什么是涂层的结合力？

涂层结合力不良会引起涂层剥落 (又称脱皮), 不仅直接影响制品的外观质量, 而且使涂层的防护性和功能(如而幅性、导电性、焊接性能、防腐蚀性等)均失去作用。 因此, 若涂层的结合力不合格, 则无须进行其它性能的检验, 可见涂层结合力的重要性。（相关仪器：附着力仪）

1.涂层的形成

 

被加热到熔化或近于熔化状态的喷涂材料粉末或微粒, 从喷枪向基体表面高速飞行, 并相继以高速度冲击基体表面, 碰撞后产生扁平变形, 层叠后便形成涂层 。

一般来说, 微粒与微粒之间, 大体上是机械地结合着的, 但是也有的是局部熔合结合的, 其微粒间的结构很复杂。 同时, 在从喷嘴到基体表面的飞行过程中, 由于金属、合金表面会发生氧化,所以每个微粒表面都覆盖着氧化物,这样,在微粒的边界也必然夹杂着氧化物, 因此, 微粒与微粒之间除了机械结合之外, 还存在着以这样的氧化物为中介而结合的部分, 以及氧化膜局部地破裂, 微粒本身的金属之间相互融在一起而形成的结合部分 。 此外, 也还有一些特殊情况, 如在完全的情性气体介质中形成的活性材料(範、钛)的镀层,是在微粒间无氧化膜的情况下熔融在一起的。又如在进行钼的喷镀时, 微粒在飞行中其表面会发生剧烈的氧化, 但其氧化了的部分容易升华, 所以叠层后的微粒群间氧化物的厚度很小。

2.涂层的结合力

 

涂层的结合力, 即涂层与基体之间的结合强度, 与涂层和基体边界面的结构密切相关。

 

喷涂过程中, 飞行的喷涂材料粉末或微粒碰撞经粗糙处理过的基体表面, 与基体表面的 凸起和凹处机械地咬合, 这是造成涂层与基体结合的主要原因, 这样的结合机理称为抛锚效果 。 此外, 喷涂材料与基体材料形成的合金或两者间的化学反应也能提高涂层与基体的结合力, 其次, 在基体面和喷涂微粒表面上生成的氧化物薄层形成中介物而增加基体与涂层的结合力 。 还有扩散力, 即物理的结合, 也有助于涂层与基体的结合。

 

金属钼涂层与钢铁基体的结合力很强, 通过对带有钼底喷涂层的碳钢涂层与软钢基体结合力试验,可以看到,在基体与钼涂层微粒之间并未产生破坏,而在钼微粒与碳钢微粒之间则产生了破坏, 由此可知钼涂层与钢基体的结合力较强。 其原因是: 喷涂过程中,钼微粒在飞行中表面发生了氧化,但在发生氧化的同时,氧化物急剧升华,所以, 在被极薄的氧化膜覆盖着的熔化状态的钼微粒与基体表面相碰撞的瞬间, 其氧化膜被破坏,纯净的高温的钼微粒与基面表面直接接角出,发生熔合而形成金属结合,因此,其结合力较强, 观察钼镀层与软钢基体边界部分的电子显微组织, 可以看出边界面邻域上两者的结合层, 其间发生了金属间的相互反应或局部熔化结合。 在钴和镍铬合金基体上进行钼喷镀时, 基体与钼镀层的边界上也同样会产生合金层 。

 

又如在高纯度的干燥氮气中, 用等离子射流法在预处理过的钨板上喷镀钨时, 可以得到与基体完全融熔结合的镀层 。 从钨基体与镀层边界的光学和电子显微组织照片中, 可以明显看出新形成的品界是横穿边界连接着的状态。

 

钼镀层与铝基体之间也具有较高的结合力 。 但钼对铜及其合金基体的结合力却较低, 这是因为铜的导热性能高, 当钼微粒冲击时, 基体在合金层生成所必须的最起码的熔合尚未形成时, 便急剧冷却了的结果。

 

用电孤法在钢基体上喷镀的钢镀层, 用电子显微观察基体与镀层边界面, 可发现有局部的金属结合,这是由抛锚效果和物理结合形成的,在边界面上,存在着2~3µm厚的相互扩散层 。 此外, 在电孤喷镀制成的铝镀层与钢基体的界面, 也存在着扩散结合层。

 

塑料镀层是通过分散力与基体面结合的 。但如果基体是金属, 由于镀层与基体之间存在着较大差异的热膨胀系数, 而在喷镀后的冷却中, 镀层就易从基体上脱落。 在这种情况下,应先对基体表面进行粗糙处理,才能保持住相当的结合力。因此,从宏观上讲,塑料镀层与基体之间也是一种机械结合。但环氧系树脂涂层与金属基体的结合却是例外, 因为环氧分子边缘的环氧基中的氧对树脂与金属之间产生的化学结合产生了有效作用, 因此环氧系树脂涂层与金属基体的结合力是较高的 。
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