YST 550-2025 金属热喷涂层剪切强度测定方法标准立项发展报告

金属热喷涂层剪切强度测定方法标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:TestMethodforShearStrengthofThermallySprayedMetallicCoatings摘要关键词：金属热喷涂层；剪切强度；测定方法；标准化；行业标准；质量控制；热喷涂技术AbstractThermalsprayingtechnology,asanimportantbranchofmaterialssurfaceengineering,iswidelyappliedinthesurfaceprotectionandfunctionalstrengtheningofcriticalcomponentsinaerospace,energyandpower,petrochemical,andtransportationsectors.Shearstrengthisacoremechanicalindicatorforevaluatingthebondingqualitybetweenthermallysprayedcoatingsandsubstrates,directlyaffectingtheservicereliabilityandlifepredictionaccuracyofcoatedcomponents.Withthedevelopmentofthermalsprayingtechnologytowardhighvelocity,hightemperature,andhighparticlekineticenergy,coatingsystemshavebecomeincreasinglycomplex,placinghigherdemandsonthestandardizationofshearstrengthtestmethods.Thisreportsystematicallyreviewsthecurrentstatusanddevelopmenttrendsofdomesticandinternationalstandardsforshearstrengthtestingofthermallysprayedmetalliccoatings,andanalyzestheprojectbackground,technicalcharacteristics,andimplementationsignificanceofStandardYS/T550-2025"TestMethodforShearStrengthofThermallySprayedMetallicCoatings."Thestandardisunderthejurisdictionofindustrystandardsfornon-ferrousmetals,classifiedunderpowdermetallurgy,wasissuedonApril10,2025,andofficiallyimplementedonNovember1,2025.Thereleaseandimplementationofthisstandardwilleffectivelyunifyindustrytestmethods,improvethecomparabilityandcredibilityoftestresults,providestrongtechnicalsupportforengineeringapplicationsandqualitycontrolofthermalsprayingtechnology,andholdsignificantpracticalimportanceforpromotingthehigh-qualitydevelopmentofChina'sthermalsprayingindustry.Keywords:thermallysprayedmetalliccoatings;shearstrength;testmethod;standardization;industrystandard;qualitycontrol;thermalsprayingtechnology1引言1.1研究背景热喷涂技术是指利用某种热源（如电弧、等离子弧、火焰、激光等）将喷涂材料加热至熔化或半熔化状态，并以一定速度喷射沉积到预处理过的基体表面，形成具有特殊性能涂层的技术。该技术自20世纪初问世以来，经历了火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂、高速氧燃料喷涂（HVOF）、冷喷涂等多个发展阶段，已成为材料表面改性与功能化最重要的技术手段之一。据中国表面工程协会统计，2024年我国热喷涂行业市场规模已突破380亿元，年复合增长率保持在9%以上，应用领域涵盖航空发动机叶片、燃气轮机热端部件、石油钻采工具、轨道交通制动盘、生物医用植入体等众多高端装备关键部件。剪切强度是表征涂层/基体界面结合质量的最重要力学性能指标之一。在服役过程中，涂层部件往往承受复杂的剪切载荷，如滑动接触、热应力失配、高速气流冲刷等工况均会在涂层界面产生剪切应力。涂层剪切强度的高低直接决定其抗剥落能力与服役寿命，因此准确的剪切强度测试对于涂层工艺优化、质量检验和寿命评估均具有不可替代的作用。然而，国内外在金属热喷涂层剪切强度测定方面长期存在测试方法不统一、结果可比性差的问题。不同实验室、不同测试装置、不同试样制备工艺所得数据往往存在显著差异，严重制约了热喷涂技术的工程应用与质量管控。1.2标准立项必要性分析（1）行业需求迫切：随着热喷涂涂层在高端装备中的应用日益广泛，各行业对涂层剪切强度的检测需求快速增长，亟需统一的测试标准作为质量评定依据。（2）国际对标需要：国际标准化组织已发布ISO14916:2017《热喷涂-拉伸粘结强度测定》，但该方法针对的是拉伸强度而非剪切强度，不能完全满足工程中对界面剪切性能评定的需求。（3）旧版标准更新滞后：原标准YS/T550-2006《金属热喷涂层剪切强度测定方法》已实施近二十年，在测试装置精度、试样制备要求、数据处理方法等方面均已难以适应当前热喷涂技术发展的需要。（4）产业升级驱动：国家《“十四五”原材料工业发展规划》明确将表面工程材料及测试评价技术列为重点发展方向，对相关标准制修订提出了更高要求。2标准编制概况2.1标准基本信息-标准编号：YS/T550-2025-标准名称：金属热喷涂层剪切强度测定方法-英文名称：TestMethodforShearStrengthofThermallySprayedMetallicCoatings-标准状态：现行-发布机构：行业标准-有色金属-分类号：粉末冶金-发布日期：2025年4月10日-实施日期：2025年11月1日-国别：中国-语种：中文（简体）2.2编制原则本标准的编制遵循以下基本原则：（1）科学性：测试原理建立在材料力学和界面力学理论基础上，确保测试结果的物理意义明确。（2）适用性：标准规定的测试方法应适用于不同热喷涂工艺（火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂、HVOF、冷喷涂等）制备的金属及合金涂层。（3）可操作性：测试装置结构合理、操作简便，便于各检测实验室推广应用。（4）协调性：与现行有效的国家标准、行业标准保持协调一致，避免技术指标冲突。2.3主要修订内容与YS/T550-2006版本相比，本次修订重点解决以下技术问题：（1）试样制备规范化：细化了基体材料选择、表面预处理工艺、喷涂参数记录等要求，增加涂层厚度测量方法及其对剪切强度测试结果影响的说明，减少因试样差异引入的测试误差。（2）加载装置精度提升：对加载装置的加载速率范围、载荷指示精度、同轴度等关键技术参数进行了修订和明确，由定性描述改为定量技术指标，提升装置的测试精度与可靠性。（3）数据处理科学化：引入了离群值判定规则和有效试样数量要求，明确异常值处理方式，提高了测试结果的统计有效性。（4）结果表达规范化：增加了测试报告中必须包含的信息项，确保测试过程可追溯、结果可复现。3国内外相关标准分析3.1国际标准现状国际标准化组织ISO/TC107（金属及其他无机覆盖层技术委员会）负责热喷涂涂层相关标准的制修订工作。与剪切强度测试相关的国际标准主要包括：-ISO14916:2017《热喷涂-拉伸粘结强度测定》：采用对粘拉伸法测定涂层结合强度，是国际上应用最广泛的热喷涂涂层结合性能评价标准。该标准虽名为“拉伸粘结强度”，但在样品制备和数据处理方面对剪切强度测试具有重要参考价值。-ISO14917:2017《热喷涂-术语、分类》：对热喷涂工艺和涂层进行了系统分类和术语规范，为各类热喷涂标准提供了统一的语言基础。-ASTMC633-13(2021)《热喷涂涂层粘结或内聚强度标准测试方法》：美国材料与试验协会发布的拉伸法测涂层结合强度的标准方法，在航空航天领域应用广泛。上述国际标准均聚焦于拉伸法测定涂层结合强度，对于剪切强度的测定方法尚无专门的国际标准。部分学者和企业参考ASTMD1002（胶粘剂剪切强度测试方法）或自行设计剪切夹具进行测试，测试条件各异，数据可比性较差。3.2国内标准现状国内与热喷涂层力学性能测试相关的标准主要包括：-GB/T8642-2002《热喷涂抗拉结合强度的测定》：等同采用ISO14916，规定了热喷涂涂层拉伸结合强度的测定方法。-GB/T13222-1991《金属热喷涂层剪切强度的测定》：早期国家标准，后因行业管理调整，由行业标准YS/T550-2006取代。-YS/T550-2006《金属热喷涂层剪切强度测定方法》：本标准的前版，规定了采用环形剪切法测定金属热喷涂层剪切强度的方法。-HB5476-1991《航空金属热喷涂层剪切强度测试方法》：航空行业专用标准，适用于航空产品热喷涂涂层的剪切强度测试。从国内外标准现状来看，尚无专门针对金属热喷涂层剪切强度测定的国际标准或国家标准，各行业和企业主要参照上述标准或自行制定企业标准进行测试。这一现状导致不同来源的剪切强度数据缺乏可比性，严重影响了热喷涂涂层质量的评价与交流。4标准主要技术内容解读4.1适用范围本标准规定了金属热喷涂层剪切强度测定方法的术语和定义、原理、试验设备、试样制备、试验步骤、结果计算和试验报告等要求。适用于采用火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂、高速氧燃料喷涂（HVOF）及冷喷涂等工艺制备的金属及合金热喷涂层剪切强度的测定。4.2方法原理本标准采用环形剪切法（亦称“套筒法”或“衬套法”）测定涂层剪切强度。其基本原理是：在圆柱形基体试样的中部喷涂涂料，形成一定宽度的环形涂层带，将带涂层的试样置于特制剪切夹具中，在万能材料试验机上对涂层施加轴向剪切载荷，直至涂层从基体表面剪切剥落。剪切强度按下式计算：τ=F/(π×d×b)式中：-τ——剪切强度，单位为兆帕（MPa）；-F——涂层剪切破坏时的最大载荷，单位为牛顿（N）；-d——基体试样直径，单位为毫米（mm）；-b——涂层有效剪切宽度，单位为毫米（mm）。该方法的优点在于：涂层受剪切面积计算简单明确、加载方式接近实际工况中的界面剪切载荷模式、装置结构相对简单便于推广应用。4.3试验设备要求标准对试验设备提出了明确技术要求：（1）材料试验机：应满足量程和精度要求，载荷示值误差不超过±1%，加载速率可控制在0.5~5mm/min范围内。（2）剪切夹具：采用环形剪切原理设计，剪切环内径与试样直径的配合间隙应控制在0.05~0.15mm范围内，刃口部分应有足够的硬度和耐磨性。夹具的同轴度应保证在0.02mm以内。（3）测量工具：用于测量基体直径和涂层宽度的量具精度应不低于0.02mm。4.4试样制备要求试样制备是影响剪切强度测试结果的关键环节，标准对此作出了详细规定：（1）基体材料：推荐采用与产品零部件相同或相近的材料，基体直径推荐为25mm或40mm，长度应满足试验装夹要求。（2）表面预处理：应按照GB/T11373《热喷涂金属零部件表面预处理通则》的要求进行喷砂粗化处理，表面清洁度达到Sa2½级，表面粗糙度Ra值控制在3.2~6.3μm范围内。（3）喷涂工艺：喷涂参数应记录完整，包括喷涂方法、喷涂材料、焰流参数、喷涂距离、喷涂角度、送粉量等，确保涂层厚度均匀且达到规定要求。涂层厚度应不小于0.3mm，以便后续加工至规定尺寸。（4）试样加工：喷涂后的试样应进行机械加工，保证涂层表面平整且与基体同轴，涂层宽度应大于剪切环刃口宽度。4.5试验步骤与结果处理标准对试验步骤和数据处理提出了明确要求，包括：-试样数量应不少于5个，试验结果取算术平均值。-若个别数据偏差超过平均值的±15%，应予以剔除，但有效数据不得少于3个。-报告应给出剪切强度的平均值、标准偏差及单个数据。-破坏模式应记录为：涂层从基体完全剥离（界面破坏）、涂层内部断裂（内聚破坏）或混合破坏模式。4.6标准的技术特点与创新与旧版标准相比，YS/T550-2025在以下方面体现出了技术特点与创新：（1）测试条件精细化：加载速率由原来的“均匀加载”细化为具体数值区间，剪切环间隙由“适当配合”明确为具体公差范围，显著提高了测试条件的可操作性和结果可比性。（2）适用性拓展：将适用范围由传统的火焰喷涂和电弧喷涂扩展到等离子喷涂、HVOF和冷喷涂，适应了热喷涂技术的最新发展。（3）质量控制强化：增加了对试验装置定期校准和验证的要求，推荐采用标准参考物质或比对试验进行实验室间能力验证。（4）与产品标准衔接：明确了涂层剪切强度测试结果在产品验收和质量评定中的应用方式，为下游行业标准提供有力支撑。5主要起草单位及行业影响5.1主要起草单位介绍本标准的主要起草单位为有色金属技术经济研究院有限责任公司（以下简称“有色技经院”）。该院是有色金属行业综合性研究与技术服务机构，长期承担有色金属行业标准化技术归口管理工作，是国家有色金属标准化技术委员会粉末冶金分技术委员会的秘书处挂靠单位。有色技经院在热喷涂领域具有深厚的研究积累，先后主持或参与制修订了数十项有色金属行业标准、国家标准及国际标准，涵盖粉末冶金材料、热喷涂材料与涂层、硬质合金、贵金属功能材料等多个领域。该院拥有专业的标准研究团队和先进的试验验证条件，建立了完善的标准化工作体系和标准试验验证平台，在热喷涂层性能测试方法研究方面积累了丰富经验。多年来，该院积极跟踪ISO/TC119（粉末冶金）和ISO/TC107（金属及其他无机覆盖层）国际标准化工作，在国际标准制定中代表中国提出多项意见和提案，为推动我国有色金属行业标准化工作与国际接轨发挥了重要作用。5.2标准实施对行业的影响本标准发布实施后，将从以下方面对行业产生影响：（1）统一测试方法，提升数据可比性：统一全国各实验室的测试方法和试验条件，使不同企业、不同检测机构获得的剪切强度数据具有可比性，为热喷涂涂层质量评价建立共同的技术语言。（2）支撑质量控制体系建设：为热喷涂涂层生产企业的质量体系建设和产品检验提供明确的技术依据，有利于企业内部质量控制和出厂检验的规范化和制度化。（3）促进技术交流与贸易往来：统一的测试方法和数据表达方式有利于技术交流、成果比较和商务谈判，降低交易成本。6结论与展望6.1结论YS/T550-2025《金属热喷涂层剪切强度测定方法》标准的发布实施，是我国热喷涂标准化工作的重要阶段性成果。该标准在充分吸收国内外相关标准化成果和工程实践经验的基础上，结合热喷涂技术发展和产业应用的实际需求，对测试方法进行了系统修订和完善：（1）标准形成了科学完善的金属热喷涂层剪切强度测试方法体系，涵盖了试样制备、试验装置、测试程序、数据处理和报告规范的全部环节。（2）标准在测试条件精细化、适用工艺范围拓展、质量保证措施等方面进行了创新性修订，有效提升了测试结果的准确性和可比性。（3）标准的实施将为我国热喷涂行业提供统一、科学、可操作的剪切强度评价方法，有力支撑涂层质量控制和工程应用。6.2展望（1）推动标准升级为国家标准：在行业标准实践应用积累的基础上，适时推动本标准升级为推荐性国家标准（GB/T），进一步提升其权威性和适用广度。（2）加快国际标准转化：建议依托我国在热喷涂领域的产业规模和技术积累，积极争取在国际标准化组织（ISO）立项金属热喷涂层剪切强度测定方法标准，将中国方案推向国际。（3）拓展涂层测试标准体系：继续完善热喷涂涂层力学性能测试方法标准体系，逐步覆盖结合强度、硬度、弹性模量、断裂韧性、摩擦磨损等性能测试，为热喷涂技术的工程应用提供系统化的标准支撑。（4）适应新型涂层技术发展：关注冷喷涂、液相等离子喷涂、溶液前驱体等离