热喷涂涂层残余应力测试案例

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；