电弧喷涂涂层界面结合性能的关键机制：基材粗糙度、涂层厚度与材料协同作用研究

本文系统探讨了电弧喷涂（Wire Arc Spraying）技术中基材表面粗糙度、涂层厚度与材料对金属涂层界面结合性能的影响机制。通过拉伸（Pull-off）和剪切（LS）测试结合扫描电镜（SEM）及能谱（EDS）分析，揭示了粗糙表面更适配厚涂层而精细表面适合薄涂层的规律，为优化防腐涂层设计提供了关键理论支撑。

　　

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Materials

A-36钢（源自Mid America Steel Inc.）被用作基材，这是土木和交通基础设施中最常用的钢材。为在钢基材上创建不同粗糙度水平，使用了三种不同尺寸（#12、#54和#240）的氧化铝磨料（购自Trinco Tool公司）。此外，采用商用铝（Al，1.6 mm）、锌（Zn，1.6 mm）和锌-15铝（Zn-15Al，3.175 mm）线材作为喷涂材料，通过喷砂处理表面形成电弧喷涂涂层。

Roughness Measurements

钢基材的表面粗糙度在全部表面处理后均使用PCE-RT 1200粗糙度测试仪（由PCE Instruments提供）按照ASTM D7127标准进行定量测量。表面粗糙度测量采用三个参数：平均粗糙度R_z（代表最大单个谷深的算术平均值）、算术平均粗糙度R_a（表示轮廓偏差绝对值的算术平均值）以及最大高度R_t（评估轮廓内最高峰与最低谷之间的垂直距离）。

Surface characterizations

表3展示了四种不同表面粗糙度水平下的平均粗糙度（R_z、R_a和R_t）结果。观察表明，表面粗糙度随粗糙度水平（与较小磨料尺寸相关）显著增加，且所有三个参数均呈现相同趋势。与仅分析基材上峰谷特征的R_z和R_t不同，R_a提供了表面轮廓的更全面视图。

Conclusions

本研究探讨了不同基材粗糙度、涂层厚度和涂层材料对电弧喷涂涂层界面结合性能的影响。关于表面表征，发现所有磨料介质的粗糙度值均准确反映了其各自介质和粗糙度水平。对于涂层表征，能谱（EDS）分析证实了电弧喷涂的有效性，平均纯度超过97%，且氧浓度较小。