表面涂敷技术课件

1、第五章 表面涂敷技术5.1 涂料与涂装5.2 粘涂5.3 热喷涂5.4 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。第1页，共52页。5.1 涂料与涂装 将有机涂料通过一定方法涂覆于材料或制件表面，形成涂膜的全部工艺过程，称为涂装。第2页，共52页。 涂装用的有机涂料是涂于材料或制件表面而能形成具有保护、装饰或特殊性能(如绝缘防腐、标志等)固体涂膜的一类液体或固体材料之总称。 一、涂料第3页，共52页。 涂料的主要组成第4页，共52页。 清漆：不含颜料的透明漆，由树脂、溶剂及催干剂制成的涂料。 厚漆：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，炎热潮湿

2、天气有反粘现象。 调合漆：已调制好，不用加任何材料即可使用的涂料，分油性调和漆和磁性调和漆两种。 磁漆(树脂漆)：用清漆与着色颜料调配的色漆，有酚醛磁漆、醇酸磁漆等。 常用涂料（油漆）第5页，共52页。 烘漆(烤漆)：涂于基体后需经烘烤才能干燥成膜的漆。 水溶漆、乳胶漆：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(合成树脂)为主要 成分的漆。 大漆(天然漆)：特点是漆膜耐久性、耐酸性、耐油性、耐水 性、 光泽性均较好。 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。 腻子：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

3、。第6页，共52页。 使涂料在被涂的表面形成涂膜的全部工艺过程称为涂装工艺。 涂装工艺的一般工序如下： 涂前表面预处理 涂布 干燥固化二、涂装工艺第7页，共52页。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。（一）涂前表面预处理第8页，共52页。一般涂装方法 包括刷涂、淋涂、压缩空气喷涂、高压无空气喷涂等。 2. 静电涂装法 3. 电泳涂装法（二）涂布第9页，共52页。几种常用涂装工艺第10页，共52页。 利用低压(0.4-0.6 MPa)压缩空气带动高压泵

4、，将涂料加压 到10-20 MPa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 现象；生产率高，比压缩空气喷涂提高几倍至几十倍。 适宜喷涂高粘度涂料，一次可获100-300 mm厚度涂层。 高压无气喷涂第11页，共52页。 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 漆膜。 静电喷涂比普通喷涂生 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 设备的自动生产线上。静电喷涂第12页，共52页。大致分成以下种成膜类型：（三）干燥固化 涂料主要靠溶剂蒸发以及熔融、

5、缩合、聚合等物理或化学作用而成膜。 1. 非转化型2. 转化型3. 混合型第13页，共52页。 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，称为粘结或粘合。5.2 粘结与粘涂一、粘结第14页，共52页。 粘涂技术作为粘结技术的一个分支，是将特种功能的胶粘剂（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）直接涂敷于材料表面，使之具有耐磨、耐蚀、耐热、绝缘、导电、导磁、防辐射等功能的一项新技术。 主要用于零件的表面强化与修复，也可使其获得某种特殊功能。二、粘涂第15页，共52页。 粘涂的一般工艺过程： 表面预处理（清洗、粗化、活化） 配胶 涂敷（刮涂法、刷涂

6、法、模压法等） 固化（室温或加热固化） 后处理（如清理、修整或表层机械切削、磨削加工）第16页，共52页。 热喷涂技术是采用气体、液体燃料或电弧、等离子弧、激光等作热源，使金属、合金、金属陶瓷、氧化物、碳化物、塑料以及它们的复合材料等喷涂材料加热到熔融或半熔融状态，通过高速气流使其雾化，然后喷射、沉积到经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。5.3 热喷涂第17页，共52页。热喷涂原理图第18页，共52页。使零件表面获得各种不同的性能，如耐磨、耐热、耐腐蚀、抗氧化、润滑等。工艺灵活。从小到10 mm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。应用

7、广泛。可以在许多材料表面上进行喷涂，如金属、合金、陶瓷、水泥、塑料、石膏、木材等。涂层厚度可以控制，从几十m到几厘米。可喷涂的材料多，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。生成效率高，每小时可喷涂数 kg喷涂材料。工件受热温度在250 以下，不会发生畸变或改变淬火组织。 热喷涂的特点第19页，共52页。 热喷涂方法分类按所用热源分类第20页，共52页。按涂层加热和结合方式分： 喷涂：涂层与基体形成机械结合，基体不需熔化。 喷熔：涂层经再加热重熔，涂层与基体互溶并扩散形成冶金结合。 第21页，共52页。热喷涂表面修复喷涂合金层喷涂耐磨陶瓷热喷涂陶瓷热喷涂设备第22页，共

8、52页。喷涂材料被加热达到熔化或半熔化状态；融滴雾化阶段：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；飞行阶段：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；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）涂层形成过程和形成原理涂层形成分四个阶段第23页，共52页。 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。 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。第24页，共52页。（二）涂

9、层的结构与特性喷涂层结构示意图第25页，共52页。1. 涂层的层状结构：由大量相互平行的碟形粒子互相粘结而成；2. 涂层的多孔结构（孔隙率最高达25%） ：因粒子碰撞、变形和冷凝等过程的时间极短，；3. 涂层中存在氧化物/氮化物夹杂：因与空气接触而造成，其数量取决于热源、材料和喷涂条件；4. 涂层的各向异性：层状结构导致了各向异性。5. 涂层中存在残余应力：涂层外层受拉应力；基体，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，涂层中会产生裂纹。涂层的结构特点第26页，共52页。 涂层的结构是被微细氧化物和孔洞层错分隔的系列薄片材料的堆积层。 涂层经过适当的处理后，其结构会发生变

10、化。例如：涂层经过重熔处理，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，涂层与基体表面的结合状态也会发生变化。第27页，共52页。1. 机械结合：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糙面机械地咬合“抛锚效应”。2. 物理结合：涂层与基体表面的粘附是由范德华力或次价键所引起的。范德华力是中性原子或分子之间的结合力。3. 化学或显微冶金结合：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，涂层和基体表面的结合为化学结合。当喷涂粒子与基体表面原子形成相互扩散时，就称为显微冶金结合。 涂层的结合机理第28页，共52页。 结合强度低； 良好的贮油和

11、减摩性能； 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； 涂层强度低、硬而脆； 机加工性能差。涂层的性能特点第29页，共52页。二、热喷涂材料热喷涂材料按用途分类第30页，共52页。热喷涂工艺过程：表面预处理（脱脂去油、除锈、表面粗化） 预热 喷底层（或过渡层） 喷工作层 后处理（如重熔、封闭等）三、热喷涂工艺第31页，共52页。 火焰喷涂：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氧、乙炔。 电弧喷涂 等离子喷涂（二）常用的热喷涂技术第32页，共52页。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，借助压缩空气使其雾化

12、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气体火焰线材喷涂第33页，共52页。 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，喷射到粗糙的工件表面形成涂层。 气体火焰粉末喷涂第34页，共52页。火焰喷涂喷枪火焰喷涂第35页，共52页。l. 喷熔原理 喷熔(或喷焊)也是利用氧-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 零件喷

13、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200-250。一步法喷熔两步法喷熔 粉末火焰喷熔第36页，共52页。电弧喷涂示意图第37页，共52页。 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微粒，在高速气流作用下喷射到基材表面而形成涂层。第38页，共52页。与火焰喷涂相比具有如下优点 ： 热效率高，60%-70%； 生成效率高，电弧喷

14、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； 喷涂成本低； 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丝便可制备假合金涂层，获得一些特殊的功能。第39页，共52页。电弧喷涂第40页，共52页。第41页，共52页。第42页，共52页。 等离子喷涂法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。 涂层与母材的结合主要是机械结合。第43页，共52页。 防腐蚀：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、化工厂大罐和管道的防腐喷涂。 防磨损：通过喷涂修复已磨损的零件，或在零件易磨损部位预先喷涂上耐磨材料。如风机主轴、高炉风口、汽车曲轴、机床主轴、机床导轨、柴油机缸套、油田钻杆、农用机械刀片等。 特殊功能层：通过喷涂获得表层某些特殊性能，如耐高温、隔热、导电、绝缘、防幅射等，在航空航天和原子能等部门应用较多。四、热喷涂的应用第44页，共52页。热喷涂技术在曲轴等轴类零件中的应用第45页，共52页。热喷涂技术在曲轴等轴类零件中的应用第46页，共52页。热喷涂技术在曲轴等轴类零件中的应用第47页，共52页。热喷涂技术在曲轴等轴类零件中的