Адгезия термопластичного покрытия к металлической подложке носит комплексный характер и определяется сочетанием механических, термодинамических и химических факторов [4].
Первая составляющая связана с механическим зацеплением расплава в микронеровностях поверхности. Эффективность данного механизма определяется вязкостью расплава в момент удара частицы о подложку, скоростью его растекания и способностью заполнить микропрофиль шероховатости. При недостаточном прогреве высокая вязкость ограничивает проникновение расплава в микронеровности, что уменьшает реальную площадь контакта и снижает вклад механического сцепления [5].
Вторая составляющая обусловлена межмолекулярным взаимодействием на границе раздела фаз. С позиций термодинамики адгезии прочность соединения определяется работой адгезии — энергией, необходимой для разделения контактирующих фаз. Эта величина связана с поверхностными энергиями материала покрытия и подложки, а также с межфазным натяжением [4]. Снижение краевого угла смачивания увеличивает фактическую площадь контакта и, следовательно, повышает работу адгезии.
В экспериментальной практике работа адгезии коррелирует с удельной энергией разрушения, определяемой при испытаниях на отрыв. Таким образом, измеряемая адгезионная прочность отражает не только механическое сцепление, но и энергетические характеристики межфазного взаимодействия. Для термопластичных покрытий вклад термодинамической составляющей особенно существенен, поскольку состояние поверхностного слоя расплава формируется непосредственно в зоне пламени.
Состав пропан–воздушной смеси оказывает прямое влияние на химическую активность межфазной области. Увеличение окислительного потенциала пламени способствует образованию полярных функциональных групп в поверхностном слое полимера [1], что повышает его поверхностную энергию и увеличивает работу адгезии. Однако чрезмерная окислительная среда может инициировать деструкцию макромолекул, снижая когезионную прочность покрытия и, соответственно, энергию разрушения соединения.
Современные исследования межфазных процессов в термически напылённых покрытиях активно используют методы спектроскопического анализа — инфракрасную спектроскопию (FTIR), рентгено-фотоэлектронную спектроскопию (XPS) и рамановскую спектроскопию — для выявления изменений химического состава и функциональных групп в приповерхностном слое [12]. Эти методы позволяют фиксировать появление кислородсодержащих групп, изменение степени окисления и химическое состояние элементов на границе раздела фаз, подтверждая роль химико-энергетических факторов в формировании адгезии.
Экспериментально установлено, что максимальная адгезионная прочность достигается при β≈28–30 [1]. В области восстановительного пламени термоактивация поверхности недостаточна для обеспечения высокой работы адгезии. При чрезмерно окислительном режиме происходит частичная деструкция полимера, что снижает когезионную составляющую прочности.
Таким образом, оптимальный диапазон β соответствует состоянию, при котором достигается баланс между:
- достаточной текучестью расплава и механическим зацеплением;
- повышенной межфазной энергией взаимодействия;
- сохранением молекулярной целостности полимерной матрицы.
Следовательно, адгезионный механизм при газопламенном нанесении следует рассматривать как результат синергетического действия механических и термодинамических факторов, управляемых через параметры теплового режима и состава горючей смеси. Контроль коэффициента избытка воздуха выступает инструментом регулирования работы адгезии и удельной энергии разрушения межфазного соединения.
При этом реальная устойчивость покрытия определяется не только величиной работы адгезии, но и соотношением между межфазной энергией взаимодействия и уровнем внутренних напряжений, формирующихся в процессе охлаждения слоя. Если накопленная упругая энергия, обусловленная термическими деформациями и структурной неоднородностью, сопоставима или превышает работу адгезии, возникает риск отслаивания или инициирования трещин в приповерхностной зоне.
С позиций механики разрушения устойчивость системы «металл – термопластичное покрытие» определяется энергетическим балансом: адгезионная энергия должна превышать суммарную энергию упругих деформаций и дефектов структуры. Именно этим объясняется наблюдаемая корреляция между максимумом адгезии и минимумом остаточных напряжений при β≈28–30 [1].
Таким образом, рассмотрение адгезии и напряжённого состояния в единой энергетической парадигме позволяет перейти к анализу механизмов формирования остаточных внутренних напряжений в покрытии.