热喷涂涂层残余应力测试案例

2019-03-08 10:48

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资料摘要：

热喷涂涂层广泛应用于航空航天、冶金、化工、电力、舰船、交通运输、增材制造等领域，旨在提高材料耐磨损、耐腐蚀、耐高温、抗氧化、防辐射等性能而施加在材料表面的覆盖层。热喷涂涂层的力学性能对膜/基系统的服役行为影响很大。相关的涂层区域及膜/基界面区域的应力状态较为复杂，使役环境温度梯度热应力、相变产生的热应力、热不匹配引发的形变热应力、氧化膜生长应力等等，都会在此集中。较大的残余应力将使涂层自身产生弹性变形、塑性变形甚至断裂；残余应力将大大降低膜/基结合强度，导致涂层的开裂或剥落，甚至导致基片破坏。热喷涂涂层残余应力表征一直是相关工程技术领域研究的热点和难点。相关表征技术始于20世纪初，自Stoney在1909年对电镀薄膜应力进行定量研究以来，到目前为止已发展了许多应力的测量方法。归纳起来，主要有：X射线衍射法、基片弯曲法、物性测量法以及用于特定薄膜的一些方法，如荧光光谱法和激光拉曼法等。相关表征技术介绍及优缺点等请参考文末的参考文献，在此不再赘述。本文采用的即是基片弯曲法，具体而言利用激光杠杆手段表征喷涂前后的基体曲率半径，代入Stoney公式计算涂层的残余应力σ。实验结果表明，FST1000应力仪能够实现对热喷涂涂层残余应力的快速和准确表征（单样品测试时间＜5min；每个样品曲率半径重复测试两遍，相对误差＜5%）。参考文献： 1. 柯培玲，“爆炸喷涂热障涂层的抗热冲击行为及其失效机理的研究”，中科院博士论文，2006年； 2. 赵升升，“电弧离子镀制备（Ti，Al）N薄膜的残余应力的研究”，中科院博士论文，2009年；

相关资料

薄膜内应力表征方案

针对硬质涂层，半导体薄膜等薄膜残余应力测试表征。基于基片弯曲法Stoney公式测量原理，利用光杠杆技术获得基本曲率半径，进而换算获得应力数据。根据不同应用场景，具有两种测试模式：测试范围内各个数据点应力mapping数据或样品表面整体平均残余应力。

辉光放电处理——电镜样品真空等离子清洗及亲水活化

1.离化空气产生活性氧原子及臭氧清洗表面有机污染物； 2.离化空气产生等离子体活化表面，提高表面亲水性； 3.无热损伤，无离子轰击损伤； 4.一体式设备，即插即用，空气气源（无需额外气源）。

大气等离子清洗笔杀菌除电镜样品有机污染物

1.便携手持式大气冷等离子发生器； 2.无需额外气源，利用空气作为气源； 3.通过离化空气产生臭氧清洗表面有机污染物； 4.灭菌或抑菌作用； 5.高效，即插即用。

TEM样品杆真空存储站作用效果讨论

若TEM样品杆长期暴露于大气，空气中水汽及残留污染物会附着于样品杆表面。当样品杆重新安装样品并插入TEM中时，会发生： 1.样品杆表面（包括杆内外表面）残存水汽缓慢地释放，大大延长了TEM抽真空时间（由于原位TEM样品杆内部结构复杂，内表面积大大增加，其进入TEM后抽真空延时现象尤甚）； 2.残留污染物会污染待观察样品，甚至会污染TEM真空腔室及内部极靴、探测器等等。从实用角度考虑，平时不用时，将样品及样品杆存放于真空存储站内；需要使用时，将样品杆从真空存储站内取出，固定好样品后即时插入TEM中。如此就能够保证样品杆与大气中水汽及污染物最大程度的隔绝，有效保证：1.TEM样品抽真空时间大大缩短；2.减少对TEM真空腔室及部件的污染。

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