表面粘涂技术课程设计

1、 表面工程与技术课程设计 表面粘涂技术学生姓名： 吴志峰 专 业： 金属材料工程专业 班 级： 金材1301班 学 号： 1310440115 指导教师： 刘先兰 职称 教授 完成时间： 2016年5月 湖南工学院表面工程与技术课程设计课题任务书学院：机械工程学院 专业：金属材料工程专业 指导教师刘先兰学生姓名吴志峰课题名称表面粘涂技术内容及任务1、目标：（1）阅读15篇以上相关文献；（2）撰写出一篇5000字左右的小论文（格式要求按学校毕业设计论文规定的格式进行，详见教务系统表格下载）。2、内容：（1）了解表面技术的原理、特点；（2）拟定工艺程序（3）分析处理过程和结果；（4）结论。3、要求

2、：（1）必须严肃认真，刻苦钻研，一丝不苟，精益求精。（2）应在教师指导下独立完成。学生必须发挥主观能动性，积极思考问题，而不应被动地依赖教师查资料、给数据、定方案。（3）要正确处理参考已有资料与创新的关系。利用已有资料避免许多重复工作，但不能盲目地抄袭资料，必须具体分析，创造性地设计。（4）应按设计进程要求保质保量的完成设计任务。主要参考资料1姜银方.现代表面工程技术(第2版). 北京：化学工业出版社，2014. 2王振廷.材料表面工程技术(第1版). 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2011. 3宣天鹏.表面工程技术的设计与选择(第1版). 北京：机械工业出版社，2011. 3徐滨士.表面工程

3、的理论与技术(第2版). 北京：国防工业出版社，2010. 教研室意见 教研室主任：（签字）年 月 日摘 要 本文先介绍了表面工程的发展历程，及其与维修工程和表面粘涂技术的关系。然后分别从粘涂层的组成、表面粘涂技术的特点、主要技术性能、粘涂层的粘附理论四个方面详细的介绍了表面粘涂技术。其中耐磨、耐腐蚀、耐热、抗压的技术性能在设备的修复与维护方面到了广泛的应用。之后对表面粘涂技术进行了分类，并且对表面粘涂技术的工艺过程进行了着重的介绍。随后介绍了表面粘涂技术在零件的润滑、防腐蚀、磨损及尺寸超差的修复、零件的密封堵漏等方面的应用。显示出了表面粘涂技术在设备修复与维护方面的重要作用与影响。最后介绍了

4、表面粘涂技术在现代社会的发展，其中粘涂材料与粘涂工艺方面的进展尤为突出，为表面粘涂技术的发展起到了促进的作用，使表面工程的发展向前迈了一大步。 关键词：表面粘涂技术；发展历程；特点；性能；应用；设备维修ABSTRACTThe technology in this paper, we first introduce the surface engineering development process, and maintenance engineering and surface adhesive coating technology. Then from the sticky coating

5、 composition, surface adhesive coating technology characteristics, main technical performance, sticky coating adhesion of the theory in detail introduced the surface adhesive coating technology. The wear resistance, corrosion resistance, heat-resistant, compression performance in equipment repair an

6、d maintenance to a wide range of applications. The surface adhesive coating technique for the classification, and the surface adhesive coating technique process were emphatically introduced. Then introduce the surface adhesive coating technology in parts of lubrication, corrosion, wear and size of r

7、epair, spare parts Sealing plugging, etc. the application. The surface adhesive coating technology in equipment repair and maintenance of the important function and influence. Finally, this paper introduces the surface adhesive coating technology in the development of modern society and progress of

8、the adhesive coating materials and adhesive coating process is particularly prominent, the promoting role for the development of surface adhesive coating technology, the development of surface engineering of a big step forward. Key words : surface coating technology;development;characteristics;prope

9、rties目 录 摘 要IABSTRACTII1 表面工程发展历程11.1表面工程11.2 表面工程与维修工程11.3 表面粘涂技术与表面工程12 表面粘涂技术22.1 粘涂层的组成2 粘料2 固化剂2 填料22.1.4 其他辅助材料22.2 表面粘涂技术的特点22.3 表面粘涂技术的主要技术性能3 粘接强度3 耐磨性3 耐腐蚀性3 耐热性3 抗压强度32.4 粘涂层的粘附理论3 机械结合理论3 吸附理论3 静电理论4 扩散理论4 化学键理论43 表面粘涂技术的种类与粘涂工艺过程43.1表面粘涂技术分类43.2 粘涂工艺过程5粘接准备5 表面处理5 配胶5 粘涂涂层5 固化54 表面粘涂技术的

10、应用64.1 零件的润滑64.2 零件的防腐蚀64.3 零件磨损及尺寸超差的修复64.4 零件密封堵漏65 表面粘涂技术新进展65.1 粘涂材料新进展65.1.1 改进现有胶粘剂的性能6 研制开发新的胶粘剂品种75.2 粘涂工艺新进展75.2.1 微胶囊技术7 固化新技术7 涂胶和包装上的新技术75.3 粘附理论新进展7参考文献81 表面工程发展历程1.1表面工程 表面工程是经表面预处理后,通过表面涂覆,表面改性或多种表面工程技术复合处理,改变固体金属表面或非金属表面的形态、化学成分、组织结构和应力状态,以获得所需要表面性能的系统工程。工业现代化的发展对设备零部件表面性能的要求越来越高,特别是

11、在高速、高温、高压、重载、腐蚀介质等条件下,零部件材料的破坏往往自表面开始,如磨损、腐蚀、高温氧化等。表面的局部损坏又往往造成整个零件失效,最终导致设备停产。改善材料的表面性能,会有效地延长其使用寿命。表面工程学科发展的重要标志是1983年英国伯明翰大学沃福森表面工程研究所的建立和1985年表面工程国际刊物的发行。近十几年来,表面工程在中国的发展异常迅速,我国表面工程的研究与应用多从维修入手并逐步扩展到新设备与新产品的设计和制造中。自第六个五年计划以来,通过在设备维修领域和制造领域推广应用表面工程取得了几百亿元的经济效益。1.2 表面工程与维修工程 表面工程支持了维修工程的发展,诸多表面工程技

12、术已逐步发展成为维修技术重要组成部分。由于在维修中采用了一些在设计与制造阶段因技术水平限制而未能采用的表面工程新技术,因此,维修后不仅恢复了失效零件原来的性能,而且恢复后的性能往往大大超过新品。 (1)重载车辆轴承内外圈配合面采用刷镀技术修复后,其相对耐磨性比新品高6.5倍。 （2)变速箱的输出法兰盘采用超音速火焰喷涂(HVOF)修复后,其使用寿命是新品的2.26倍。 （3)聚乙烯生产线上的造粒模板,进口价为3万美元。由于磨损,使用1年后即需要更新。采用激光熔敷技术进行修复所需费用不足进口价的1/10。1.3 表面粘涂技术与表面工程 表面粘涂技术是表面工程技术的重要组成部分,它是通过以高分子聚

13、合物与功能填料(如金属粉末、陶瓷粉末、石墨、二硫化钼、纤维材料等)组成的复合材料涂敷于零部件的工作表面或配合表面以实现某种用途或功能的新技术,与简单的传统粘接有很大的区别。 表面粘涂技术和堆焊、热喷涂、电刷镀相比,工艺简便,不需专门设备,无需消耗热能和电能,修补剂涂敷于清理好的待修表面固化后,可进行各种机械加工,以满足零件耐磨、耐蚀、尺寸恢复、缺陷填补、密封、堵漏等要求。修补剂一般可室温固化,对零件无热影响区,不产生热变形,并可现场作业,减少停机时间。表面粘涂技术是一项简便易行、低成本、高效、可靠、安全的维修新技术。2 表面粘涂技术2.1 粘涂层的组成 粘涂层的基本组成可归纳为：粘料、固化剂、

14、填料和辅助材料等四种组分。 粘料粘料也称基料、胶料，是决定胶粘剂性能的主要成分；合成高分子化合物是胶粘剂中性能最好用量最多的粘料。粘料的功能是把涂层中的各种材料紧密结合在一起并牢固地粘着在基体表面形成坚固的涂层。 固化剂 固化剂同粘料发生化学反应，使胶粘剂固化,并改变粘料自身的结构, 对涂层的粘接强度有着十分重要的影响。对固化剂的要求是固化物的硬度高、韧性好、耐磨性好;室温固化, 固化时间短。 填料填料是一种非粘性的固化物质, 特殊涂层如抗磨、减磨、绝缘、导电、耐蚀等要加入与之相应的特殊填料以获得所需的性能。 其他辅助材料其它辅助材料如:促进剂、增韧剂、稳定剂等, 主要作用是改善涂层韧性、抗老

15、化性以及降低粘度, 提高涂敷质量等。2.2 表面粘涂技术的特点 (1)粘涂层应力分布均匀, 粘涂应用范围广, 能粘涂各种不同材料如金属、陶瓷、塑料、水泥等制品。 (2)粘涂层厚度可以从几十微米到几十毫米,涂层具有良好的结合强度。 (3)粘涂一般是在较低温度下进行的, 使被粘涂零件可以避免应力和热变形的产生, 尤其适合薄壁零件和受热敏感、有爆炸危险(如矿井下设备、油气管道等)的零件修复。 (4)紧急修复现场操作不停机, 不停产;修复时间短, 有效提高生产率。(5)粘涂工艺简单, 不需专门复杂设备;但在涂层质量控制方面, 检测手段还不完善, 尤其是无损检测缺乏准确可靠的手段。2.3 表面粘涂技术的

16、主要技术性能 粘接强度粘接强度是指涂层与基体的结合强度, 可用抗拉强度和剪切强度表示, 一般要求抗拉强度在30MPa 以上, 剪切强度为10MPa 以上。如德国“MM” 聚合金属的抗压强度为200MPa , 抗拉强度为80MPa ,剪切强度为31MPa , 抗弯强度为78MPa 。 耐磨性耐磨性包括两个方面, 一是涂层表面同与之相摩擦的表面有很好的保护能力;二是涂层本身有尽可能高的耐磨性。涂层的耐磨性将主要取决于填料的性能。 耐腐蚀性涂层的防腐蚀性能主要有两个方面, 一方面是防止涂层外部腐蚀物质进入基体;另一方面是靠防磨填料和粘料对腐蚀起抑制作用, 他们共同担负起对涂层的防腐作用。 耐热性涂层

17、的耐热性是指在高温(或低温条件下)涂层不出现裂纹、脱落、氧化、分解等。耐热性的关键因素是高温下分子结构的稳定性和填料的熔点。有机胶粘剂耐热性不高, 一般不超过450 , 无机胶粘剂可耐1 000 高温, 陶瓷胶粘剂耐热达2 000 以上,但质地易变脆。 抗压强度抗压强度是指涂层固化后, 涂层不产生塑性变形所承受的最大应力。一般粘接涂层的抗压强度为80MPa 以上, 高的可达200MPa 以上甚至更高。2.4 粘涂层的粘附理论 机械结合理论机械结合理论认为：由于胶粘剂分子具有无孔不入的本领，粘涂时，大批的胶粘剂分子，一起朝被粘表面上的孔、缝里钻，通过固化过程，像许多小钩子似的使涂层与基体表面互相

18、咬合起来（互锁）。 吸附理论 吸附理论认为，胶粘剂与被粘物表面结合，不需要什“手”。任何物质分子之间像是有感情似的，它们本来就具有一种吸引力，这种力是分子间力，即所谓的范德华力和氢键。分子间力是粘接力泛存在于所有的粘涂体系中。 静电理论 静电理论认为，当胶粘剂和被粘物体系恰好是电子的供需双方这一组合时，它们互相一接触，就会在界面的两侧产生性质相反的静电荷，即形成双电层。由于异性相吸，从而产生静电引力，这就是粘附力。实验证明了静电作用的存在，但这种作用仅存在于能够形成双电层的粘涂层体系中，因此不具有普遍性。2.4.4 扩散理论 扩散理论认为，分子或链段的热运动（微布朗运动）产生了粘剂和被粘物分子

19、之间的互相扩散，从而使一个物体的分子跑到另一个物体的表面层里，中间的界面逐渐淡化，最终二者亲如一家，彼此1牢牢地结合在一起。扩散理论实质上是胶粘剂与被粘物在界面处发生互溶，所以它只是用于解释与胶粘剂互溶的链状高分子材料的粘涂，并受热力学条件的限制。对于金属、陶瓷等无机物的粘涂，扩散理论是无能为力的。 化学键理论化学键理论认为，粘涂过程中，胶粘剂与被粘物表面发生化学反应，而在界面上形成化学键结合，像铁链一样，把两者牢固的连接起来。化学键的强度要比范德华力高得多。胶粘剂与被粘物之间如果能形成化学键，无疑对提高粘涂层的性能会大有好处。化学键的形成不仅可以提高粘涂层的结合强度，而且可以改善涂层抵抗各种

20、环境作用的能力。3 表面粘涂技术的种类与粘涂工艺过程3.1表面粘涂技术分类 粘涂层的种类很多, 一般常按用途分类。 (1)填补涂层。主要用于修补铸造缺陷、尺寸超差、划伤等。 (2)密封堵漏涂层。主要用于裂纹修补、端盖密封、及水、油气管道的堵漏和防腐等。 (3)耐磨涂层。包括应用于磨料磨损和冲蚀磨损的抗磨涂层和应用于机床导轨、各种轴瓦、活塞、滑块的摩擦磨损零件。 (4)耐蚀涂层。主要用于化工泵、腐蚀液槽、输送酸碱管道、箱体等腐蚀件及预保护涂层。(5)其它如导电涂层、耐温涂层、导磁、绝缘、抗辐射等特殊涂层。3.2 粘涂工艺过程粘接流程：粘接准备表面处理配胶刮胶涂布压紧后处理粘接准备先准备好粘接时所

21、必须的工具及做好劳动保护。具体物品可根据使用不同粘接剂进行选择：一次性塑料手套、口鼻罩、刮板、调胶桶（勺、板）、取胶勺（板）、丙酮（酒精）、干净抹布、铲刀、砂布、抛光打磨机、塑料布、电子称、胶枪。 表面处理表面处理一般有阳极氧化、机械打磨表面、底涂处理3种情况。确保被粘接表面洁净，无灰尘、无油污等。后2种情况可以同时使用。（1）阳极氧化：可增加粘接强度，涂胶前，一般用酒精擦拭被粘接表面。 （2）机械打磨：用抛光机或砂纸将要粘接面打毛，去除粘接面表层污物及氧化物等，确保粘接效果。 （3）底涂：在机械打磨后，用丙酮（或酒精）擦拭干净，及时涂上专用涂剂，为后续涂胶做好准备。一般在有特殊要求的情况下才

22、使用。 配胶配胶原则：现用现配 粘涂涂层 （1）刮涂法 刮涂法是先把胶粘剂涂在清洗好的零件表面，然后用金属或者非金属刮刀把多余的胶粘剂挂掉，以达到要求的尺寸。 （2）刷涂压印法 先把胶粘剂涂敷在清洗好的表面上，再用制好的与之配对摩擦副压制成型。这种方法不需要后续加工。 （3）模具成形法模具成形法分为模具涂覆成形法和模具注射成形法两种。是先在模具上涂脱模剂，待固化后脱模，一次成型。 固化不同的粘结剂，固化剂的固化条件不同。有的需要光的照射而引起固化，如光敏粘结剂；有的需要隔绝空气固化，如厌氧胶；有的经加热处理后结合强度得到提高。4 表面粘涂技术的应用4.1 零件的润滑 粘涂技术获得的涂层在零件减

23、摩润滑方面的应用日益广泛，通常称这类涂层为粘接固体润滑膜。粘接固体润滑膜在空间技术方面得到了广泛的应用，例如，人造卫星上的天线驱动系统、星箭分离机构、卫星搭载机械及火箭、飞机等的高温发动机的滑动件、汽缸、利用粘接固体润滑膜已经解决了许多润滑难题。4.2 零件的防腐蚀 腐蚀是导致设备零件失效，发生事故的重要因素之一，给国民经济造成重大损失。特别是石油化工行业，以及在海洋大气环境下尤为突出。采用表面有机涂层防腐，是目前行之有效的防腐蚀措施之一。表面粘涂可广泛应用于腐蚀部位的修复和预保护。例如，化工管道、贮液池、反应釜、船舶壳体和螺旋浆等，均可采用表面粘涂层防腐。4.3 零件磨损及尺寸超差的修复 零

24、件磨损约占机械零件失效形式的70%，采用表面粘涂技术，将零件尺寸恢复到设计要求简单易行，不需加热，并且涂层厚度不受限制。工艺简便可靠，修复速度快。4.4 零件密封堵漏 “滴、冒、漏、渗”一直是化工行业经常遇到的现象，这些问题用表面粘涂方法解决，十分安全可靠，不仅可以停车堵漏、密封，而且可以在不影响生产的前提下带温、带压堵漏，给企业挽回巨大经济损失，经济效益十分显著。5 表面粘涂技术新进展5.1 粘涂材料新进展 改进现有胶粘剂的性能 水乳型粘料和热熔型粘料是当前最有发展前途的粘料品种。为了改善它们的性能以适应不同的使用要求，采用共聚、共混和交联方法对其进行改性。从而改善了共聚物的力学性能和耐老化

25、性能。当前发展较快的乳液有聚乙酸乙烯及其共聚物和丙烯酸酯共聚乳液。 研制开发新的胶粘剂品种 我国已研制成功的系列厌氧胶，已达到国际同类产品的性能指标，现已广泛用于锁紧防松装配固定、密封堵漏等方面。纳米级微粉在胶粘剂中的应用研究已展开。5.2 粘涂工艺新进展 微胶囊技术 发展单组分包装的胶粘剂一直为人们所关注，通常采用两个途径：一是用潜伏性固化剂提高贮存期；另一途径是将固化剂或促进剂包封在微胶囊中，配制成稳定的单组分胶液。使用时通过加压等方式使胶囊破裂。固化剂或促进剂与主体胶接触而迅速固化。 固化新技术 目前有些国家正在本着节能、快速固化、无公害、低成本、高性能的目标，大力采用紫外线或电子束固化

26、新技术，并已投入小批量生产。一般来说，紫外线固化设备简单，投资少。但由于紫外线能量低，穿透力差，所以要求被粘材料之一要有透光性，同时还必须加光引发剂，吸收紫外线形成激发态分子或活性自由基， 从而导致不饱和高聚物进行接枝、交联等反应，达到固化目的。电子束固化需有发生器设备，投资费用大但电子束能量大、穿透力强，对被粘材料不要求透光性，也不需要光引发剂，并可用于较厚的胶层或涂膜。此外，国外在采用微机调配配方、机器人涂胶等方面的技术也在兴起。 涂胶和包装上的新技术 采用双液混喷的新技术，可得到较好的效果。其中一液是以丙烯酸乳液为基础的主剂，另一液是以能使乳液产生凝聚的有机金属盐溶液，涂布时采用双头喷枪， 二者分别从两个喷头喷出，在空气中混合，涂布于被粘物表面上，从而很快凝聚产生初粘力，可以达到与溶剂型相似的效果。此法已用于汽车顶板、冰箱、冷库等隔热层的粘涂。5.3