預熱對陶瓷涂層殘余應力的影響

殘余應力（Residual Stress） 是消除外力或不均勻的溫度場等作用后仍留在物體內的自相平衡的內應力。

殘余應力的檢測國內外均已開展多年，其測定方法可分為機械測定法和物理測定法。

機械測定法測定時須將局部分離或分割使應力釋放，這就要對工件造成一定損傷甚至破壞，典型的有切槽法和鉆孔法，這方面技術成熟，理論完善。其中尤以小直徑盲孔法因對工件損傷較小、測量較可靠，已成為現場實測的一種標準試驗方法(見ASTM E837-99)。

物理測定法主要有射線法、磁性法、超聲波法，以及壓痕應變法（GB/T 24179-2009），均屬于無損檢測方法。壓痕應變法采用電阻應變片作為測量用敏感元件，在應變花中心部位采用沖擊加載制造壓痕以代替鉆孔，通過應變儀記錄壓痕區外彈性區應變增量的變化，從而獲得對應于殘余應力大小的真實彈性應變，求出殘余應力的大小。從已有工程應用結果看，這類方法既有應力釋放法的優點，測試設備相對簡單，測試結果準確可靠，又有物性法的優點。

在等離子噴涂工藝中，殘余應力分別來自于預熱、熱噴涂成型至涂層冷卻，這兩個階段。其最主要的誘因還是基材和面層材料熱膨脹系數不同。我們以氧化鉻涂層為例，在 0-1000攝氏度范圍內，氧化鉻的熱膨脹系數9.5×10-6/℃，而一般合金基材熱膨脹系數10~20×10-6/℃之間。當熱噴涂完成后，至冷卻到室溫階段，面層與基材之間的熱膨脹系數差，會引起熱應力，又叫溫變應力。

在制備陶瓷面層之前，我們先噴一層過渡材料，就是為了平衡基材和面層之間的熱膨脹系數差進而降低殘余應力，以免誘發界面處的裂紋擴展，使涂層在這些區域萌發分層及開裂。、

預熱階段，通常發生的是淬火應力，較高的基體溫度可使粉體粒子充分沉積、形成致密涂層，但是過猶不及：過高和較低的預熱溫度都不足以使基體獲得涂層成型時的穩定溫度——縮小熱噴涂時基體和面層的溫度差，才會減少淬火應力，根據經驗，較低的預熱溫度，涂層成型的溫度越高，淬火應力也會增大。

通常，預熱溫度不超過160攝氏度，時間不超過20秒。

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