熱噴涂涂層結(jié)合強(qiáng)度測試

1 范圍 

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了熱噴涂涂層結(jié)合強(qiáng)度檢測方法。 本標(biāo)準(zhǔn)適用于厚度大于0.38 mm(0.015 in)的熱噴涂涂層垂直于涂層表面方向上的結(jié)合強(qiáng)度的檢測。 注：本標(biāo)準(zhǔn)中的涂層結(jié)合強(qiáng)度是指熱噴涂涂層的內(nèi)聚強(qiáng)度和與基底之間的結(jié)合強(qiáng)度。 

2 規(guī)范性引用文件 

下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。 ASTM E4 拉伸試驗機(jī)的載荷校準(zhǔn)（Standard Practices for Force Verification of Testing Machines）  （熱噴涂）

3 儀器設(shè)備 

3.1 拉伸試驗裝置應(yīng)符合 ASTM E4 的規(guī)定。測試結(jié)合強(qiáng)度時，施加的載荷應(yīng)在 ASTM E4 中所規(guī)定的試 驗機(jī)的載荷范圍之內(nèi)，載荷的最大允許誤差應(yīng)在±1.0%以內(nèi)。應(yīng)將位移速率控制在 0.013 mm/s (0.030 in/min) 和 0.021 mm/s (0.050 in/min)之間，并保持恒定，以逐漸增加拉伸載荷。試驗機(jī)上應(yīng)配有記 錄斷裂發(fā)生前最大載荷的指示裝置。 

3.2 為避免在涂層上出現(xiàn)偏心負(fù)載或者彎曲載荷，應(yīng)通過自動同軸裝置對涂層和夾具施加拉伸載荷。 當(dāng)試驗機(jī)不包含自動同軸裝置時，可按圖 1 制作并裝配該裝置。也可采用圖 2 中的方案制作和裝配。 （熱噴涂涂層）

4 粘接劑 

4.1 粘接劑應(yīng)由涂層的購買和生產(chǎn)雙方?jīng)Q定。

4.2 粘接劑的拉伸強(qiáng)度應(yīng)不小于涂層結(jié)合強(qiáng)度的最低要求值。  （熱噴涂涂層）

4.3 粘合劑應(yīng)該具有足夠的黏性，以確保其向涂層內(nèi)部滲透的深度不超過 0.38 mm (0.015 in.)。某些 采用固化劑室溫固化的粘合劑（參見附錄 A）符合以上滲透性要求。如果使用其他粘接劑，應(yīng)與被證明 符合本要求的粘接劑進(jìn)行對比試驗，對比試驗應(yīng)符合本規(guī)范的要求。 需加熱固化的粘合劑，高溫下粘度可能降低，從而向涂層內(nèi)滲透。因此在使用此類粘合劑之前，應(yīng) 與被證明符合要求的粘接劑進(jìn)行對比試驗，當(dāng)試驗結(jié)果滿意后，方可使用該粘合劑； 采用環(huán)氧類液態(tài)粘合劑時，應(yīng)確保試樣上膠的厚度均勻。 

4.4 每次使用本方法進(jìn)行檢測時，都應(yīng)確定粘合劑的粘結(jié)強(qiáng)度。

圖1 自動同軸裝置

圖2 另一種自動同軸裝置方案

5 試樣 

5.1 基底塊與加載塊 

5.1.1 通則 試樣由加載塊和涂有待測涂層的基底塊構(gòu)成。基底塊與加載塊應(yīng)為長度不小于 38 mm (1.5 in)的實心圓柱（見圖 3），或由涂層的供需雙方另行約定?；讐K與加載塊的末端應(yīng)能安裝在拉伸試驗機(jī)的自動同軸裝置上?；讐K及加載塊的兩端面應(yīng)平行，并垂直于載荷軸線，端面的直徑應(yīng)不小于 23 mm (0.9 in)，且不大于 25 mm (1.0 in)?；讐K直徑與加載塊直徑應(yīng)相等，且相差應(yīng)不大于 0.5%。

圖3 基底塊與加載塊

5.1.2 基底塊材料 

基底塊應(yīng)用金屬制作，宜采用與待測涂層的實際基底相同的金屬材料。如果沒有指定材料，則應(yīng)采 用 SAE 1018 或 1020 號鋼制作基底塊。 

5.1.3 加載塊 

加載塊應(yīng)由金屬制作，具體材料可任意選擇。但為便于制作和使用，宜用與基底塊相同的材料制作， 便于與基底塊互換。 

5.2 涂層制備 

基底塊的待噴涂端面應(yīng)按待測涂層施工規(guī)范進(jìn)行表面準(zhǔn)備，如噴砂或打磨粗化等。按規(guī)范要求在準(zhǔn) 備好的表面上噴涂涂層。 

5.3 涂層厚度 

在噴涂前后用千分尺測量基底塊的高度，以計算涂層厚度。涂層厚度應(yīng)大于 0.38mm（0.015 in）。 如果噴涂后需要對涂層進(jìn)行研磨或車削，則涂層厚度應(yīng)增加約 0.13 mm (0.005 in)，以留出加工余量。涂層表面各點(diǎn)到基底塊另一端面的高度變化應(yīng)不大于 0.025 mm (0.001 in)。如果涂層表面高度變化大 于 0.001 in(0.025 mm)，應(yīng)研磨或車削涂層表面，或去除涂層重新噴涂。

5.4 涂層表面的研磨或車削 

當(dāng)涂層表面起伏過大時，應(yīng)對其進(jìn)行研磨或車削，以使基底塊與加載塊對接時保持端面平行且同軸。 加工程序應(yīng)按具體涂層材料制定，或向涂層制造商咨詢。通常僅需粗略的研磨或車削即可使涂層表面起 伏達(dá)到 5.3 的要求。涂層表面的研磨或車削應(yīng)不損傷涂層或影響涂層與基底塊的結(jié)合。宜采用帶有電磁 卡盤的打磨機(jī)，以便把帶有涂層的基底塊的背面固定在電磁卡盤上。涂層表面的加工不應(yīng)采用噴砂等其 他方法。 

5.5 加載塊與基底塊的連接 

加載塊的粘接面應(yīng)不帶有油、潤滑脂、研磨液或切削液。粘接面應(yīng)采用機(jī)械方法去污，如機(jī)加工、 研磨、輕微噴砂，或用干凈棉布擦拭。用粘合劑將加載塊的粘接面粘結(jié)到基底塊的涂層上，并擦去多余 的粘合劑。加載塊與基底塊應(yīng)平行對中，并保持固定直至粘合劑固化。為確保加載塊與基底塊平行對中， 應(yīng)將試樣放置在帶 V 形槽的金屬塊上。如果涂層表面已被研磨或車削平整（見 5.4），則不需在 V 形 槽中放置。

5.6 檢測樣本數(shù)量 

檢測樣本的數(shù)量取決于檢測目的。如用于驗收，則每種試樣應(yīng)不少于 5 個。 

6 檢測過程 

6.1 按要求數(shù)量準(zhǔn)備基底塊，并制備熱噴涂涂層。根據(jù)需要，對涂層進(jìn)行研磨或車削。

6.2 準(zhǔn)備粘合劑。將清理過的加載塊在盡可能短的時間內(nèi)全部粘結(jié)到噴涂過的基底塊上。另外，準(zhǔn)備 一組未噴涂過的加載塊以測量粘合劑的結(jié)合強(qiáng)度。 

6.3 應(yīng)在相同的位移速率下對每個試樣施加拉伸載荷，直 至 試 樣 斷 裂 ， 位移速率應(yīng)為 0.013 mm/s (0.030 in./min)～0.021 mm/s (0.050 in./min)。記錄施加的最大載荷。

7 計算方法 

結(jié)合強(qiáng)度等于最大載荷除以橫截面積。 

8 測試結(jié)果分析 

8.1 測試結(jié)果反映出涂層或界面的最薄弱部分。采用放大倍率達(dá) 100 的顯微鏡即可以觀測到斷裂部位。 

8.2 當(dāng)斷裂全部發(fā)生在涂層和基底的界面上時，測試結(jié)果是涂層和基底的結(jié)合強(qiáng)度。 

8.3 當(dāng)斷裂全部發(fā)生在涂層內(nèi)部時，測試結(jié)果是涂層的內(nèi)聚強(qiáng)度。 

8.4 如果已知粘合劑的拉伸強(qiáng)度，且粘合劑的拉伸強(qiáng)度大于熱噴涂涂層結(jié)合強(qiáng)度的最小要求值，斷裂 全部發(fā)生在粘合劑內(nèi)部，測試結(jié)果表明涂層的結(jié)合強(qiáng)度大于此最小要求值。 

8.5 當(dāng)斷裂發(fā)生在試樣的多個部位時，則無法判斷最初導(dǎo)致斷裂的原因。 

8.6 當(dāng)涂層有多層結(jié)構(gòu)，且斷裂全部發(fā)生在相鄰層之間時，測試結(jié)果是涂層的層間結(jié)合強(qiáng)度。

9 測試報告

報告應(yīng)包括如下內(nèi)容： 

a) 涂層和材料技術(shù)參數(shù)，包括熱噴涂設(shè)備型號，噴涂參數(shù)； 

b) 涂層厚度以及表面是否拋光或者已噴涂的狀態(tài)； 

c) 基底塊材料； 

d) 基底塊的表面狀態(tài)； 

e) 粘合劑的名稱及其技術(shù)參數(shù)，以及粘結(jié)工藝的細(xì)節(jié)是否與生廠商操作說明有出入； 

f) 熱噴涂試樣的數(shù)量以及檢測的試樣數(shù)量； 

g) 每個被檢測試樣的結(jié)合強(qiáng)度； 

h) 結(jié)合強(qiáng)度的平均值、最大值與最小值，單位用 Pa（或 psi）表示； i) 試樣斷裂位置，包括在涂層-基底界面處、涂層內(nèi)、粘合劑內(nèi)，或者它們的連接處，以及多層 涂層的內(nèi)部結(jié)合失效； j) 粘合劑的粘結(jié)強(qiáng)度。 

10 精確度與誤差 

設(shè)計、基底材料和制造工藝，以及涂層的噴涂都是結(jié)合強(qiáng)度的不確定因素，每次使用本測試方法， 供需雙方應(yīng)共同確定測試結(jié)果的誤差要求和誤差解釋達(dá)成一致。