质疑定义适当涂层表面轮廓的当前方法（第1部分）

我经常被问到这个问题：“你喜欢哪种测试方法来检查一个磨料喷射钢表面轮廓用于涂层：TESTEX复制胶带那ISO比较器要么profileometer.？“（用于讨论副本磁带，阅读副本磁带：新表面简介信息的源。）

要诚实，我相信我的触摸感比任何这些方法都多。这个答案曾经被一名前同事联系在行业超过30年。他进一步评论了：“过去，当我发现我的手指在触摸新爆破的钢后出血时，我知道我有一个良好的表面轮廓。但今天，所有这些非血腥的测量工具和涂料规格，行业的表面制备问题并未减少，而是发生更多。“（有关磨料爆破，请参阅湿磨料：表面清洁替代方案的概述。）

有改进的余地吗？

这种意见反映了涂料行业可能是一种常见的经验。表面处理含有涂层项目的90％的工作量，但即使在规范中执行，它仍然有助于涂层故障。

我们的目前的涂层标准和规格是否有足够的帮助，帮助我们确定适当的要求，以确保涂层符合其设计生活？

这是典型涂层规格的一个例子：“钢表面应为爆炸清洁到A.近白色NACE No.2 / SSPC-SP10或SA2.5饰面，角表面轮廓高度最小值为2.5密耳（63微米），或在1.5密耳和4.0密耳（38微米和100微米）之间。“

类似的表面型材要求用于大多数国际公认的涂层标准和项目规范，包括API，ISO和SSPC.。

但是特定的表面粗糙度范围不是真正的决定因素。实际上，一个强度涂层的粘附力磨料爆炸基质不依赖于表面粗糙度的任何长度参数，无论粗糙度参数是Ra，Ry和Rz的轮廓线性高度，也不依赖于Ra，Ry和Rz的轮廓线性高度，或峰值计数（每个线性长度的峰值）。

相反，危急问题是粗糙表面是否具有更高的表面能和较低的接触角，以便为此提供充分的润湿性涂层。让我解释。

粘连科学

让我们从最终开始。磨料爆破表面制备的原因是产生涂层可以粘附的清洁基板表面，以便实现所需的粘结强度（粘附）在设计期间涂层服役生涯。

因此，在我们进一步讨论了磨料爆破表面的适当表面曲线的测量和规范要求之前，我们将首先需要回到粘合性的基础科学，这可能不会被行业中许多腐蚀工程师都很好地理解。

第一个：粘附机制

首先，粘合机制可分为三种基本类型：

1. 机械互动
2. 热力学机制
3. 化学键合

其中，机械相互作用显着贡献。对磨料爆破基底的机械粘附依赖于养护（硬化）表面轮廓内的涂层和粗糙基板表面和物理锚固件由此产生。

机械键可以通过联系摩擦在实际粘合性不足的区域之间的基材和涂层之间。

原则：张力中的机械粘合性与剪切中的机械粘合性显着不同。例如，高界面粗糙度可以改善剪切粘结强度，而拉伸机械粘合强度主要取决于表面轮廓中的垂直锚固。¹

点二：触点/润湿性系数

其次，粘合也被定义为通过需要外力或热运动以破坏键的方式接触并彼此接触并附着（粘合）的过程。因此，粘附有两个不同的方面：

1. 在联系的条件和动力学中
2. 在分离过程中

附着力的强度不仅取决于用于产生接触的能量，还取决于与接触界面中存在的相互作用。

在液体涂层和固体基质之间接触的情况下，该接触过程称为润湿。润湿表面的能力可以定义为液体的液体倾向铺展在固体表面上。当其表面能低于固体表面能时，液体将润湿固体。

原则：在重力下沉积在固体表面上的液体具有扩散直至液体的内聚力（内部力），重力力和毛细管（表面张力）力量平衡，达到平衡状态。

杨氏边界的力平衡或平衡由杨氏方程给出，接触角大于零（见图1）：²

图1.液滴润湿到刚性固体表面的接触角。

接触角下降，，液体润湿固体的趋势越大，直至发生完全润湿（接触角。为了发生完全润湿，液体的表面张力应小于或等于基板的临界表面张力（y_SG- y_sl）。大的接触角与润湿性差。幼小等式认为，当它既有化学均匀和时，表面也是理想的地形上光滑的。

然而，在粗糙表面（例如研磨爆破）的情况下，这不是真的，而不是具有一个平衡接触角值，它在前进和后退的表面上显示出一系列接触角。

由Wenzel在1936年定义了液体表面和润湿性之间的关系，他陈述了添加表面粗糙度将增强由表面化学引起的润湿性。可以使用等式描述Wenzel的陈述：^3.

粗糙度比定义为实际和投影的固体表面积（r = 1的光滑表面的r = 1）之间的比率，并且粗糙的r = 1。对于粗糙表面，粗糙度比（R）可以从3-D粗糙度参数计算（S._博士），这是发达的表面积比，表示由粗糙纹理所贡献的附加表面积：

Wenzel的理论为行业的共同索赔提供了基础表面处理用于涂层/粘合剂应用：

增加表面的粗糙度将改善液体涂层或粘合剂的粘合性。

然而，Wenzel等式基于假设粗糙表面与突出的光滑表面相比延伸的粗液界面区域。结果，液体已经穿透，然后完全覆盖到粗糙度槽中。

这意味着Wenzel的简单模型仅适用于捕获简单粗糙度地形的情况，以及接触角的实际范围的湿润表面，。

对于涂覆目的，重要的是要注意，在液体渗透到表面槽中以完全覆盖它们的情况下，并且在气体分子（例如空气）可以捕获在粗糙的谷物中，Wenzel方程没有申请。

原则：在粗糙的表面上，液体和固体之间的界面不是连续的并且存在固体液体和气液界面的交替，必须精心设计或确定粗糙度的几何形状，以揭示粗糙度之间的真实关系和润湿。

第三点：毛细力

第三，除了重力力之外，毛细血管力量由于表面张力是润湿过程的主要驱动力 - 用于浇筑在粗糙的固体表面上涂布。当两个湿润的表面接触时发生毛细管粘附。当接触角小于90°时，表面强烈粘合在一起。例如，在砂粒之间，水形成部分负责沙斯卡斯克乐稳定性的桥梁。

表面能对三种表面条件敏感：

1. 化学
2. 形态学
3. 吸附材料的存在

出于这个原因，吸附表面化学品降低其表面自由能（润湿性）。因此，具有高表面能的表面将具有强烈倾向于吸附来自大气的材料（例如水分或粉尘颗粒），从而降低润湿性。

表面活性剂， 要么表面活性剂，可以改变润湿性和毛细血管作用的性质。在粗糙的表面上，毛细血管吸收液体在锚地效果中起重要作用，因为它将材料浆料涂在基板的峰和谷。

当我们应用它以查看磨料喷射表面的表面轮廓的测量和规格要求来接受长期腐蚀保护的涂层时，对上述粘附理论进行了良好的粘附理论非常重要。

一种测量表面型材的更好方法

在质疑定义适当表面型材的当前方法（第2部分），我们将把这本科学提出练习，考虑更好的方法来测量和定义适当的爆破的钢表面型材以实现良好的涂层粘附。

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参考：

1. 高清。Beushausen，“长期表现粘合覆盖物”差异萎缩，“南非开普敦大学，2005年，264 PP。
2. T. S. Chow，粗糙表面的润湿，J.物理：凝聚物10（27）：L445,1998。
3. R.N.Wenzel，Ind。Eng。化学。28，P988,1936。