预热对陶瓷涂层残余应力的影响

残余应力（Residual Stress） 是消除外力或不均匀的温度场等作用后仍留在物体内的自相平衡的内应力。

残余应力的检测国内外均已开展多年，其测定方法可分为机械测定法和物理测定法。

机械测定法测定时须将局部分离或分割使应力释放，这就要对工件造成一定损伤甚至破坏，典型的有切槽法和钻孔法，这方面技术成熟，理论完善。其中尤以小直径盲孔法因对工件损伤较小、测量较可靠，已成为现场实测的一种标准试验方法(见ASTM E837-99)。

物理测定法主要有射线法、磁性法、超声波法，以及压痕应变法（GB/T 24179-2009），均属于无损检测方法。压痕应变法采用电阻应变片作为测量用敏感元件，在应变花中心部位采用冲击加载制造压痕以代替钻孔，通过应变仪记录压痕区外弹性区应变增量的变化，从而获得对应于残余应力大小的真实弹性应变，求出残余应力的大小。从已有工程应用结果看，这类方法既有应力释放法的优点，测试设备相对简单，测试结果准确可靠，又有物性法的优点。

在等离子喷涂工艺中，残余应力分别来自于预热、热喷涂成型至涂层冷却，这两个阶段。其最主要的诱因还是基材和面层材料热膨胀系数不同。我们以氧化铬涂层为例，在 0-1000摄氏度范围内，氧化铬的热膨胀系数9.5×10-6/℃，而一般合金基材热膨胀系数10~20×10-6/℃之间。当热喷涂完成后，至冷却到室温阶段，面层与基材之间的热膨胀系数差，会引起热应力，又叫温变应力。

在制备陶瓷面层之前，我们先喷一层过渡材料，就是为了平衡基材和面层之间的热膨胀系数差进而降低残余应力，以免诱发界面处的裂纹扩展，使涂层在这些区域萌发分层及开裂。、

预热阶段，通常发生的是淬火应力，较高的基体温度可使粉体粒子充分沉积、形成致密涂层，但是过犹不及：过高和较低的预热温度都不足以使基体获得涂层成型时的稳定温度——缩小热喷涂时基体和面层的温度差，才会减少淬火应力，根据经验，较低的预热温度，涂层成型的温度越高，淬火应力也会增大。

通常，预热温度不超过160摄氏度，时间不超过20秒。

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