11--涂层设计篇
钢结构防腐新技术——热喷涂金属阶梯涂层
钢结构防腐新技术——热喷涂金属阶梯涂层作者：出处：建筑世界更新时间：2006年06月11日金属热喷涂是利用某种形式的热源将金属喷涂材料加热，使之形成熔融状态的微粒，这些微粒在动力的作用下，以一定的速度冲击并沉附在基体表面上，形成具有一定特性的金属涂层。
水工钢结构件等基体材料的表面，经过热喷涂技术处理，得到了耐腐蚀、耐磨蚀的金属保护涂层，从而增强水工钢结构件耐腐、耐磨的性能。
可用于金属喷涂的材料较多如锌、不锈钢等。
其中不锈钢涂层具有耐磨损及保护周期长等特点；锌涂层不仅具有覆盖、耐腐蚀作用，更重要的是具有阴极保护功能（原电池原理）。
它们是水工钢结构防腐喷涂的重要材料，因此得到广泛应用。
随着国家南水北调工程的实施，水工钢结构的使用将会迅速增加，研究开发一种新型的水工钢结构防腐技术，对降低工程造价、延长工程寿命十分重要。
为此，将上述两种金属涂层各有的优势互补，在同一工件基体上叠加喷涂，先用锌涂层作为底层，再用不锈钢涂层作为面层，最终形成阶梯涂层，运用到水工钢结构中，经过大量研究与试验获得了既经济、又满意的防腐效果。
一、热喷涂金属阶梯涂层工艺流程１．钢结构表面处理热喷涂金属阶梯涂层防腐工艺的除锈打糙和喷锌、喷不锈钢涂层一样，首先由空压机提供喷砂动力。
在压缩空气的作用下，将经过筛选的带有棱角的石英砂经过砂桶、胶管砂气混合后，高速冲击工件表面，除去了基体表面的锈等氧化物达到使基体表面凹凸不平的目的。
２．热喷涂锌主要设备有：压缩空气系统，氧气、乙炔系统，金属气喷枪及胶管等设备。
其原理是：以喷枪中的压缩空气为原动力，在驱动装置推动下，锌丝通过喷嘴，在氧－乙炔焰的加热下，成为熔融体，借压缩空气使之雾化成微粒并喷射到工件上，形成热喷涂锌保护层。
由于喷砂后的基体表面凹凸不平散热收缩后的金属涂层能牢固地附在工件表面。
３．喷涂不锈钢主要设备同喷锌，但金属气喷枪应选用中速枪，一般在高速枪基础上改进，更换部分零配件即可使用。
工作原理同上，只是锌、不锈钢两者熔点不同，故应调整好氧－乙炔焰的用量。
涂料PPT课件
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由于合成树脂结构的多样性，可满足不同施工和应 用要求。合成树脂可引入羟基、羧基、氨基、环氧 基、异氰酸酯基及不饱和基团，改善涂膜交联固化 性能；合成树脂之间基本都有很好的相容性，可增 强涂膜某方面的应用性能。
( E )0.5 ( HV RT )0.5
V
V
式中 E——内聚能； V——摩尔体积；ΔHV——摩尔汽化热；
R——气体常数；T——绝对温度。
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高分子之间的相容或发生扩散作用的必要热力学条件 是自由能的降低，即
G H TS 0
ΔG越趋向负值，越有利于相容。
如两种物质的溶解度参数分别为δ1和δ2 ，当δ1=δ2时，
颜料的吸光性：颜料的吸光能力强，遮盖力就高。 如炭黑，入射光几乎能全部被吸收。用很少量颜料就 能遮盖住底色。
颜料与基料的折射率差别：如果颜料的折射率大于基 料，遮盖力好。（树脂的折射率均小于1.55） 无机颜料的折射率大，如钛白（2.72）、铁红（3.6）， 遮盖力好。
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②着色力：是某种颜料和另一种颜料混合后形成颜色 强弱的能力。着色力是控制颜料质量的一个重要指标。 决定颜料着色力的主要因素是颜料的分散度。分散得 越好，着色力越强。色漆的着色力随着漆的研磨细度 增大而增强。
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（一）、植物油
植物油的主要成分为甘油三脂肪酸酯。 植物油中不饱和脂肪酸的含量越多，不饱和脂肪酸
中所含双键数越多，活化能力越强，成膜就越快，干 性越好。
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根据植物油所含不饱和酸的双键数量可分为干性油、 半干性油与不干性油三类。
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干性油： 分子中平均双键数6个以上，碘值在140g以上。 这类油具有较好的干燥性能，干后的涂膜不软化。 如桐油、梓油、亚麻油、苏籽油等。
涂层设计篇
拉伸测量法 拉伸测量法是使用粘结剂把棒状、板状或带状零 件粘附在涂层表面，通过测量使涂层从基片上剥离所 需力的大小，求得涂层的结合强度。直接拉伸测量法 ，如图所示，圆形棒利用粘结剂垂直地粘贴在涂层表 面，对涂层垂直施加拉力。若涂层剥离时的力为F，剥 离的涂层面积为S，则涂层的结合强度为F/S。
剪切测量法 将一块金属板粘结在涂层表面并在施加垂直载荷的 条件下，切向单拉金属板，将涂层由基片上剥离所需 的力除以粘结面积可求得剪切应力值。此法由于使用 了粘结剂，可测得涂层结合强度附着力范围受粘结剂 强度所限，通常小于100MPa。 剪切测量法测量 涂层结合强度 1-基片； 2-涂层； 3-粘结剂
破坏性检验方法有金相显微法、多束光干涉法和化 学溶解法等。
1.3 硬度的测量
硬度的测量可归纳为三种主要的类型：静态压痕硬度、动态/回弹 压痕硬度及划痕硬度。 静态压痕硬度测量是通过球体、金刚石锥体或其它锥体将力施加 到被测材料上，使被测材料发生塑性变形，产生压痕，再依据载荷 与压痕面积/深度之间的关系，求出其硬度值。 动态/回弹压痕硬度测量是将一个具有标准重量和尺寸的物体从一 定的高度下落到被测材料的表面并从其表面弹起，根据回弹的高度 来测定被测材料的硬度值。 划痕硬度测量是通过被测物体去刻划已知硬度的另一种物体或用 已知硬度的一种物体去刻划被测物体，根据所产生的划痕大小来评 价硬度值，属于一种半定量测定方法。
腐蚀等级 大气暴露试验结果的评价有定性和定量之分。 定性分析主要采用目测法或 3-5 倍放大镜，对腐蚀产物 的颜色和状态进行观察分析。根据保存的原始试样与腐蚀 后的试样颜色/光泽度对比，可将涂层的腐蚀等级分为5级。 1级腐蚀，涂层表面基本上无变化或仅光泽微暗； 2级腐蚀，涂层出现腐蚀点或膜状氧化物或光泽暗淡， 但无基体金属腐蚀点； 3级腐蚀，出现基体金属腐蚀点，但少于总面积10%； 4 级腐蚀，基体金属腐蚀点面积小于总面积 30% ，或涂 层开裂面积达到同样程度； 5 级腐蚀，基体金属腐蚀点面积 / 涂层开裂面积超过总 面积30%。 大气腐蚀结果的定量描述是根据涂层在单位时间、 单位面积上的重量变化来计算腐蚀速率。
涂料做法方案图纸要求有哪些(涂料配方的设计及分析案例)
涂料做法方案图纸要求有哪些（涂料配方的设计及分析案例）涂料是一种涂装物体表面后，经干燥形成一层薄膜，赋予物体以保护、美化或其它功能的材料。
涂料的组成包含四大组分：-成膜物质-溶剂-颜或填料-助剂一、涂料配方设计涂料配方设计是指根据基材、涂装目的、涂膜性能、使用环境，施工环境等进行涂料各组分的选择并确定相对比例，并在此基础上提出合理的生产工艺、施工工艺和固化方式。
成膜物质（树脂）涂料用树脂的选用主要依据树脂的结构和性能、基材的性质、使用环境和成本因素等。
主要的树脂有环氧树脂、聚氨酯树脂、醇酸树脂、丙烯酸树脂、氟碳树脂、有机硅树脂等。
1.环氧树脂含有两个或两个以上环氧基，以脂肪族、脂环族或芳香族链段为主链的高分子预聚体，目前应用的环氧树脂主要是双酚A型环氧树脂，即双酚A缩水甘油醚（DGEBA），由双酚A（DDP）与环氧氯丙烷(ECH)反应制得,结构如下：环氧树脂稳定性好，存放时间长；树脂工艺性好，能溶于多种溶剂；对各种基材有极好的粘接性；固化物有优异的耐碱性、耐水性和耐化学药品性、电绝缘性优良、机械强度高，可用作结构材料。
但耐候性差，在紫外线照射下会降解，性能下降，因此限制了其室外的使用。
2.聚氨酯树脂含有氨基甲酸酯重复链段的高分子化合物，由多异氰酸酯和多元醇通过氢转移加成聚合制得，结构如下：聚氨酯分子中有强极性氨基甲酸酯基团，大分子间存在氢键，聚合物具有高强度、耐磨、耐溶剂等特性，还可以通过改变多羟基化合物的结构和分子量，在较大范围内调节聚氨酯的性能。
聚氨酯树脂的固化温度范围宽，可以在高低温下固体，形成的漆膜附着力强，耐磨性、耐高低温性能均较好，具有良好的装饰性和防护性能，因此广泛用于家具、服饰、汽车、钢铁设备等的装饰和防护。
3.醇酸树脂由多元醇、多元酸与植物油制备的改性聚酯树脂。
长油度醇酸树脂主要用作建筑涂料；中油度醇酸树脂主要用于气干性工业涂料，也可以用作汽车的修补漆；短油度醇酸树脂主要和氨基树脂一起用作工业烤漆如金属家具等醇酸树脂还可以通过化学或与其他树脂并用，以降低成本，提高和改善产品的性能，如丙烯酸酯改性的醇酸树脂具有良好的耐候和保光性以及耐刮伤性，聚氨酯改性的醇酸树脂干燥快、硬度高、漆膜弹性好、耐磨性高、防水和耐化学品性好，主要用于室内木器清漆，有机硅链段改性的醇酸树脂具有优异的耐候、耐久、保光保色性，耐热性和抗粉化性能均有较大改善，可用于船舶漆、户外钢结构件和器具的耐久性漆和维护漆。
11.热喷涂涂层PPT课件
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热喷涂无机涂层形成过程
无机涂层形成的大致过程是： 无机涂层材料经加热熔化和加速→撞击
基体→冷却凝固→形成无机涂层。 其中无机涂层材料的加热、加速和凝固
过程是三个最主要的方面。
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பைடு நூலகம்
热喷涂无机涂层
无机涂层材料的熔化非常关键，一般希望所有无机涂层 材料都完全熔化并一直保持到撞击基体表面之前，并且 不末发的生熔挥化发过，程一 。些简S单(V的)2 模L126DP型2 可以描述热气流中固体粉
无机涂层材料的喷涂速度主要由焰流速度决定，同时也与 材料的粒度有关。喷涂材料在飞行速度最大时撞击基体的 颗粒动能与冲击变形最大，形成的无机涂层结合较好。因
此，调整喷嘴与工件的距离到最佳位置非常重要。
熔滴撞击基材后扩展成薄膜，撞击时的高速度有助于熔滴 的扩展，但会因为表面张力或凝固过程而停止扩展，并凝
对于铸铁件、多孔件和具有窄缝的工件内的油污，可采 用炉内加热或用火焰加热的方法，让油污流出燃烧。加 热温度为300~350℃，温度不宜过高，否则会使工件组织 发生变化或使工件变形。
将材料参数及有关变量，如热导率、熔化温度等，统一 纳入到加热条件及气流动力学方程中，可以得到不等式：
式中，S为粉末在焰流中的运动距离；λ为平均边界层的 热导率；ΔT为平均边界层的温度梯度；V为平均焰流速 度；μ为平均焰流粘度；L为粉末材料的熔化潜热；D为 粉末的平均直径；P为粉末密度。
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热喷涂工艺
熔化的喷涂材料被雾化：线材端部熔化形成的熔滴在外加压缩气 流或热源自身射流作用下脱离线材，并雾化成微细熔滴向前喷射：
粉末一般不存在熔粒被进一步破碎和雾化的过程，而是被气流或
电冰箱面板的涂装工艺设计课程设计
专业课程设计题 目：电冰箱面板的涂装工艺设计化学化工学院课程设计评分表（Ⅰ)专业班级应用化学1181 姓名学号注：按优（90-100分）、良（80-89分）、中（70-79分）、及格（60-69分）、不及格（60分以下）五档制评定成绩。
目录前言 (4)1. 涂装工艺设计 (5)1.1前处理工艺 (5)1.2喷粉工艺 (6)1.2.2粉末静电喷涂的基本原料 (6)1.2.3粉末静电喷涂的施工工艺 (6)1.2.4粉末静电喷涂的主要设备 (7)1.3固化 (8)1.3.2粉末固化的基本工艺 (8)1.3.3粉末固化的主要设备 (8)1.4检查 (8)1.5成品 (9)2. 工艺流程图 (9)3.粉末静电喷涂工艺参数 (9)4.环保工艺设计 (10)4.1VOC 的产生和毒害性 (10)4.2VOC 的防治措施 (10)4.2.1加强宣传教育 (10)4.2.2严格现场管理 (11)4.2.3改进工艺设备 (11)4.2.4开发新产品 (11)4.3治理方法 (12)4.3.1活性吸附 (12)4.3.2引风高空排放 (12)4.3.3燃烧处理 (12)4.3.4吸收除气 (12)4.3.5冷凝收集 (13)4.3.6生物处理 (13)4.3.7采用替代HAP 溶剂 (13)5.总结 (14)6.参考文献 (15)前言静电喷涂设备时粉末涂料是不可缺少的，粉末涂料是一种固体份100%的、以粉末涂料形态进行涂装形成涂膜的涂料。
它与一般溶剂型涂料和水性涂料不同，不是使用溶剂或水作为分散介质，而是借助空气作为分散介质。
40年代随着石化工业行业的迅速发展，聚乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺等热塑性树脂产量快速增长，人们开始研究将树脂熔融涂敷于金属表面，因此相继出现了辊涂、散布和火焰喷涂等工艺方法。
1952年联邦德国的Gemmer发明了流化床涂敷法，粉末借助空气动力在专门的容器内流动游浮，具备了液体特性，从而连续自动地在预热工件表面熔融涂敷上一层致密光滑的涂层。
钛合金高温防护陶瓷涂层的制备与性能
钛合金高温防护陶瓷涂层的制备与性能本文从网络收集而来，上传到平台为了帮到更多的人，如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载本文档（有偿下载），另外祝您生活愉快，工作顺利，万事如意！引言钛合金因具有比强度高的特点而在航空航天等领域得到了广泛的应用。
由于金属钛的化学活性较高，在高温环境中极易被氧化，生成脆性的无保护性疏松氧化层，氧分子可以透过氧化层继续氧化钛合金基体，钛合金器件在高温环境中迅速失效，因而在高温环境中使用的钛合金器件需要对其进行抗高温氧化防护处理。
表面改性处理是提高钛合金抗高温氧化性能的重要途径之一，其原理主要是在钛合金表面形成一层阻隔层来阻挡高温腐蚀空气与钛合金基体接触。
目前针对钛合金抗高温氧化表面防护技术主要可分为扩散涂层、气相沉积陶瓷涂层、溅射涂层、搪瓷涂层等，但是制备过程中温度较高，工艺较为复杂，制备温度一般在1 000 ℃以上，较高的温度会影响基体组织，进而恶化基体的力学性能，降低制备温度成为高温防护陶瓷涂层技术亟须解决的问题之一。
1 试验部分试验材料涂料配方及配制方法经过前期正交试验优化，得到的涂料配方所列。
无机陶瓷涂料的配制步骤如下：将g 磷酸二氢铝溶液溶于g 蒸馏水中，形成均匀溶液后加入g 正硅酸四乙酯后密封搅拌24 h，形成均匀透明的溶液，随后加入g 氧化锌与g 氧化镁，使之完全溶解。
加入g 纳米六方氮化硼粉末，分散均匀后加入g 纳米氧化铝粉末，分散均匀后在超声震荡的条件下搅拌15 min。
样品制备用砂布将TC18 钛合金表面打磨光亮，去除表层氧化皮。
采用空气喷涂的方式在钛合金表面喷涂配制好的涂料，喷涂完成后涂料应完全覆盖合金表面，随后将喷涂好的试样转移到烘箱中固化，固化工艺为：120℃保温2 h、200 ℃保温5 h、350 ℃保温5 h。
性能检测方法试样制备完成后，采用上海中奕KSY-6D-16K 箱式电阻炉进行抗热震性试验以及高温氧化试验。
抗热震性试验采用急冷裂纹判定法进行，将试样从900℃电阻炉中取出后分别置于室温环境中进行空冷和水冷却，冷却后重新加热，一直循环到试样出现明显缺陷。
立体纹理涂层方案
1.立体纹理涂层能够提升电子产品外壳的美观度和触感，提高 产品的附加值。 2.该涂层具有优良的绝缘性和抗指纹性能，能够满足电子产品 的功能需求。 3.随着消费电子产品市场的快速增长和消费者对产品品质的追 求，立体纹理涂层在电子产品外壳涂装领域的应用前景十分广 阔。
▪ 环保与可持续性发展
▪ 方案目的
1.本方案旨在提供一种高效、环保、经济的立体纹理涂层施工方法，以满足市场对高品质涂层 的需求。 2.通过本方案的实施，提高涂层的立体感、美观度和耐久性，同时降低施工成本和时间成本， 为建筑行业等相关领域提供一种创新的涂层解决方案。 3.本方案的推广和应用将有助于推动立体纹理涂层技术的发展，提高我国在建筑、家居、汽车 等领域的涂层技术水平。
1.涂层的外观应平整、光滑、无缺陷，以满足美观和使用要求。 2.采用高精度的涂装设备和工艺，确保涂层的平整度和光泽度。 3.加强对涂装过程中质量的监控和管理，及时发现并解决问题，保证涂层的质量稳定性。
▪ 涂层的环保与可持续性
1.选择环保、无毒的涂层材料，减少对环境和人体的危害。 2.优化涂装工艺，降低能耗和废弃物排放，提高生产效率。 3.加强废旧涂层材料的回收和再利用，实现资源的有效循环利用，促进可持续发展。
涂层的耐候性与耐化学性
1.根据使用环境的要求，选择具有优良耐候性的涂层材料，以抵抗风雨、紫外线等自然因素的侵蚀 。 2.对于接触化学介质的情况，应选择耐化学性能好的涂层材料，防止化学腐蚀和渗透。 3.通过实验室模拟和实地测试，评估涂层的耐候性和耐化学性能，确保其满足使用要求。
涂层材料和性能要求
▪ 涂层的外观与质量
立体纹理涂层方案
立体纹理涂层技术原理
立体纹理涂层技术原理
▪ 立体纹理涂层技术概述
涂层.PPT
视频
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涂层——材料的“外衣”
F-外衣”
电磁波吸收涂层
所谓“隐身”是相对而言，即通过在战机机身涂抹隐身 涂料，或者使用吸波材料制造机身，并通过物理学原理对机 身的结构进行优化，使机身的横截面降到最低，从而减少雷 达反射面，或完全规避雷达探测(因雷达性能而定），达到 “隐身”的效果。
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涂层——材料的“外衣”
涂层的结构及 与基体的结合方式
PART 02
8
涂层——材料的“外衣”
涂层的结构类型
纳米多层 结构
纳米复合涂 层结构
多层结构9
涂层——材料的“外衣”
纳米复合涂层
纳米晶
非晶包覆层限制了纳 米晶的滑移使得涂层 硬度大幅提高，同时 兼具非晶的韧性
2、一形般成涂来层说颗粒，与在同一种涂层中紧，密以接触上（原四子种晶格结常数合范方围） 颗 (涂式粒层之自有间身的可结内合能聚强力同度)。时存微在扩，散但结仍合然以颗变粒形机撞、击高械基温结体等表条合面件，，为由在主于界紧面。密上的造接成触微、
小的扩散，增加颗粒和基体的结合力
涂层自身结合强度＞涂 层与基体的结合强度。
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涂层——材料的“外衣”
涂层材料的应用
硬质合金涂层 电气绝缘涂层
电磁功能涂层 防腐涂层
电磁波屏蔽涂层和导电涂层 电磁波吸收涂层 磁性涂层
热功能涂层 耐热、阻燃、示温、保温
光学功能涂层
机械功能涂层 可粘结、防破损、可剥离、润滑、防滑、消
音减震等
界面功能涂层
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涂层——材料的“外衣” 硬质合金涂层
施涂前的涂层材料通常为 气、液、固三种状态，需要根据 施涂的基质选择涂层材料的种类 和状态。
表面涂覆技术课件PPT
表面黏涂技术的应用及实例
✓ 表面黏涂技术在修复领域的应用
铸造缺陷的修补
铸造缺陷—气孔、缩孔
零件磨损、划伤的修复
恢复尺寸简单易行，既无热影响，涂层厚度又不受限制，同时涂层还有 很好的耐磨性。
渗漏、泄漏紧急修补和带压堵漏
“滴、冒、漏、渗”等问题
受腐蚀、气蚀、冲蚀设备的修复和预保护涂层 高温、绝缘、导电特殊工况零件缺陷修补 机件联接、裂纹、破裂的修补
带； 5）若表面粘结材料涂层固化后需涂敷另一种表面粘结材料
来补强，应先打磨粗化底层的涂层表面。
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固化过程
（1）固化反应及影响因素：
固化反应：A+B 从顺滑的泥状（或液态）到涂层开始硬化的交
界点，称为初硬点，在此之前的时间段为粘涂材料的初硬阶段，
又称适用期；
温度对固化过程的影响:
温度
固化速度
否成功地完成涂敷。待涂敷的工件表面绝对不能有 （2）涂敷层固化后处理：
1mm的钼涂层打底，再喷涂青铜涂层，精加工。 如果不能关闭作业系统，必须首先止漏； 密度小，分散性好，在树脂中无沉降。
油脂、锈迹、尘土及水分，这些污物使修补剂与待 密度小，分散性好，在树脂中无沉降。
用粘结剂进行涂敷非常简便，基本工艺步骤为： 修复损坏的传动轴
一般认为在涂层与基体之间机械结合起主要作用，同时，其它几种结合机理也在不同程度地起作用，其程度受粉末的成分、表面状态 、温度、热物理性能等因素的影响。
表面潮湿的原因很多，有天气 、冷凝水、泄漏或渗漏，用一 涂层是由无数变形的粒子互相交错而呈波浪式堆迭在一起的层状组织结构，或者说涂层是由熔融粒子撞击后的扁平状的变形粒子组成
涂表面的局部粘结性能下降，即使在不高的压力下 (2) 火箭发动机燃烧室、尾喷管、喷嘴等部件喷涂保护层。
UV镀膜涂料配方设计ppt课件
二官能以上单体： 形成枝链型结构，提供硬度 和增加交联点，提高双键转化率 ；
电冰箱面板的涂装工艺设计
电冰箱面板的涂装工艺设计专业课程设计题目：电冰箱面板的涂装工艺设计学院：专业：班级：学号：学生姓名：导师姓名：完成日期：化学化工学院课程设计评分表（Ⅰ)专业班级姓名学号注：按优（90-100分）、良（80-89分）、中（70-79分）、及格（60-69分）、不及格（60分下列）五档制评定成绩。
目录前言 (4)1. 涂装工艺设计 (5)1.1前处理工艺 (5)1.2喷粉工艺 (6)1.2.1粉末静电喷涂的基本原理 (6)1.2.2粉末静电喷涂的基本原料 (6)1.2.3粉末静电喷涂的施工工艺 (6)1.2.4粉末静电喷涂的要紧设备 (7)1.3固化 (8)1.3.1粉末固化的基本原理 (8)1.3.2粉末固化的基本工艺 (8)1.3.3粉末固化的要紧设备 (8)1.4检查 (9)1.5成品 (9)2. 工艺流程图 (9)3.粉末静电喷涂工艺参数 (10)4.环保工艺设计 (10)4.1VOC 的产生与毒害性 (10)4.2VOC 的防治措施 (11)4.2.1加强宣传教育 (11)4.2.2严格现场管理 (11)4.2.3改进工艺设备 (11)4.2.4开发新产品 (12)4.3治理方法 (12)4.3.1活性吸附 (12)4.3.2引风高空排放 (12)4.3.3燃烧处理 (13)4.3.4汲取除气 (13)4.3.5冷凝收集 (13)4.3.6生物处理 (13)4.3.7使用替代HAP 溶剂 (13)4.4结语 (14)5.总结 (14)6.参考文献 (15)前言由于工业进展与人类活动产生严重的大气污染而引起的臭氧层破坏、地球温暖化、酸雨等全球性的环境破坏问题，造成气候反常、各类灾害不断。
近10~20年来人类的生存环境条件越来越严重恶化。
全世界呼吁保护环境，多次举行国际环保会议，签订条约或者协议，与此同时各国政府也制定了环保法规。
而有机溶剂的大气排放是其中最大的问题之一，促使各产业界实现无溶剂化的革新，是工业涂装进入净化工程时代。
涂层方案设计
涂层方案设计引言涂层是一种常见的表面处理技术，通过在材料表面涂覆一层特定的涂料或化学物质，可以改善材料的各种性能。
涂层方案设计是指根据材料的使用环境和要求，设计出最佳的涂层方案。
本文将介绍涂层方案设计的基本原则和常用方法，以及在不同应用领域的一些涂层方案设计示例。
涂层方案设计的基本原则涂层方案设计的目标是提供最佳的保护和增强材料性能的方案。
在设计涂层方案时，需要考虑以下几个基本原则：1.环境适应性：根据材料的使用环境，选择具有耐腐蚀、防污染、耐磨损等特性的涂料。
2.材料相容性：涂料与基材之间应具有良好的相容性，避免涂层与基材之间的剥离或起皮等问题。
3.涂层厚度：根据不同材料和使用要求确定涂层的厚度，既要保证涂层的保护作用，又要避免因涂层过厚导致材料失去原有性能。
4.涂层结构：涂层可以采用单层、多层或复合结构，根据需要选择最适合的结构，以提高涂层的性能。
5.工艺控制：设计涂层方案时，需要考虑到涂布的工艺过程，包括涂布方式、温度、湿度等因素，保证涂层的均匀性和稳定性。
涂层方案设计的常用方法涂层方案设计需要综合考虑涂料的性能、涂层结构和基材的特性，以下是一些常用的涂层方案设计方法：1.选择合适的涂料类型：根据材料的使用环境和要求，选择适合的涂料类型，如有机涂料、无机涂料、高温涂料等。
2.优化涂层结构：根据材料的应用要求，优化涂层的结构设计，如使用隔热涂料、阻隔涂料等。
3.表面预处理：对基材进行适当的表面预处理，如脱脂、酸洗、打磨等，以增加涂层与基材之间的附着力。
4.控制涂布工艺：合理控制涂布的工艺参数，如涂布速度、涂布压力、涂布温度等，以提高涂层的附着力和均匀性。
5.涂层性能测试：对涂层进行性能测试，如耐腐蚀性测试、耐磨损性测试等，以评估涂层方案的有效性。
涂层方案设计示例汽车涂层方案设计对于汽车来说，涂层方案设计非常重要，涂层可以提供汽车的保护、美观和功能增强效果。
例如，在汽车车身上使用耐腐蚀的底漆、防刮擦的面漆和抗紫外线的清漆，可以保护汽车表面免受腐蚀和划痕，并能抵抗紫外线辐射，延长涂层的使用寿命。
新工艺制备金属表面涂层
金属表面微弧氧化陶瓷涂层制备实验一、实验目的1．掌握微弧氧化制备陶瓷涂层的设备结构、涂层形成原理和基本操作2．明确微弧氧化时间与脉冲工艺参数调控对涂层生长的影响3．了解陶瓷涂层基本性能的表征方法二、实验原理及概述1．微弧氧化技术简介与工艺优点微弧氧化（Microarc oxidation, MAO）又称微等离子体氧化，又称阳极火花沉积（Anodic spark deposition, ASD），火花放电阳极氧化（Anodic oxidation by spark deposition in German, ANOF），等离子体电解阳极化处理（Plasma electrolytic oxidation, PEO）。
它是靠电解液与电参数的匹配调节，在弧光放电产生的瞬时高温高压作用下，于金属表面生长出以基底氧化物为主辅以电解液组分掺杂的陶瓷化涂层。
微弧氧化技术具有很多优点：处理后表面获得陶瓷化涂层，表面除具有良好的韧性、耐腐蚀、耐磨特性外，还具有功能陶瓷的一些特性，如磁电屏蔽能力、生物医学性能及良好的绝缘性等；采用脉冲电流，对基底材料热输入小，基本上不会破坏材料原有的力学性能；涂层与基底结合强度高，涂层组织结构在较宽的范围内可调；设备简单、操作方便，经济高效，生产过程中无需气氛保护或真空条件，且无三废排放，迎合了绿色环保型表面改性技术的发展要求。
微弧氧化涂层根据特性可分为防腐涂层、耐磨涂层、电保护涂层、光学涂层和功能性涂层等，其应用领域示于表1。
可见，不同组织结构的微弧氧化涂层因其特殊的物理与化学特性，显示出广阔应用前景。
表1 微弧氧化陶瓷层应用领域2．微弧氧化设备结构采用65kW双极脉冲微弧氧化装置对金属及合金（铝、镁或钛）进行表面陶瓷化处理。
装置图示于图1，主要由高压脉冲电源、电解槽、搅拌系统和水冷系统等组成。
通过调整脉冲电源输出，可以对电参数（电压或电流、频率、占空比等）进行单独调节，从而拓展了微弧氧化涂层结构的控制范围。
涂层工艺流程优化与改进
ABCD一、涂层工艺概述涂层工艺是在物体表面施加一层或多层涂层材料，以赋予物体特定性能的一种表面处理技术。
它广泛应用于各个工业领域，包括汽车制造、航空航天、机械加工、电子设备等，对提高产品的质量、性能、美观度以及耐久性起着至关重要的作用。
1.1 涂层工艺的类型涂层工艺的类型多种多样，常见的有以下几种：- 喷涂工艺：利用喷枪将涂料雾化后喷涂到物体表面形成涂层。
这种工艺具有施工效率高、涂层均匀性好等优点，适用于大面积涂装，如汽车车身、家具表面等。
- 电镀工艺：通过电解作用，使金属离子在物体表面沉积形成金属涂层。
电镀可以提高物体的耐磨性、耐腐蚀性和导电性，常用于金属制品的表面处理，如镀铬的汽车零部件、镀镍的电子元件等。
- 化学镀工艺：在无外加电流的情况下，利用化学还原剂将溶液中的金属离子还原并沉积在物体表面。
化学镀可以在非金属材料表面形成金属涂层，具有镀层均匀、不受基体形状限制等特点，广泛应用于塑料、陶瓷等材料的表面金属化。
- 涂装工艺：除了喷涂外，还包括刷涂、辊涂等方式。
涂装工艺可以使用各种涂料，如油漆、涂料、粉末涂料等，以满足不同的防护和装饰需求。
- 气相沉积工艺：包括物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）。
PVD通过物理过程，如蒸发、溅射等，将材料沉积在物体表面形成涂层；CVD则是利用化学反应在物体表面生成涂层。
气相沉积工艺可以制备出高性能的涂层，如硬质涂层、光学涂层等，常用于刀具、模具、光学元件等的表面处理。
1.2 涂层工艺的作用涂层工艺在工业生产中具有以下重要作用：- 防护作用：涂层可以防止物体表面受到腐蚀、氧化、磨损等损伤，延长产品的使用寿命。
例如，在海洋环境中使用的钢结构，通过涂层防护可以有效抵御海水的侵蚀；汽车发动机部件的涂层可以减少磨损，提高其可靠性。
- 装饰作用：涂层可以赋予物体各种颜色、光泽和纹理，提高产品的美观度和市场竞争力。
如家电产品、电子产品外壳的彩色涂层，不仅使其外观更加吸引人，还可以体现品牌特色。
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分析方法： 目测 体视显微镜 扫描电镜
（2）表面粗糙度
可采用轮廓算术平均值Ra和轮廓微观不平度Rz来 表示。 测量仪器：粗糙度测量仪
将一块金属板粘结在涂层表面并在施加垂直载荷 的条件下，切向单拉金属板，将涂层由基片上剥离所 需的力除以粘结面积可求得剪切应力值。
剪切测量法测量 涂层结合强度 1-基片； 2-涂层； 3-粘结剂
1.6
涂层孔隙率的检测
涂层中孔隙率的多少直接影响到涂层的使用性能， 对于大多数涂层来说，比如耐腐蚀、耐高温氧化、耐 磨涂层等，都要求涂层中的孔隙率越低越好，相反， 对一些热障涂层和可磨耗密封涂层，则要求涂层中存 在一定的孔隙率。因此，孔隙率是检验涂层合格的重 要指标之一。
成分面分析
1.9 涂层相分析
250
★
★
★
▲
★ α-Al2O3
▲ γ-Al2O3
◆ TiO2
Intensity(Counts)
X射线衍射仪
200
★ ★
150
★ ★
▲
★
100
★
50
◆
▲
◆ ◆
50 60 70 80
0 20 30 40
2-Theta
等离子喷涂纳米AT13涂层XRD分析
a
2
b
微米AT13涂层中 的Al2O3形态及选 区电子衍射图样 a.α-Al2O3 [223]， b.η-Al2O3[211]， c.α-Al2O3多晶与 非晶衍射环
• (1)涂层与基体、涂层与涂层在结构上的合理匹配能得到低 的界面能和高的结合强度。 • (2)涂层与基体元素亲和力好，在制膜工艺条件下如能相互 扩散形成间隙或无限固溶体，可大大提高结合强度。
• (3)涂层与基体(或涂层)的热膨胀系数值应相近。
• (4)对重载工况下的涂层，要求基体有足够的支承
强度、足够高的硬度和韧性。
2．2 表面工程工艺设计
表面工程工艺设计包括对工件、材料进行表面预 处理及工程施工全过程中的表面技术的选择，所用 材料的选择，工艺装备的选用或设计，涂层结构和 性能设计，工艺规程的制定等内容。
2.2.1 表面工程技术的选择原则 一、适应性原则 ---- 适合的工艺 二、耐久性原则 ---- 高寿命 三、经济性原则 ---- 低成本
透射电镜
c
1.10 涂层特性的分析与检测
涂层耐蚀性的检测
涂层高温抗氧化性的检测 涂层的耐磨性试验
(1)
涂层耐蚀性的检测
涂层的耐蚀性指的是涂层抵抗环境腐蚀，延长基体 使用寿命的能力。涂层的耐蚀性检验包括大气暴露试验 、使用环境试验、人工模拟/加速腐蚀试验。 大气暴露试验： 将待测涂层试样放在大 气环境中，进行各种大气环 境下的腐蚀试验，定期观察 腐蚀过程的特征，测定腐蚀 速度，检验涂层在大气环境 下的腐蚀速度。
湿沙橡胶轮磨粒磨损试验机原理
CrCB 涂层磨粒磨损后形貌
销盘式磨料磨损： 将砂纸或砂布装 在圆盘上，作为实验 机磨料。试样做成销 钉式，在一定负载压 力下压在圆盘砂纸上， 试样涂层表面与圆盘 砂纸相接触，圆盘转 动，试样沿圆盘的径 向做直线运动，经一 定摩擦行程后测定试 样的失重。
销盘式磨料磨损试验工作原理示意图 1-垂直轴； 2-金属圆盘； 3-纱布（纸)； 4-试样； 5-夹具； 6-加载砝码
• 如TiC涂层变形量达2％时即发生破裂，其基体材
料的硬度应在50HRC以上，含碳量应＞0.5％。硬
质合金和高碳高合金钢是制做冷作模具和刀具涂 层的良好基体材料。
TiC、TiN、TiCN和α-Al203都是面心立方晶格， 具有相近的热膨胀系数、良好的互溶性和化学稳 定性。 在CVD中，TiC与基体元素在高温下能发生强烈相 互扩散，可得到很高的结合强度，很适于做复合 涂层的底层； TiN具有良好的化学稳定性和抗粘着磨损的能力， 又呈美丽的金黄色，是最适宜的一种外表层； 而TiCN的性能介于两者之间，故设计多层复合涂 层时，常以TiC做底层，TiN为表层，TiCN做过渡 层。 基体＋TiC+TiCN+ TiC+TiCN+ TiC+TiCN+TiN
测量涂层中孔隙率的方法很多，主要有排水法、 滤纸/涂膏法和金相分析法。
金相法 金相法是将涂层截面臵于光学显微镜下，在一定 放大倍数下观察或拍成显微照片，计算机对图象进行处 理，定义一孔隙门槛值，将显微图片上某一衬度组织似 为孔隙，计算程序采用积分的方法将视域内各个孔隙面 积累积起来，再除以视域总面积，从而获得涂层孔隙率 大小。
涂层的结合强度是指涂层与基体结合力的大小， 即单位面积涂层从基体上剥落下来所需要的力。测 量涂层结合强度的方法可分为两大类： 定性检验，如弯曲试验、冲击试验、杯突试验等 定量检验，如划痕试验、抗拉试验、压缩试验等
弯曲试验
弯曲试验通常为三点弯曲试验，其做法是将涂层试样 臵于一定距离的两个支点上，涂层面向支点，将一定曲率 半径的压头作用于基体材料的中点，在一作用力下，试样 发生弯曲，随着力的不断增大，涂层会开裂，直至从基体 上剥离，弯曲角的大小说明涂层结合强度的大小。
镍溶液加入1～3μm的SiC的微粒，可获得Ni—SiC 复合镀层，用于镀覆发动机气缸内壁，缸壁的磨损 量为普通钢缸套汽缸的60％。
Co-Cr3C2：镀层在800℃以下仍能保持高的耐磨
性．在400-600℃时其耐磨性远优于镍基复合镀层 。 经热处理后的化学镀Ni-P-Si镀层的耐磨性比未热 处理的化学镀镍层高15-20倍。
腐蚀等级 定性分析：采用目测法或3-5倍放大镜，对腐蚀产物的 颜色和状态进行观察分析。根据保存的原始试样与腐蚀 后的试样颜色/光泽度对比，可将涂层的腐蚀等级分为5 级： 1级腐蚀：涂层表面基本上无变化或仅光泽微暗； 2 级腐蚀：涂层出现腐蚀点或膜状氧化物或光泽暗淡 ，但无基体金属腐蚀点； 3级腐蚀：出现基体金属腐蚀点，但少于总面积10%； 4级腐蚀：基体金属腐蚀点面积小于总面积30%，或涂 层开裂面积达到同样程度； 5级腐蚀：基体金属腐蚀点面积/涂层开裂面积超过总 面积30%。 定量分析：根据涂层在单位时间、单位面积上的重量变 化来计算腐蚀速率。
• 原来的单一的表面技术由于其固有的特点
和局限性．往往不能满足这些苛刻要求。 • 将两种或多种表面技术以适当的顺序和方 法加以组合，或以某种表面技术为基础制 造复合涂层或改性层的一些技术，即复合 表面技术。
2.1.1
以增强耐磨性为主的复合表面技术
• 1、电镀、化学镀复合涂层： • 使金属和不溶性固体微粒共沉积，可以 获得各种微粒弥散金属基复合镀层。
不同测量方法测得的粗糙度不同
1.2 涂层厚度的测量
涂层厚度的检验方法很多，可分为无损检测和破 坏性检测两大类。 无损检测主要有磁性法、涡流法、和X－射线荧光 测厚法等。
破坏性检验方法有金相显微法、多束光干涉法和化 学溶解法等。
1.3 硬度的测量
硬度的测量可归纳为三种主要的类型： 静态压痕硬度测量是通过球体、金刚石锥体或其它锥体将力 施加到被测材料上，使被测材料发生塑性变形，产生压痕，再依 据载荷与压痕面积/深度之间的关系，求出其硬度值。
1.7 显微组织分析
涂层的显微组织观察通常包括孔隙大小、分布、未 熔/凝固颗粒夹杂物、氧化物、涂层厚度、界面结合、 表面粗糙程度，是对涂层更直观、更深入的检测分析。 常见的显微组织观察分析手段有光学显微镜、扫描电子 显微镜、原子力显微镜等。
b a b a
1.8 涂层成分分析
光谱分析仪 电子探针 X射线荧光光谱仪 能谱仪
1.4 残余应力的测量
宏观应力：因热膨胀系数差异而导致涂层中的残余应 力为，不仅取决于热膨胀系数差异的大小，而且取决 于薄膜/涂层制备时，基体温度的高低。 微观局部应力：由于相变、变形不均、涂层中的缺陷 等因素引起的。 测量方法： X射线衍射仪 残余应力测量仪 应力应变仪测量
1.5 涂层结合强度的测量
动态/回弹压痕硬度测量是将一个具有标准重量和尺寸的物 体从一定的高度下落到被测材料的表面并从其表面弹起，根据回 弹的高度来测定被测材料的硬度值。 划痕硬度测量是通过被测物体去刻划已知硬度的另一种物体 或用已知硬度的一种物体去刻划被测物体，根据所产生的划痕大 小来评价硬度值，属于一种半定量测定方法。
（1）涂层显微硬度测量 显微硬度计测量，膜厚应大于压痕所产生的塑 性形变区及影响区深度，如维氏硬度，膜厚至少要 为压痕深度的10倍，当镀膜非常薄时，基片的硬度 会影响膜的硬度。
冲蚀磨损试验 冲蚀磨损试验的试样放入橡胶保护板上并固定，在 喷砂室内，用射吸式喷砂枪喷砂冲蚀。试验完毕后，根 据涂层质量减少量来评定涂层耐冲蚀磨损能力，冲蚀磨 损实验特别适用于由气体或液体携带一定尖锐度的硬质 颗粒冲刷造成的冲蚀磨损。 喷砂试验示意图 1-喷砂枪 2-喷嘴 3-试样 4-橡胶保护板 5-电磁盘
为了评价涂层高温抗氧化效果或者一种金属的高温氧化程
度，经常要进行高温氧化试验。 评价高温氧化速率可以采用以下三种主要指标之一： 一是金属的消耗量； 二是氧的消耗量； 三是生成的氧化物量。 测定这三个指标归结为两种方法：失重法和增重法。
失重法 确定单位时间内单位面积的重量损失，用以表示氧化速率。
增重法 用单位时间单位面积上涂层重量的增加表示平均氧化速率。
g/m 2. h mass gain △W
0.03 0.02 0.01 0 0 100 200 300 400 500 oxidation time h Sample 1 Sample 2 Sample 3
(3) 涂层的耐磨性试验 涂层的耐磨性试验在机械行业非常重要，主要有磨 料磨损试验、粘着磨损试验和砂粒冲蚀实验。