喷铝、喷锌涂层的形成及特点

　1.形成过程及原理
    涂层的形成原理是：
    喷涂时，首先是喷涂材料被加热达到熔化或半熔化状态；紧接着是熔滴雾化阶段；然后是被气流或热源射流推动向前喷射的飞行阶段；最后以一定的动能冲击基体表面，产生强烈碰撞展平成扁平状涂层并瞬间凝固。在凝固冷却的0.1s中，此扁平状涂层继续受环境和热气流影响。每隔0.1s第二层薄片形成，通过已形成的薄片向基体或涂层进行热传导，逐渐形成层状结构的涂层。
    2.涂层结构
    喷涂层的形成过程决定了深层的结构。喷涂层是由无数变形粒子互相交错呈波浪式堆叠在一起的层状组织结构。
    涂层中颗粒与颗粒之间不可避免地存在一部分孔隙或空洞，其孔隙率一般在4％～20％之间。涂层中伴有氧化物等夹杂。采用等离子弧等高温热源、超音速喷涂以及低压或保护气氛喷涂，可减少以上缺陷，改善涂层结构和性能。
    由于涂层是层状结构，是一层一层堆积而成，所以涂层的性能具有方向性，垂直和平行涂层方向上的性能是不一致的。涂层经过适当处理后，结构会发生变化。如涂层经重熔处理，可消除涂层中氧化物夹杂和孔隙，层状结构变成均质结构，与基体表面的结合状态也发生变化。
    3.涂层结合机理
    涂层的结合包括涂层与基体表面的结合和涂层内部的结合。涂层与基体表面的结合强度称为结合力；涂层内部的结合强度称为内聚力。涂层中颗粒与基体表面之间的结合以及颗粒之间的结合机理已有许多人研究过，但仍未彻底搞清楚，仍然是一个值得研究的课题。通常认为有以下几种方式：
    ①机械结合。碰撞成扁平状并随基体表面起伏的颗粒，由于凸凹不平的表面互相嵌合，形成机械钉扎而结合。一般说来，涂层与基体表面的结合以机械结合为主。
    ②冶金-化学结合。这是当涂层和基体表面出现扩散和合金化时的一种结合类型，包括在结合面上生成金属间化合物或固溶体。当喷涂后进行重熔即喷焊时，喷焊层与基体的结合主要是冶金结合。
    ③物理结合。颗粒对基体表面的结合，是由范德华力或次价键形成的结合。
    4.涂层残余应力
    当熔融颗粒碰撞基体表面时，在产生变形的同时，受到激冷而凝固，从而产生微观收缩应力，涂层的外层受拉应力；基体，有时也包括涂层的内层则产生压应力。涂层的这种残余应力是由喷涂热条件及喷涂材料与基体材料物理性质的差异所造成的，它影响涂层质量；而且这种应力随涂层厚度的加大而增加，最终导致涂层断裂或从基体上剥离。以不同的热膨胀或热接触引起的应力，可以通过控制基体温度而减少到某种程度。最好还是进行适当的预处理，以使应力分散，并限制其收缩应变，如吹砂后的粗糙表面能抑制和控制这种收缩应变。较大的粗糙度，即宏观粗化，如开沟槽、车螺纹等，不但有助于涂层结构的形成，而且可以使收缩应力限制在局部范围内，亦能使片状涂层结构折叠，从而进一步分散应力。