热喷涂涂层结合强度不足的常见原因有哪些？

一、工件表面预处理不达标

1. 表面清洁不彻底

• 工件表面残留油脂、氧化物、污垢或水分，导致涂层与基材间形成 “隔离层”，削弱机械咬合和物理结合力。

• 例如：未使用丙酮、乙醇等溶剂脱脂，或未通过喷砂去除氧化皮。

2. 表面粗糙度不足

• 喷砂处理（如使用石英砂、钢砂）未达到足够粗糙度（如 Ra 值低于 50μm），导致涂层与基材间的机械锚定作用减弱。

• 后果：涂层易因剪切力作用从光滑表面脱落。

3. 预热温度不当

• 基材未预热或预热温度过低（如低于 100℃），喷涂时高温粒子撞击冷基材，产生较大热应力，导致涂层收缩开裂或结合不良。

• 特例：铝合金等热敏感材料预热过高可能引发氧化，需精准控制温度。

二、喷涂工艺参数不合理

1. 热源能量不足

• 火焰喷涂中燃气流量过低、等离子喷涂功率不足，导致喷涂材料未充分熔融，以 “半固态” 或颗粒状撞击基材，形成弱结合。

• 典型表现：涂层呈现多孔结构，结合强度仅为正常工艺的 50% 以下。

2. 喷涂距离不适宜

• 距离过远：熔融粒子飞行中冷却过快，撞击基材时已凝固，无法与表面紧密咬合。

• 距离过近：粒子过热氧化严重，或基材局部过热变形，均降低结合力。

• 示例：等离子喷涂镍基合金时，最佳距离通常为 80~120mm，偏离此范围易导致结合强度下降。

3. 送粉速率与热源匹配失衡

• 送粉量过大：热源无法完全熔化粉末，未熔颗粒增多，形成 “假结合”。

• 送粉量过小：基材过度受热，表面氧化加剧，涂层与基材间形成脆性氧化物层。

三、材料匹配性问题

1. 基材与涂层材料热膨胀系数差异过大

• 例如：钢基材（热膨胀系数 12×10⁻⁶/℃）喷涂陶瓷涂层（如 Al₂O₃，热膨胀系数 8×10⁻⁶/℃），冷却后因收缩率差异产生应力，导致涂层剥落。

• 解决方案：使用过渡层（如 NiCr 合金）缓解应力。

2. 涂层材料选择不当

• 腐蚀性环境中选用非耐腐蚀材料（如普通碳钢涂层用于酸性介质），涂层快速腐蚀后与基材分离。

• 案例：海洋设备未选用不锈钢或镍基涂层，因盐雾腐蚀导致结合失效。

3. 粉末质量缺陷

• 粉末粒度分布不均（如细粉占比过高易氧化，粗粉难以熔融）、含氧量超标（如金属粉末表面氧化），导致涂层内聚力不足，间接影响与基材的结合。

四、环境与设备因素

1. 喷涂环境粉尘或湿度超标

• 开放式车间中粉尘颗粒吸附于基材表面，或高湿度环境导致基材返锈，阻碍涂层与基材直接接触。

• 标准要求：喷涂环境湿度应低于 85%，必要时使用局部净化装置。

2. 设备稳定性不足

• 喷枪喷嘴堵塞、送粉器供粉不均匀、气体流量波动（如压缩空气含油含水），导致喷涂过程不稳定，涂层结构疏松。

• 检测指标：定期校准设备，确保燃气 / 氧气流量误差≤±5%。

五、后处理工艺缺失

1. 未进行必要的封孔或热处理

• 多孔涂层未封孔（如使用树脂、石蜡填充孔隙），在腐蚀或磨损环境中介质渗入孔隙，逐步破坏结合界面。

• 高应力工况下未进行回火处理（如喷涂后加热至 200~300℃保温），涂层内应力未释放，导致后期开裂脱落。

2. 机械加工损伤

• 涂层研磨或抛光时压力过大，导致表层与基材间产生微裂纹，削弱结合强度。

总结与排查建议

• 优先检查表面处理：通过显微镜观察基材表面粗糙度（如喷砂后应呈现均匀 “毛面”），使用表面粗糙度仪测量 Ra 值。

• 测试粉末熔融状态：收集喷涂后的飞溅颗粒，通过扫描电镜（SEM）观察是否存在未熔颗粒。

• 模拟工艺试验：制作试片进行划格法（ISO 2409）或拉开法（GB/T 5210）结合强度测试，对比标准值（如火焰喷涂锌涂层结合强度应≥5MPa）。