QATM 奧德鎂 | 一文了解氧化鋁熱噴涂涂層的金相制備、相分析和硬度測試

閱讀：65 發(fā)布時間：2025-12-25

一文了解氧化鋁熱噴涂

涂層的金相制備、相分析和硬度測試

關(guān)于氧化鋁熱噴涂涂層

氧化鋁（Al?O?）是熱噴涂技術(shù)中應(yīng)用廣泛的陶瓷材料之一。Al?O?基噴涂涂層具有耐高溫、耐腐蝕和耐磨、高電阻率及成本低等優(yōu)異特性，廣泛應(yīng)用于航空航天、泵類閥門、紡織與化纖機械、石油化工及電絕緣等工業(yè)領(lǐng)域。

獲得Al?O?噴涂涂層的工藝方法包括大氣等離子噴涂（APS）、高速氧燃料（HVOF）噴涂、超音速空氣燃料噴涂、粉末火焰噴涂等。其核心區(qū)別在于熱源和顆粒加速方式，這直接決定了涂層的質(zhì)量、孔隙率、結(jié)合強度和適用場景。對于絕大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用，大氣等離子噴涂是Al?O?涂層的選項和基準工藝，其相組成通常為亞穩(wěn)態(tài)的 γ-Al?O? 為主，并含有一定比例的穩(wěn)定 α-Al?O?。涂層結(jié)構(gòu)呈典型的層狀，內(nèi)部存在孔隙、微裂紋和未熔顆粒。一般來說，Al?O?涂層隨著晶粒尺寸和孔隙率的增加，顯微硬度會降低。因此在粉末尺寸方面盡量選擇較小且不堵塞噴槍的粒徑，以獲得更致密的氧化鋁涂層。

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獲得Al?O?熱噴涂涂層的主要工藝方法

隨著時間的流逝，我們迎來了2024年的年中時刻。在這個充滿挑戰(zhàn)與機遇的半年里，我們欣喜所取得的成

此外，為改善純Al?O?涂層的韌性或特定性能，有時候也通過加入其它氧化物作為緩沖相的方式，比如通過加入TiO?提高涂層致密度、韌性和結(jié)合強度（尤其適用于耐磨耐蝕工況）以及加入ZrO?提高韌性和抗熱震性。

氧化鋁熱噴涂涂層的制備難點

Al?O?熱噴涂涂層由于硬度高（HV 1000-2000）、脆性大，且與金屬基體性質(zhì)差異大，所以樣品的金相制樣具有挑戰(zhàn)性。制備后，首要的問題是確認涂層是否制備正確——在顯微鏡/掃描電子顯微鏡下觀察到的圖像究竟是真實的，還是微觀結(jié)構(gòu)中存在制樣假象。QATM 根據(jù)德國焊接與相關(guān)工藝協(xié)會（DVS）的熱噴涂涂層標準規(guī)范（如DVS2310-3）制定制備方法，可確保正確制備熱噴涂噴涂層樣品，清晰顯示無假象的顯微組織結(jié)構(gòu)，包括真實完整的孔隙和層狀結(jié)構(gòu)，涂層厚度、界面結(jié)合狀態(tài)、相組成以及可能的裂紋缺陷等。

切割取樣

隨熱噴涂涂層切割過程應(yīng)輕柔且精準，同時確保充分的冷卻，防止因為機械應(yīng)力或熱應(yīng)力導(dǎo)致涂層損壞、開裂或脫落。建議使用精密切割機，避免過快的進給速度（過高的進給率易使層中出現(xiàn)裂紋）。樣品應(yīng)以先切割涂層再切割基材的方式夾持，防止涂層脫離基材。

QATM Qcut 200A精密切割機及單垂直夾具樣品固定

鑲嵌

切割后的Al?O?熱噴涂涂層樣品需要先冷鑲嵌，使用低粘度環(huán)氧樹脂如QATM Qpox 92進行真空浸漬鑲嵌。真空環(huán)境能使樹脂充分滲入涂層的孔隙和裂紋中，在后續(xù)磨拋時起到支撐作用，避免出現(xiàn)“倒角"和“脫落"等現(xiàn)象。

熱噴涂樣品應(yīng)慎用熱壓鑲嵌，這是因為高溫和壓力可能加劇涂層開裂或涂層和基體剝離，在某些情況下也會改變孔隙的空間形貌率及孔隙率。

使用QATM Qpox 92環(huán)氧樹脂冷鑲嵌Al?O?熱噴涂涂層樣品

研磨拋光

Al?O?熱噴涂涂層樣品的磨拋過程應(yīng)遵循 “輕壓力、慢速度、勤冷卻" 的原則，磨拋壓力和磨盤及試樣夾具的轉(zhuǎn)速都應(yīng)適當(dāng)降低。磨光時可采用磨盤或新砂紙；為去除切割過程對涂層可能造成的損壞或相脫落，初始研磨步驟的材料去除量應(yīng)不小于0.5 毫米。9微米和3微米拋光步驟可在精磨盤或較硬的拋光布上進行以確保試樣平整度及避免邊緣倒角。對于孔隙度較高的樣品，軟相或雜質(zhì)可能轉(zhuǎn)移到孔隙中，致使檢驗結(jié)果顯示孔隙很少。此時需要適當(dāng)延長拋光時間，“打開"孔隙。