镀层与基体界面的结合强度优化措施

不同厚度镀层试样在拉伸试验机上镀层与基体拉开分离时的应力见表4-1。从表4-1可以看出，镀层厚度从20μm增加到60μm，结合强度值均在2MPa以上，随着镀层厚度的增加，结合强度有所降低。李云涛在室温下获得了Ag-Ni、Ag-Cu的冷压焊结合，并发现界面存在扩散现象，结合强度为170～200MPa^[5，22]，Hamid Assadi在310℃以300m/s和900m/s的颗粒冲击速度通过冷喷涂工艺在钢板上制备了冷焊结合的铜层，发现铜层和基体结合界面的结合强度分别约为500MPa、800MPa，铜层和基体间的结合以机械咬合（物理结合）为主^[23]。T.W.Clyne研究发现热喷涂锌层/基体的结合强度为10～15MPa，涂层/基体间的结合主要为机械结合^[24]。由此可见，低温下双金属结合时金属（颗粒）之间的结合强度高到几百兆帕的情况下两者的结合仍以物理结合为主。由表4-1可以看出，机械镀锌层和基体间的结合强度较弱，结合强度约为2～3MPa，远低于冷喷涂、冷压焊的情况，甚至低于热喷涂涂层的结合强度。

表4-1 镀层与基体界面拉伸试验结果

镀层的冲击试验发现，当冲击量程较小时，镀层表面只是受冲击而产生冲击坑（见图4-2），不发生镀层的破裂或剥离失效；当达到一定冲击量程时，镀层发生破坏失效，如20μm、40μm的镀层在100mm的冲击高度下发生失效（见图4-3），60μm的镀层在120mm的冲击高度下发生失效（见表4-2）。体式显微镜下观察镀层的冲击坑发现，镀层的失效为冲击剥离失效（见图4-3）。

分析表4-2的试验结果发现，镀层厚度对试样表面冲击坑的直径大小影响不大，只是镀层增厚时，镀层发生冲击剥离失效时的冲击高度增加。这说明厚镀层的抗冲击性能要优于薄镀层。由于厚镀层在镀层表面的垂直方向上分布有更多的锌粉颗粒和空隙，当受到外界冲击力时，锌粉颗粒的变形、位移和空隙的变形、压缩能够吸收较多的冲击功，进而减缓外力对镀层与基体界面的冲击作用，所以与薄镀层相比，厚度层具有较好的抗冲击破坏性能。

图4-2 镀层表面的冲击坑（28×）(www.xing528.com)

图4-3 镀层表面受冲击时的剥离现象（28×）

表4-2 不同厚度镀层试样的冲击实验结果

从前面的分析可以推断，机械镀锌层和基体之间可能以物理结合为主。当然，这需要进行结合界面处的显微组织分析加以论证。