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电热爆炸喷涂层的纳米力学性能研究

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助　对　抖　２００６年第ｌＯ期（３７）卷　
电热爆炸喷涂层的纳米力学性能研究　
魏世丞，徐滨士，王海斗，金　国，王红美　
（装备再制造技术国防科技重点实验室，北京１０００７２）　
摘　要：　采用英国Ｍｉｃｒｏ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ公司生产的　Ｎａｎｏ　Ｔｅｓｔ　６００型纳米多功能测试仪，对电热爆炸喷涂　方法制备的ＦｅＡｌ、ＦｅＣｒＡｌ、ＦｅＣｒＡ１ＲＥ　３种电爆喷涂　层，进行力学性能测试，通过３种涂层加卸载曲线的对　比，以及每种涂层的硬度、弹性模量的测取，分析铁基　
金结合层，出现新的亚稳相，减少偏析现象，形成非晶、　微晶和纳米晶等组织结构，这些结构的产生使材料的　
物理力学性能发生显著变化，从而提高材料的强度和　塑性、改善磁性能、增强耐磨性、提高耐蚀性。进行纳　米力学性能检测之前，先将喷涂层试样沿截面切开，再　
用环氧树脂完成电爆喷涂层截面的镶嵌封装，再将试　样磨平并抛光，制备成测试样品，样品高度约为　
１０ｍｍ。　
３种电爆喷涂层的力学性能及涂层表面规律，从而优　
化电爆喷涂工艺参数。　
关键词：　纳米压痕；电热爆炸；涂层；力学性能　中图分类号：　ＴＧ１７４．２　
文献标识码：Ａ　
纳米压痕测试仪采用英国Ｍｉｃｒｏ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ公司　生产的Ｎａｎｏ　Ｔｅｓｔ　６００型纳米多功能测试仪，压头的　压针为金刚石制成的正三棱锥形Ｂｅｒｋｏｖｉｃｈ压头　ｊ。　纳米压痕测试装置结构原理图及纳米压痕试验截面图　分别如图１、２所示。在测试过程中，受测试样被垂直　固定在试样夹上，电流通过电磁线圈产生电磁力，带动　
文章编号：１００ｌ一９７３１（２００６）１０一Ｉ６７０—０３０　
１　引　言　
涂、镀层性能评价包括表观质量、附着强度、厚度、　
孔隙率、力学性能、耐磨抗蚀性能等一系列指标。当　前，各项性能检测大多是独立进行的，彼此间缺乏相互　关联性，造成了时间与经费的大量耗费。如何将测取　
悬浮梁旋转，使得金刚石压头压入受测试样表面。压　头移动的位移由平行板位移传感器测定，其精度可达　
到纳米级　。　
涂层力学性能与其它相关性能相结合，通过一部仪器　可以获取尽量多的信息，一直是研究人员需要解决的　
问题　ｔ　。　
纳米压痕（ｎａｎｏｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ）又称深度敏感压痕　（ｄｅｐｔｈ　ｓｅｎｓｉｎｇ　ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ）技术。是由ｗ．Ｃ．Ｏｌｉｖｅｒ等　人提出并发展起来的一种新兴的检测技术，能提供高　分辨率连续载荷和位移测量的材料表面（深度ｌＯ～　
１０　ｎｍ）的纳米力学性能，在不分离涂层与基体材料的　情况下完成硬度、弹性模量、断裂韧性、膜厚等多种力　学性能的测试　］。目前，先进的纳米压痕仪可以给出　整个加、卸载过程的载荷一位移曲线，以及硬度与弹性　模量随压痕深度的变化曲线［４］。本文针对电热爆炸喷　涂工艺制备的３种铁基微米、纳米晶喷涂层，利用纳米　
压痕测试技术分析了其纳米硬度及弹性模量变化规　
律。　
图１　纳米硬度仪结构原理示意图　
Ｆｉｇ　１　Ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｎａｎｏ　ｈａｒｄｎｅｓｓ　ｔｅｓｔ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　
２试样制备及测试方法　
利用电热爆炸喷涂方法制备Ｆｅ３０Ａ１、Ｆｅ５Ｃｒ３０Ａ１、　Ｆｅ５Ｃｒ３ＯＡＩ３ＲＥ　３种喷涂层。电热爆炸喷涂工艺又称　线爆炸喷涂，是一种新型的喷涂方式，它是利用金属导　
纳米压痕测试系统试验参数包括系统的测试温　
度、极限载荷、加卸载速率等参数，均列于表１。测试　过程由纳米硬度仪系统软件自动控制，依据ＩＳＯ标　准［ｇ　测试方法，选取测试压痕点数量，使各压痕点保持　
一
体（丝、片、箔）瞬间通放电发生爆炸后，产生冲击波力　学效应，结合快速凝固技术形成喷涂层　］。电热爆炸　喷涂工艺的优点在于可扩大涂层亚稳固熔度，形成冶　
定间距，避免各压痕点之间产生相互影响。测试的　
数据均经过测试系统软件消除温度及零点漂移修正而　得到，纳米硬度计借助其测试软件系统自动记录并计　
＊
基金项目：国家高技术研究发展计划（８６３计划）资助项目（２００３ＡＡ３３ｌ１３０）　
收到初稿日期：２００６—０３—１５　收到修改稿日期：２００６—０７—２０　
通讯作者：魏世丞　
作者简介：魏世丞（１９７４一），男，博士后，从事金属腐蚀与防护研究。　

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/29655a2e5a8102d276a22f25.html