余应力，涂层的残余应力与涂层的厚度是线性关系。涂层愈厚，其残余应力愈大[3]，这样就会降低涂层的结合强度。因此我们进行了同一种丝材在 0.2～1.5 mm 左右不同厚度同一喷涂工艺下的抗拉结合强度的试验，涂层厚度用 Elcometer-456测厚仪测厚。试验结果见表 2，表中数据为三个试样的平均值，涂层厚度与结合强度的关系曲线见图 2.
从试验结果及曲线可以看出，该涂层厚度在0.22～0.58mm 和 1.02～1.52mm 左右测定的结果随厚度增加而减小，数据不够稳定，厚度在 0.58～1.02mm 左右测定的结合强度数据相对比较平稳，数据比较接近，说明该涂层厚度在此范围内测定的抗拉结合强度相对准确。因此为保证涂层有一个好的结合强度，对涂层厚度要控制在一个适当的范围内。本试验用喷涂材料的最佳厚度 0.60～0.80mm。
2.3 试验机的加载速度对测定结果的影响
本试验使用的拉力试验机为 WDWH-50 微机控制电子万能试验机，它采用电子测试和试验数据的自动处理技术，因此正确地设置加载拉伸速度对获得准确的试验数据非常重要。为此我们以粘接剂为例以不同的拉伸速度对结合强度测定的影响进行了试验。设计了拉伸速度为 1、3、5、7、10、12mm/min 共六组数据，试验结果见表 3：由试验结果可以看出，不同的拉伸速度对测试结果的稳定性有一定的影响。拉伸速度为 1、3、5mm/min 时测试结果的平均值相对比较接近，极差和标准偏差也相对较小，说明所测得的数据相对稳定。但随着拉伸速度的增大，尤其是拉伸速度超过 7mm/min时其测试结果的平均值相差较大，极差和标准偏差也比较大，说明所测得的数据不稳定。因此本试验机的拉伸速度应控制在 5mm/min 以下为宜。
3 结论
（1）本试验所用胶粘剂“E-7 高温结构胶”固化剂与胶的的最佳配比是 1：10（质量比）。一定要按其说明准确配制。
（2）测定涂层抗拉结合强度时涂层要有适当的厚度。本试验用喷涂材料的最佳厚度为 0.60～0.80mm。
（3）抗拉试验时应按标准规定控制一定的加载拉伸速度，以其达到测定结果的真实程度和稳定性.
参考文献略
本站文章未经允许不得转载；如欲转载请注明出处，北京桑尧科技开发有限公司网址：http://www.sunspraying.com/
|
