預(yù)熱對陶瓷涂層殘余應(yīng)力的影響

殘余應(yīng)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(nèi)的自相平衡的內(nèi)應(yīng)力。

殘余應(yīng)力的檢測國內(nèi)外均已開展多年，其測定方法可分為機(jī)械測定法和物理測定法。

機(jī)械測定法測定時須將局部分離或分割使應(yīng)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(shù)成熟，理論完善。其中尤以小直徑盲孔法因?qū)ぜp傷較小、測量較可靠，已成為現(xiàn)場實(shí)測的一種標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)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(yīng)變法（GB/T 24179-2009），均屬于無損檢測方法。壓痕應(yīng)變法采用電阻應(yīng)變片作為測量用敏感元件，在應(yīng)變花中心部位采用沖擊加載制造壓痕以代替鉆孔，通過應(yīng)變儀記錄壓痕區(qū)外彈性區(qū)應(yīng)變增量的變化，從而獲得對應(yīng)于殘余應(yīng)力大小的真實(shí)彈性應(yīng)變，求出殘余應(yīng)力的大小。從已有工程應(yīng)用結(jié)果看，這類方法既有應(yīng)力釋放法的優(yōu)點(diǎn)，測試設(shè)備相對簡單，測試結(jié)果準(zhǔn)確可靠，又有物性法的優(yōu)點(diǎn)。

在等離子噴涂工藝中，殘余應(yīng)力分別來自于預(yù)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(shù)不同。我們以氧化鉻涂層為例，在 0-1000攝氏度范圍內(nèi)，氧化鉻的熱膨脹系數(shù)9.5×10-6/℃，而一般合金基材熱膨脹系數(shù)10~20×10-6/℃之間。當(dāng)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(shù)差，會引起熱應(yīng)力，又叫溫變應(yīng)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(shù)差進(jìn)而降低殘余應(yīng)力，以免誘發(fā)界面處的裂紋擴(kuò)展，使涂層在這些區(qū)域萌發(fā)分層及開裂。、

預(yù)熱階段，通常發(fā)生的是淬火應(yīng)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(yù)熱溫度都不足以使基體獲得涂層成型時的穩(wěn)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(yīng)力，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，較低的預(yù)熱溫度，涂層成型的溫度越高，淬火應(yīng)力也會增大。

通常，預(yù)熱溫度不超過160攝氏度，時間不超過20秒。

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