涂层硬度的特性

涂层的硬度与涂层材料的性质是分不开的，但是涂层的硬度与喷涂材料的硬度有所区别，即使是同一种喷涂材料，涂层硬度通常也是不同的，所以在评定和检验涂层硬度时要考虑到涂层的特性。

 

1.涂层组织的特殊性

 

涂层的组织结构是十分复杂的，不同涂层，即使是同一种涂层材料而喷涂条件不同，其涂层的组织结构，即组成涂层的微粒大小与结构、气孔的多少与大小、氧化物等化合物的含量多少均不相同。而且，由于涂层中含有气孔和氧化物的夹渣，使得涂层组织结构是非均质的，因而造成涂层硬度的非均一性。

 

通过金相检验可以直接观察到涂层的组织结构，合格的涂层组织应是变形微粒的层状结构，未变形的球状颗粒应控制一定的数量比例。同时在涂层与基体界面上氧化物夹渣与气孔在总的微观距离上一般不应超过15%。在界面上不应有大的孔洞和夹渣。

 

2.涂层的硬度与喷涂条件

 

喷涂条件包括喷涂设备的工作参数、喷涂距离、喷涂件的热性能、喷涂时的温度、喷涂材料的性质、喷涂材料的输送速度、喷枪或喷涂件的移动速度等。不同的喷涂条件造成涂层硬度的不同。

如图11-6-2所示为分别改变喷涂材料的输送速度、氧压、压缩空气压等喷涂条件时，用熔线式气喷涂（氧气&氢气燃烧焰）法制成的四种材料涂层的硬度。无论加大喷涂材料输送速度、氧压、空气压中的哪一个条件，涂层的硬度都会增大。尤其是在加大氧压和空气压时，会促使涂层中氧化物含量的增加，并且，加大空气压力可以提高喷涂微粒对基体表面的冲击速度，因此可用以制成致密的涂层。

 

图11-6-2熔线式气喷镀条件与镀层硬度的关系

高频感应喷镀法也会由于喷镀条件的改变而使镀层硬度大不相同。图11-6-3所示为碳钢在空气压力为3.9×105Pa时，镀层硬度与喷镀距离的关系。喷镀距离约100mm时，镀层硬度可达到 HB400的最大值。

图11-6-4所示为空气压力对碳钢镀层（喷镀距离为100mm）硬度的影响。从图中可看出，随着空气压力的加大，镀层硬度也越高，当空气压力为4.9×105Pa时，镀层的硬度为HB420。

 

又如图11-6-5所示为碳钢镀层硬度与碳钢材料中碳含量的关系（空气压力3.9×105Pa时，喷镀距离100mm)。从图中可见，随着碳含量的增加，镀层硬度也随之提高。碳钢(0.65%碳）镀层的硬度是HB450。

 

3.涂层的宏观硬度与显微硬度

 

由于测定检验涂层硬度的方法不同，涂层硬度的含义在本质上也是不同的。例如，用同一的压入压痕法进行硬度测定，可以使用布氏或洛氏硬度计，这两种测定都是以大范围内的压痕为测定对象，测出的是宏观硬度值，由于涂层硬度受气孔、氧化物等因素影响而具有的非均一性，使测出的宏观硬度受到影响。而利用显微硬度计，则可测出涂层微粒硬度值，即涂层的显微硬度。

涂层的宏观硬度与显微硬度的含义在本质上是不同的。数值上当然也不同，例如，构成高碳钢镀层的微粒的硬度值，若按显微硬度计来换算，为HRC67，而镀层本身的平均硬度却是HRC38-40。此外，在测定刻痕硬度时，夹杂在涂层微粒之间的化合物微粒可能给出更高的数值。对于厚度较小，通常指几十微米以下的涂层，为了消除基体材料对涂层硬度的影响和涂层厚度对压痕尺寸的限制，一般用显微硬度法。