浅谈热喷涂涂层残余应力的测试技术

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1、伍超群等浅谈热喷涂涂层残余应力的测试技术浅谈热喷涂涂层残余应力的测试技术1,2221伍超群,周克崧,邓畅光,邓春明(1.广东工业大学材料能源学院,广东广州510081;2.广州有色金属研究院,广东广州510651)[摘要]阐述了热喷涂过程中残余应力产生的原因以及主要残余应力的测试方法,介绍了各种测试方法的原理及各自的优势和局限性,并对各种测试方法进行了比较。[关键词]残余应力;热喷涂;测试方法[中图分类号]TG113;TQ630.7[文献标识码]B[文章编号]1001-3660(2005)05-0082-02TestTechniqueofResidu

2、alStressinThermalSprayingCoatingsWUChao2qun,ZHOUKe2song,DENGChang2guang,DENGChun2ming(1.CollegeofMaterialandEnergy,GuangdongUniversityofTechnology,Guangzhou510090,China;2.GuangzhouResearchInstituteofNon2ferrousMetals,Guangzhou510650,China)[Abstract]Thereasonswhichcausedtheresid

3、ualstressintheprocessofthermalsprayandthemaintesttechniqueofresidualstresswereexplainedinthepaper.Theprinciplesofvarioustestmethodsandtheirad2vantageandshortagewereintroduced,andallkindsoftesttechniqueswerecompared.[Keywords]Residualstress;Thermalspraying;Testmethod0引言在热喷涂过程中当熔

4、融的喷涂颗粒高速运动撞向基体时,颗粒从熔融温度降低到基体温度或前一涂层温度时快速冷却,在热喷涂过程中,由于喷涂材料的性能、涂层厚度、喷涂工急剧收缩,造成材料的变形,材料的相变和状态变化的不均匀引艺、喷涂速度以及涂层材料与基体材料的热膨胀系数和弹性模起残余应力,这种残余应力是热喷涂涂层沉积过程中所固有的,量等参数的不同,造成残余应力的大量存在。涂层中残余应力为涂层的本征应力。在等离子喷涂过程中人们常将此类残余应的存在影响了涂层的微观组织结构和显微硬度,易引起涂层内力称为“淬火应力”,而在HVOF喷涂过程中常表现为冲击应微裂纹的产生,降低涂层强度以及与基

5、体的结合强度,直接影响力。到工件的抗热冲击性能、疲劳寿命等性能。目前,人们对涂层的1.2热失配应力残余应力进行了大量的研究,大多数主要集中在理论分析的基喷涂材料和基体材料热物理系数的差异是造成涂层残余应础上,通过设计采用多种模型对残余应力进行模拟计算,并取得力的另外一种因素。在沉积过程中喷涂材料与基体材料的热膨[122]了一定的进展,但是各种理论模型计算的结果与各种测试胀系数和弹性模量不同,在喷涂过程完成后涂层和基体冷却到方法测试的实验结果仍存在较大的差异。由于涂层中存在的残室温时产生的一种热不匹配应力。余应力对涂层的质量和使用性能有较大的影响,并在

6、一定程度同时在热喷涂涂层沉积过程中,温度的改变、应力弛放过程上决定了涂层的使用寿命,所以,如何快速准确地测定涂层中的(如塑性变形等)、化学成分的变化以及相结构的变化均可引起残余应力成为人们越来越关心的问题。残余应力的变化。1涂层残余应力的形成机理2涂层残余应力的测定方法[7]残余应力是热喷涂过程中普遍存在的一种现象,与喷涂工尽管测试材料残余应力的方法很多,但由于热喷涂涂层艺、基体及粉末性能、样品形状和喷涂参数等因素密切有关。涂所具有的特性,加上各种测试方法本身的特点和有限的测试条[326]层残余应力产生的原因很多,主要原因可归纳为两大类。件,采用各种

7、测试方法欲获得涂层残余应力的准确值仍存在一1.1本征应力定的难度。目前常采用衍射法、剥离法和曲率法等测试方法对[收稿日期]2005-06-17[作者简介]伍超群(1967-),女,湖南长沙人,高级工程师,博士生,主要从事热喷涂技术,电子探针分析等研究。82第34卷第5期表面技术Vol.34NO.52005年10月SURFACETECHNOLOGYOct.2005涂层的残余应力进行测量,并随着高新技术的发展,出现了细观2.2.1盲孔法[8]方法、激光云纹干涉法、Raman应力法等等。各种测试方法在盲孔法是目前应用最广泛的残余应力测量方法,由于测量测量过

8、程中均具有一定的优势,同时存在一定的局限性。根据手段简单,成本较低,测量精度较高,已成为一种标准测试方法,残