ISO 27307:2015 — 热喷涂陶瓷涂层附着力/内聚力横向划痕测试

一、标准范围与测试原理

ISO 27307:2015 规定了用于评估热喷涂陶瓷涂层附着力和内聚力的横向划痕测试方法。该标准适用于厚度从 50 μm 到超过 1000 μm 的涂层，包括等离子喷涂、HVOF、冷喷涂和气溶胶沉积涂层。测试使用洛氏圆锥金刚石压头（20 μm 尖端半径）在恒定载荷下划过抛光后的涂层截面。

涂层工程师须知：与传统的正面划痕测试不同，这种横向划痕方法直接在截面上评估涂层-基体附着力，能更准确地反映厚陶瓷涂层中的界面结合强度。

划痕测试机必须具备刚性压头安装、受控法向载荷加载和声发射监测能力。试样垂直于涂层表面切割，嵌入冷镶嵌丙烯酸树脂中，抛光至 Ra < 0.5 μm。测试在受控环境条件（22 °C ± 2 °C，50% ± 5% 相对湿度）下进行，每个试样至少 4 次划痕，每种测试条件至少 3 个试样。

识别出三种主要失效模式：（1）无裂纹——涂层保持完整；（2）内聚裂纹——涂层内部失效；（3）附着裂纹——涂层-基体界面失效。附着失效的临界载荷表征了实际涂层附着力。声发射和切向力监测可在测试过程中提供实时检测。

标准实验室间测试的研究结果：在 3 N 载荷下测试的等离子喷涂 TiO₂ 涂层主要表现为无裂纹或内聚失效，而增加到 20 N 后转变为附着失效。YSZ 涂层表现出类似行为，证实了该测试区分涂层质量的能力。

横向划痕测试能够客观比较不同喷涂参数、材料体系和基体制备条件下的涂层附着力。这对于航空航天、发电和生物医学涂层应用中的质量控制特别有价值。

该测试在金相截面上评估附着力，仅代表三维涂层系统的二维切片。结果应与应用特定性能测试相关联，以进行全面涂层鉴定。

涂层厚度低于 50 μm 可能会产生基体主导的失效模式，不代表真实的涂层附着力。对于薄膜（< 50 μm），请参考 ISO 20502（传统正面划痕测试）。

问：横向划痕测试与传统正面划痕测试相比如何？
答：横向测试直接在截面上评估界面附着力，避免了涂层表面粗糙度和厚度方向性能梯度带来的复杂影响，更适合厚涂层（>100 μm）的陶瓷涂层。

问：该方法可用于金属或聚合物热喷涂涂层吗？
答：标准针对陶瓷涂层编写。金属涂层通常呈现不同的失效机制（以塑性变形为主），该方法可能无法充分捕捉。

问：该测试的典型重复性如何？
答：标准中的循环测试结果表明，按规定程序操作时，内聚/附着转变载荷的重复性在约 ±20% 范围内。