表面涂敷技术课件

1、表面涂敷技术第五章第五章 表面涂敷技术表面涂敷技术5.1 涂料与涂装涂料与涂装5.2 粘涂粘涂5.3 热喷涂热喷涂5.4 热浸镀热浸镀表面涂敷技术：将涂料通过各种方法涂布于材料表面。表面涂敷技术：将涂料通过各种方法涂布于材料表面。表面涂敷技术5.1 5.1 涂料与涂装涂料与涂装 将有机涂料通过一定方法涂覆于将有机涂料通过一定方法涂覆于材料或制件表面，形成涂膜的全部工材料或制件表面，形成涂膜的全部工艺过程，称为艺过程，称为涂装涂装。表面涂敷技术 涂装用的涂装用的有机涂料有机涂料是涂于材料或制件是涂于材料或制件表面而能形成具有表面而能形成具有保护保护、装饰装饰或或特殊性能特殊性能( (如绝缘防腐、

2、如绝缘防腐、标志标志等等) )固体涂膜的一类液体固体涂膜的一类液体或固体材料之总称。或固体材料之总称。 一、涂料一、涂料表面涂敷技术 涂料的主要组成涂料的主要组成表面涂敷技术 清漆清漆：不含颜料的透明漆，由树脂、溶剂及催干：不含颜料的透明漆，由树脂、溶剂及催干剂制成的涂料。剂制成的涂料。 厚漆厚漆：由干性油、颜料混合而成的涂料。使用时：由干性油、颜料混合而成的涂料。使用时用清油调到合适粘度。该漆干燥慢、漆膜软，炎热潮用清油调到合适粘度。该漆干燥慢、漆膜软，炎热潮湿天气有反粘现象。湿天气有反粘现象。 调合漆调合漆：已调制好，不用加任何材料即可使用的：已调制好，不用加任何材料即可使用的涂料，分油性

3、调和漆和磁性调和漆两种。涂料，分油性调和漆和磁性调和漆两种。 磁漆磁漆( (树脂漆树脂漆) )：用清漆与着色颜料调配的色漆，有：用清漆与着色颜料调配的色漆，有酚醛磁漆、醇酸磁漆等。酚醛磁漆、醇酸磁漆等。 常用涂料（油漆）常用涂料（油漆）表面涂敷技术 烘漆烘漆( (烤漆烤漆) )：涂于基体后需经烘烤才能干燥成膜的漆。：涂于基体后需经烘烤才能干燥成膜的漆。 水溶漆、乳胶漆水溶漆、乳胶漆：可用水作稀释剂的涂料。水溶漆是以水溶：可用水作稀释剂的涂料。水溶漆是以水溶 性树脂为主要成分的漆；乳胶漆是以乳胶性树脂为主要成分的漆；乳胶漆是以乳胶( (合成树脂合成树脂) )为主要为主要 成分的漆。成分的漆。 大

4、漆大漆( (天然漆天然漆) )：特点是漆膜耐久性、耐酸性、耐油性、耐水：特点是漆膜耐久性、耐酸性、耐油性、耐水 性、性、 光泽性均较好。光泽性均较好。 底漆底漆：直接涂于基体表面作为面漆基础的涂料，有环氧底漆、：直接涂于基体表面作为面漆基础的涂料，有环氧底漆、 酚醛底漆等。酚醛底漆等。 腻子腻子：由各种填料加入少量漆料配制的糊状物。主要用于底：由各种填料加入少量漆料配制的糊状物。主要用于底 漆前，使基体表面平整。漆前，使基体表面平整。表面涂敷技术 使涂料在被涂的表面形成涂膜的全部工使涂料在被涂的表面形成涂膜的全部工艺过程称为艺过程称为涂装工艺涂装工艺。 涂装工艺的一般工序如下：涂装工艺的一般工

5、序如下： 涂前表面预处理涂前表面预处理 涂布涂布 干燥固化干燥固化二、涂装工艺二、涂装工艺表面涂敷技术清除工件表面的各种污垢；清除工件表面的各种污垢；对清洗过的金属工件进行各种化学处理，以提对清洗过的金属工件进行各种化学处理，以提高涂层的附着力和耐蚀性；高涂层的附着力和耐蚀性；若前道切削加工未能消除工件表面的加工缺陷若前道切削加工未能消除工件表面的加工缺陷和得到合适的表面粗糙度，则在涂前要用机械和得到合适的表面粗糙度，则在涂前要用机械方法进行处理。方法进行处理。（一）涂前表面预处理（一）涂前表面预处理表面涂敷技术一般涂装方法一般涂装方法 包括刷涂、淋涂、压缩空气喷涂、高压无包括刷涂、淋涂、压缩

6、空气喷涂、高压无空气喷涂等。空气喷涂等。 2. 静电涂装法静电涂装法 3. 电泳涂装法电泳涂装法（二）涂布（二）涂布表面涂敷技术几种常用涂装工艺几种常用涂装工艺表面涂敷技术 利用低压利用低压(0.4-0.6 MPa)压缩空气带动高压泵，将涂料加压压缩空气带动高压泵，将涂料加压 到到10-20 MPa的压力，经高压喷枪的特殊喷嘴喷出形成涂层。的压力，经高压喷枪的特殊喷嘴喷出形成涂层。 特点：没有一般压缩空气喷涂时的涂料微粒回溅及漆雾飞扬特点：没有一般压缩空气喷涂时的涂料微粒回溅及漆雾飞扬 现象；生产率高，比压缩空气喷涂提高几倍至几十倍。现象；生产率高，比压缩空气喷涂提高几倍至几十倍。 适宜喷涂高

7、粘度涂料，一次可获适宜喷涂高粘度涂料，一次可获100-300 mm厚度涂层。厚度涂层。 高压无气喷涂高压无气喷涂表面涂敷技术 用静电喷枪使油漆雾化并带上正电荷，与接地的工件间形用静电喷枪使油漆雾化并带上正电荷，与接地的工件间形 成高压静电场，静电引力使漆膜沉积在工件表面形成均匀成高压静电场，静电引力使漆膜沉积在工件表面形成均匀 漆膜。漆膜。 静电喷涂比普通喷涂生静电喷涂比普通喷涂生 产率高，成膜质量好。产率高，成膜质量好。 静电喷涂常用于大批大量生产中汽车、自行车、家用机电静电喷涂常用于大批大量生产中汽车、自行车、家用机电 设备的自动生产线上。设备的自动生产线上。静电喷涂静电喷涂表面涂敷技术大

8、致分成以下种成膜类型：大致分成以下种成膜类型：（三）干燥固化（三）干燥固化 涂料主要靠溶剂蒸发以及熔融、缩合、涂料主要靠溶剂蒸发以及熔融、缩合、聚合等物理或化学作用而成膜。聚合等物理或化学作用而成膜。 1. 非转化型非转化型2. 转化型转化型3. 混合型混合型表面涂敷技术 用胶粘剂将各种材料或制件连结成为一个用胶粘剂将各种材料或制件连结成为一个牢固整体的方法，称为牢固整体的方法，称为粘结粘结或或粘合粘合。5.2 5.2 粘结与粘涂粘结与粘涂一、粘结一、粘结表面涂敷技术 粘涂粘涂技术作为粘结技术的一个分支，是技术作为粘结技术的一个分支，是将特种将特种功能的胶粘剂功能的胶粘剂（通常是在胶粘剂中加入

9、有机或无机填（通常是在胶粘剂中加入有机或无机填料，如二硫化钼、金属粉末、陶瓷粉末和树脂粉末）料，如二硫化钼、金属粉末、陶瓷粉末和树脂粉末）直接涂敷于材料表面直接涂敷于材料表面，使之具有使之具有耐磨、耐蚀、耐热、耐磨、耐蚀、耐热、绝缘、导电、导磁、防辐射绝缘、导电、导磁、防辐射等功能的一项新技术等功能的一项新技术。 主要用于零件的主要用于零件的表面强化与修复表面强化与修复，也可使其获得，也可使其获得某种特殊功能。某种特殊功能。二、粘涂二、粘涂表面涂敷技术 粘涂的一般粘涂的一般工艺过程工艺过程： 表面预处理表面预处理（清洗、粗化、活化）（清洗、粗化、活化） 配胶配胶 涂敷涂敷（刮涂法、刷涂法、模压

10、法等）（刮涂法、刷涂法、模压法等） 固化固化（室温或加热固化）（室温或加热固化） 后处理后处理（如清理、修（如清理、修整或表层机械切削、磨削加工）整或表层机械切削、磨削加工）表面涂敷技术 热喷涂技术热喷涂技术是采用气体、液体燃料或电弧、是采用气体、液体燃料或电弧、等离子弧、激光等作等离子弧、激光等作热源热源，使金属、合金、金，使金属、合金、金属陶瓷、氧化物、碳化物、塑料以及它们的复属陶瓷、氧化物、碳化物、塑料以及它们的复合材料等合材料等喷涂材料喷涂材料加热到加热到熔融或半熔融状态熔融或半熔融状态，通过高速气流使其通过高速气流使其雾化雾化，然后，然后喷射、沉积喷射、沉积到经到经过预处理的工件表面

11、，从而形成附着牢固的表过预处理的工件表面，从而形成附着牢固的表面层的加工方法。面层的加工方法。5.3 5.3 热喷涂热喷涂表面涂敷技术热喷涂原理图热喷涂原理图表面涂敷技术 使零件表面获得各种不同的性能使零件表面获得各种不同的性能，如耐磨、耐热、耐腐蚀、，如耐磨、耐热、耐腐蚀、抗氧化、润滑等。抗氧化、润滑等。 工艺灵活工艺灵活。从小到。从小到10 mm的内孔到大型构件的表面都可以的内孔到大型构件的表面都可以进行喷涂；既可以在室内工作，也可以在野外进行。进行喷涂；既可以在室内工作，也可以在野外进行。 应用广泛应用广泛。可以在许多材料表面上进行喷涂，如金属、合。可以在许多材料表面上进行喷涂，如金属、

12、合金、陶瓷、水泥、塑料、石膏、木材等。金、陶瓷、水泥、塑料、石膏、木材等。 涂层厚度可以控制涂层厚度可以控制，从几十，从几十m到几厘米。到几厘米。 可喷涂的材料多可喷涂的材料多，如金属、合金、金属陶瓷、氧化物、碳，如金属、合金、金属陶瓷、氧化物、碳化物、塑料以及它们的复合材料。化物、塑料以及它们的复合材料。 生成效率高生成效率高，每小时可喷涂数，每小时可喷涂数 kg喷涂材料。喷涂材料。 工件受热温度在工件受热温度在250 以下，以下，不会发生畸变或改变淬火组不会发生畸变或改变淬火组织织。 热喷涂的特点热喷涂的特点表面涂敷技术 热喷涂方法分类热喷涂方法分类按按所用热源所用热源分类分类表面涂敷技术

13、按按涂层加热和结合方式涂层加热和结合方式分：分：u 喷涂喷涂：涂层与基体形成机械结合，基体不：涂层与基体形成机械结合，基体不需熔化。需熔化。u 喷熔喷熔：涂层经再加热重熔，涂层与基体互：涂层经再加热重熔，涂层与基体互溶并扩散形成冶金结合。溶并扩散形成冶金结合。 表面涂敷技术热喷涂表面修复热喷涂表面修复喷涂合金层喷涂合金层喷涂耐磨陶瓷喷涂耐磨陶瓷热喷涂陶瓷热喷涂陶瓷热喷涂设备热喷涂设备表面涂敷技术喷涂材料被加热达到喷涂材料被加热达到熔化或半熔化状态熔化或半熔化状态；融滴雾化阶段融滴雾化阶段：喷涂材料熔化后，在高速气流的作用下，：喷涂材料熔化后，在高速气流的作用下，熔滴被击碎成小颗粒呈雾状；熔滴被

14、击碎成小颗粒呈雾状；飞行阶段飞行阶段：细小的雾状颗粒在气流的推动下向前飞行，：细小的雾状颗粒在气流的推动下向前飞行，颗粒获得一定的动能；颗粒获得一定的动能；在产生碰撞瞬间，颗粒的动能转化成热能付予基材，并在产生碰撞瞬间，颗粒的动能转化成热能付予基材，并沿预处理的凹凸不平表面产生变形，变形的颗粒迅速冷沿预处理的凹凸不平表面产生变形，变形的颗粒迅速冷凝并产生收缩，呈扁平状粘结在基材表面。凝并产生收缩，呈扁平状粘结在基材表面。一、热喷涂基本原理一、热喷涂基本原理（一）涂层形成过程和形成原理（一）涂层形成过程和形成原理涂层形成分四个阶段涂层形成分四个阶段表面涂敷技术 热喷涂过程中，最先冲击到工件表面的

15、颗粒变形为扁平状，热喷涂过程中，最先冲击到工件表面的颗粒变形为扁平状，与工件表面凹凸不平处产生机械咬合。与工件表面凹凸不平处产生机械咬合。 后来的颗粒打在先行颗粒的表面上也变为扁平状，并产生机后来的颗粒打在先行颗粒的表面上也变为扁平状，并产生机械结合，逐渐堆积成涂层。械结合，逐渐堆积成涂层。表面涂敷技术（二）涂层的结构与特性（二）涂层的结构与特性喷涂层结构示意图喷涂层结构示意图表面涂敷技术1. 涂层的涂层的层状结构层状结构：由大量相互平行的碟形粒子互相：由大量相互平行的碟形粒子互相粘结而成；粘结而成；2. 涂层的涂层的多孔结构多孔结构（孔隙率最高达（孔隙率最高达25%） ：因粒子碰：因粒子碰撞

16、、变形和冷凝等过程的时间极短，；撞、变形和冷凝等过程的时间极短，；3. 涂层中存在涂层中存在氧化物氧化物/氮化物夹杂氮化物夹杂：因与空气接触而造：因与空气接触而造成，其数量取决于热源、材料和喷涂条件；成，其数量取决于热源、材料和喷涂条件；4. 涂层的涂层的各向异性各向异性：层状结构导致了各向异性。：层状结构导致了各向异性。5. 涂层中存在涂层中存在残余应力：残余应力：涂层外层受拉应力；基体，涂层外层受拉应力；基体，有时也包括涂层的内层受压应力。有时也包括涂层的内层受压应力。6. 当涂层较厚或收缩率较高时，涂层中会产生当涂层较厚或收缩率较高时，涂层中会产生裂纹裂纹。涂层的结构特点涂层的结构特点表

17、面涂敷技术u 涂层的结构是被涂层的结构是被微细氧化物微细氧化物和和孔洞孔洞层错分隔的系层错分隔的系列薄片材料的堆积层。列薄片材料的堆积层。u 涂层经过适当的处理后，其结构会发生变化。例涂层经过适当的处理后，其结构会发生变化。例如：涂层经过如：涂层经过重熔重熔处理，就会消除涂层中的氧化处理，就会消除涂层中的氧化物夹杂和孔隙，层状结构成为均质结构，涂层与物夹杂和孔隙，层状结构成为均质结构，涂层与基体表面的结合状态也会发生变化。基体表面的结合状态也会发生变化。表面涂敷技术1. 机械结合机械结合：熔融状态的喷涂粒子在与基本表面碰撞时，：熔融状态的喷涂粒子在与基本表面碰撞时，其变形粒子与基体表面的凹凸粗

18、糙面机械地咬合其变形粒子与基体表面的凹凸粗糙面机械地咬合“抛锚效应抛锚效应”。2. 物理结合物理结合：涂层与基体表面的粘附是由：涂层与基体表面的粘附是由范德华力或次范德华力或次价键价键所引起的。范德华力是中性原子或分子之间的结所引起的。范德华力是中性原子或分子之间的结合力。合力。3. 化学或显微冶金结合化学或显微冶金结合：当基体表面被高温微粒熔化并：当基体表面被高温微粒熔化并与它们发生反应而形成金属间化合物时，涂层和基体与它们发生反应而形成金属间化合物时，涂层和基体表面的结合为表面的结合为化学结合化学结合。当喷涂粒子与基体表面原子。当喷涂粒子与基体表面原子形成相互扩散时，就称为形成相互扩散时，

19、就称为显微冶金结合显微冶金结合。 涂层的结合机理涂层的结合机理表面涂敷技术 结合强度低；结合强度低； 良好的贮油和减摩性能；良好的贮油和减摩性能； 涂层的抗拉强度一般比基体低；涂层的抗拉强度一般比基体低； 硬度取决于喷涂材料、方法及工艺；硬度取决于喷涂材料、方法及工艺； 涂层强度低、硬而脆；涂层强度低、硬而脆； 机加工性能差。机加工性能差。涂层的性能特点涂层的性能特点表面涂敷技术二、热喷涂材料二、热喷涂材料热喷涂材料按用途分类热喷涂材料按用途分类表面涂敷技术热喷涂工艺过程热喷涂工艺过程：表面预处理（脱脂去油、除锈、表面粗化）表面预处理（脱脂去油、除锈、表面粗化） 预热预热 喷底层（或过渡层）喷

20、底层（或过渡层） 喷工作层喷工作层 后处理（如重熔、封闭等）后处理（如重熔、封闭等）三、热喷涂工艺三、热喷涂工艺表面涂敷技术u 火焰喷涂：火焰喷涂：利用各种可燃烧气体放出的热进行的利用各种可燃烧气体放出的热进行的热喷涂称火焰喷涂。目前应用最广泛的气体是热喷涂称火焰喷涂。目前应用最广泛的气体是氧、氧、乙炔乙炔。u 电弧喷涂电弧喷涂u 等离子喷涂等离子喷涂（二）常用的热喷涂技术（二）常用的热喷涂技术表面涂敷技术以氧乙炔火焰作为热源，把喷涂的线材或棒以氧乙炔火焰作为热源，把喷涂的线材或棒材以一定的方式送到火焰区加热熔化，借助压缩空气材以一定的方式送到火焰区加热熔化，借助压缩空气使其雾化成颗粒，喷射到

21、基体表面形成涂层。使其雾化成颗粒，喷射到基体表面形成涂层。1. 空气通道 2. 燃料气体3. 氧气4. 线材或棒材5. 空气罩6. 气体喷嘴7. 燃烧气体8. 熔融材料9. 喷涂束流火焰喷射枪剖面图124356789气体火焰线材喷涂气体火焰线材喷涂表面涂敷技术 以氧乙炔焰为热源，借助高速气流将喷涂以氧乙炔焰为热源，借助高速气流将喷涂粉末吸入或火焰区，加热到熔融或高塑性状态，粉末吸入或火焰区，加热到熔融或高塑性状态，喷射到粗糙的工件表面形成涂层。喷射到粗糙的工件表面形成涂层。 气体火焰粉末喷涂气体火焰粉末喷涂表面涂敷技术火焰喷涂喷枪火焰喷涂喷枪火焰喷涂火焰喷涂表面涂敷技术l. 喷熔原理喷熔原理

22、喷熔喷熔(或喷焊或喷焊)也是利用氧也是利用氧-乙炔焰作热源，用专用喷枪乙炔焰作热源，用专用喷枪把合金粉末加热到熔化状态后喷到经预处理的零件表把合金粉末加热到熔化状态后喷到经预处理的零件表面上，再用火焰使涂层重新熔化后熔焊在零件表面上。面上，再用火焰使涂层重新熔化后熔焊在零件表面上。2. 喷熔工艺过程喷熔工艺过程 零件喷熔前的预处理只需将零件表面清洁和进行预热零件喷熔前的预处理只需将零件表面清洁和进行预热,预热温度为预热温度为200-250。一步法喷熔一步法喷熔 两步法喷熔两步法喷熔 粉末火焰喷熔粉末火焰喷熔表面涂敷技术电弧喷涂示意图电弧喷涂示意图表面涂敷技术 电弧喷涂的基本原理是将两根被喷涂的

23、金属丝作自耗电弧喷涂的基本原理是将两根被喷涂的金属丝作自耗性电极，连续送进的两根金属丝分别与直流的正负极相连性电极，连续送进的两根金属丝分别与直流的正负极相连接。在金属丝端部短接的瞬间，由于高电流密度，使两根接。在金属丝端部短接的瞬间，由于高电流密度，使两根金属丝间产生电弧，将两根金属丝端部同时熔化，在电源金属丝间产生电弧，将两根金属丝端部同时熔化，在电源作用下，维持电弧稳定燃烧；在电弧发射点的背后由喷嘴作用下，维持电弧稳定燃烧；在电弧发射点的背后由喷嘴喷射出的高速压缩空气使熔化的金属脱离金属丝并雾化成喷射出的高速压缩空气使熔化的金属脱离金属丝并雾化成微粒，在高速气流作用下喷射到基材表面而形成

24、涂层。微粒，在高速气流作用下喷射到基材表面而形成涂层。表面涂敷技术与火焰喷涂相比具有如下优点与火焰喷涂相比具有如下优点 ： 热效率高，热效率高，60%-70%； 生成效率高，电弧喷涂时两根丝同时给进，所以喷涂生成效率高，电弧喷涂时两根丝同时给进，所以喷涂效率高，电弧喷涂的速度是火焰喷涂的三倍以上；效率高，电弧喷涂的速度是火焰喷涂的三倍以上； 喷涂成本低；喷涂成本低； 涂层结合强度高；涂层结合强度高； 可以制备假合金涂层，只需利用两根成分不同的金属可以制备假合金涂层，只需利用两根成分不同的金属丝便可制备假合金涂层，获得一些特殊的功能。丝便可制备假合金涂层，获得一些特殊的功能。表面涂敷技术电弧喷涂

25、电弧喷涂表面涂敷技术表面涂敷技术表面涂敷技术 等离子喷涂法等离子喷涂法是利用等离子焰的热能将引入是利用等离子焰的热能将引入的喷涂粉末加热到熔融或半熔融状态，并在高速的喷涂粉末加热到熔融或半熔融状态，并在高速等离子焰的作用下，高速撞击工件表面，并沉积等离子焰的作用下，高速撞击工件表面，并沉积在经过粗糙处理的工件表面形成很薄的涂层。在经过粗糙处理的工件表面形成很薄的涂层。 涂层与母材的结合主要是涂层与母材的结合主要是机械结合机械结合。表面涂敷技术 防腐蚀防腐蚀：主要用于大型水闸钢闸门、造纸机烘缸、煤矿：主要用于大型水闸钢闸门、造纸机烘缸、煤矿井下钢结构、高压输电铁塔、电视台天线、大型钢桥梁、井下钢结构、高压输电铁塔、电视台天线、大型钢桥梁、化