第六章 表面涂覆技术
表面涂覆技术的原理与应用
Overview
1. 表面涂覆技术概述 2. 涂覆材料与工艺 3. 涂覆技术的实际应用 4. 涂覆技术的未来趋势
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表面涂覆技术概述
定义与分类
• 表面涂覆技术：指在物体表面上形成一层覆盖物的过程，以改善材料性能或赋予新功能。 • 常见涂覆技术种类：包括物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、电镀、喷涂等多种
• 环保节能设计：结合绿色建筑理念，采用可回收隔热材料，降低能源消耗，实现建筑可持续 发展。
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涂覆技术的未来趋势
技术创新方向
• 绿色环保涂覆材料：研究开发可降解或循环利用的涂覆材料，减少对环境的污染，提高材料 的可持续性。
• 智能化涂覆工艺：采用先进的传感器和控制系统，实现涂覆过程的精准控制和实时监控，提 升涂覆质量和效率。
• 未来趋势与挑战：当前涂覆技术正向绿色环保、高效节能方向发展，同时面临着新材料开发、 涂覆工艺优化等挑战。
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涂覆材料与工艺
主要涂层材料
• 金属涂层：金属涂层以其良好的导电性和热传导性广泛应用于电子产品和散热设备中，提高 设备的性能和稳定性。
• 陶瓷涂层：陶瓷涂层因其卓越的耐磨性和绝缘性而被用于制造耐磨部件和高电压绝缘体，延 长产品寿命并确保电气安全。
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涂覆技术的实际应用
工业领域中的表面涂覆技术
• 耐磨涂层的重要性：在机械零件上应用耐磨涂层，可显著提高其使用寿命，减少维护成本， 尤其适用于高摩擦和高磨损的工作环境。
• 防腐蚀保护在航空航天：航空航天材料采用先进的防腐蚀涂层，确保在极端气候条件下的长 期稳定性和安全性，保障飞行器的可靠运行。
• 多功能涂层设计：结合纳米技术和复合材料，研发具有自修复、防腐蚀、抗菌等多功能的涂 层，拓展涂覆材料的应用领域。
表面涂覆技术
粘结剂（粘合剂）的组成与分类 粘结剂
基料
固化剂
填料
辅助材料
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✓ 基料(粘料或胶料) 主要为热固性树脂、合成橡胶等，如环氧酚醛、聚氨酯弹性体、不饱和聚酯、丙稀酸酯等，具有三
向交联结构，尤其经改性处理后，强度、韧性、耐介质性、耐水、耐热性大大高于一般聚合物材料。
作用：把涂层中的各种材料包容并牢固地粘附在基体表面形成复合材料涂层。
后固化通常可以提高修复层综合性能的20%～30%。
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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 表面粘涂技术已广泛应用于航空航天、机械、电子、交通、建筑、纺织、石化、医疗等行业，不仅用于 密封、堵漏、绝缘、导电，还广泛应用于机械零件的耐磨损、耐腐蚀修复和预保护层，也用于修补零部件的 缺陷，如裂纹、划伤、尺寸超差、铸造缺陷等。
两种金属尽管合金化特性彼此差别很大，但只要它们的晶格相同，基体金属与焊缝金属的熔合区 就有相容性。
对于组织类型不同的钢，熔合区的形成过程就比较复杂。根据结晶方向和尺寸相适应的规律，被 焊金属晶格的相差不超过9﹪才会产生共同的结晶。这时在熔合区内就出现从一种晶格过渡到另一 种晶格的单原子层，此过渡层总是受到一定的应力。
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金属表面堆焊的特点 • 1.堆焊的目的是用于表面改质，因此，堆焊材料与基体往往差别很大，因而具有异种金属焊接的特点。 • 2.与整个基体相比，堆焊层仍是很薄的一层，因此，其本身对整体强度的贡献小，只要能承受表面耐磨
等要求即可。堆焊层与基体的结合力也无很高要求，一般冶金结合即可满足。 • 3.要保证堆焊层自身的高性能，要求尽可能低的稀释率。 • 4.堆焊用于强化某些表面，因而希望焊层尽可能平整均匀。这要求堆焊材料与基体应有尽可能好的润湿
表面涂覆技术概述
(2) 固化干燥类 这类涂料的成膜物质一般是相对分子量较 低的线性聚合物，可溶解于特定的溶剂中，经涂装后， 待溶剂挥发后，就可通过化学反应交联固化成膜。
(2) 酸固化型氨基树脂涂料 常温下能固化成膜，光泽好，外观 丰满，但是耐温度和耐水涂料 氨基树脂增强了硝基透明 涂料的耐候、保光等性能，提高了固体分含量。
(4) 水溶性氨基树脂涂料 其物化性能优于溶剂型氨基醇酸树脂 ，但耐老化性不及溶剂型的好。
表面涂覆技术概述
2020/3/21
第一节 涂料与涂装
涂料，以前通称为“油漆”，但是在现代应用中实际已经远远 超过油漆的使用范围。
涂装，涂料的施工称为涂装。在国民经济的发展过程中，涂 料的研发和涂装技术得到了迅猛发展，发挥越来越重要的作 用。
一、涂料的组成 涂料产品有数千种，包括油脂涂料、过氯乙烯涂料、橡胶
2. 以涂料中的主要成膜物质为基础分类
按照国家规定，目前我国涂料产品是以涂料中的主要成 膜物质为基础来分类的。按此方法，将成膜物质分为17大类 ，相应的涂料产品也分为17大类。
表5.1 成膜物质分类及命名代号
（请见课本老书P107页表5－1 新书P149页表7－1）
三、 涂料产品的命名
根据我国标准局颁布的《涂料产品分类命名和型号》（ GB2705）的有关规定，
涂前表面处理→涂布→干燥固化
涂前表面处理：清洗、粗化等； 涂布：手工涂布；喷涂法、静电涂布法、电泳涂布 法、粉末涂布法、辊涂法等等。
干燥固化：即成膜机理。见下页。
金属材料表面涂覆技术的研究与应用
金属材料表面涂覆技术的研究与应用随着工业技术的不断发展，金属材料的表面涂覆技术得到了广泛的应用。
这种技术通过在金属表面涂上一层其它材料，可以起到保护、防腐、美化等多种效果。
同时，涂覆技术还可以改变材料的表面性质，使其具备更多的功能。
因此，金属表面涂覆技术已经成为现代工业中必不可少的技术之一。
一、涂覆技术的种类金属材料表面涂覆技术包括多种，其中最常见的包括电镀、热喷涂、物理气相沉积等。
这些技术各有优缺点，可以针对不同的涂覆要求进行选择。
1. 电镀技术电镀是最传统，也是最常见的一种涂覆方式。
该技术通过在金属表面施加电场，使金属离子在电极上析出，并在金属表面上形成一层覆盖。
该技术可以涂覆多种不同的材料，包括黄铜、锌、铬等，常用于制造珠宝首饰等物品。
2. 热喷涂技术热喷涂技术是利用高温将涂覆材料喷向金属材料表面的技术。
该技术可以涂覆各种涂料，包括陶瓷、金属、聚合物等。
该技术具有成本低、成型性好等优点，常用于制造飞机、汽车等大型工程。
3. 物理气相沉积技术物理气相沉积是将涂覆材料在高温高真空下，从源头释放，喷射到加热的基材上的技术。
其优点是可以制备高生长速度、低污染的涂层，常用于制造微电子、太阳能电池等科技产品。
二、涂覆技术的应用金属材料表面涂覆技术的应用非常广泛，其中最常见的是在工业领域。
下面列举几个具体的应用：1. 镀铬技术镀铬技术是电镀技术的一种，其主要是将一层铬涂覆在金属表面上。
该技术可以改变金属的外观，让其变得亮丽。
常用于制造家具、汽车零件等。
2. 热喷涂技术热喷涂技术可以应用于汽车、飞机等行业，因为其能够在严苛的工作环境下保护机器零件不受磨损、腐蚀等因素的影响。
3. 物理气相沉积技术物理气相沉积技术可用于生产太阳能电池板、显示器和LED等电子产品。
因为它可以制造薄、高效的电子涂层，有着独特的应用价值。
三、结论金属表面涂覆技术在现代工业中具有广泛的应用，可以增强材料的性能、改善工作环境、美化外观等多种效果。
表面涂敷技术
6.1 涂料与涂装
涂料成膜机理
2、化学方式成膜
✓ 化学成膜是指在加热或其它条件下，使涂敷在基材表面的 低分子量成膜物质发生交联反应，生成高聚物，获得坚韧 涂膜的过程。
✓ 根据不同的过程可将化学成膜机理分成两类：
漆膜的直接氧化聚合，即涂料在空气中的氧化交联或与 水蒸气反应；
涂料组分之间发生化学反应的交联固化。
6.1 涂料与涂装
涂料的组成
4、助剂
✓ 指润湿剂、催干剂、整流剂、防结皮剂、固化剂、增塑剂等
✓ 是组成涂料的辅助成份。助剂加入量一般不超过5％，也不能单独 成膜。但对涂料的储存性、施工性及涂膜的物理和化学性质却有 着重要的影响。
6.1 涂料与涂装
涂料的分类
根据成膜干燥机理可将涂料分为：
✓ 溶剂挥发类：涂料在成膜过程中不发生化学反应，只是溶 剂挥发使涂料干燥成膜。这类涂料一般为自然干燥型涂料， 容易重新涂装。
➢ 缺点是在碱性条件下容易水解。 ➢ 主要对铝合金、钛合金、陶瓷及复合材料等结构的粘结。
6.2 表面粘结
主要粘结剂及其应用
6、厌氧粘结剂
➢ 以丙烯酸或特殊丙烯酸酯为基料的粘结剂。 ➢ 特点是在空气（氧）环境下存放1~2年不会固化，但与空气
（氧）隔绝时几分钟到几十分钟就会固化。 ➢ 它用量小，较好的渗透性、密封性和耐化学品， ➢ 但对多孔、大缝隙材料不适合用。 ➢ 主要用于机械制造和设备安装等。
✓ 涂层屏蔽作用与成膜物质性质、溶剂用量与挥发性能、填 料种类、涂装工艺及膜厚等因素有关。为提高涂膜的屏蔽 作用，应选择透气性小的成膜物质和屏蔽性大的固体填料， 以及通过增加涂料层数等手段使涂膜致密无孔。
6.1 涂料与涂装
涂料防护机理
2、防腐机理
公共基础知识表面涂覆技术基础知识概述
《表面涂覆技术基础知识概述》一、引言表面涂覆技术作为一门重要的工程技术，在现代工业生产和日常生活中发挥着至关重要的作用。
它不仅可以改善材料的外观，还能提高材料的性能，延长其使用寿命。
从传统的油漆涂装到先进的纳米涂层，表面涂覆技术经历了漫长的发展历程，不断推陈出新，为各个领域的发展提供了有力支持。
本文将对表面涂覆技术的基础知识进行全面综合的概述，包括基本概念、核心理论、发展历程、重要实践以及未来趋势。
二、基本概念1. 表面涂覆的定义表面涂覆是指在材料表面覆盖一层具有特定性能的物质，以改变材料的表面性质。
这层物质可以是涂料、镀层、薄膜等，其目的是提高材料的耐磨性、耐腐蚀性、抗氧化性、导电性、导热性等性能，或者赋予材料特殊的光学、电学、磁学等特性。
2. 涂覆材料的种类涂覆材料种类繁多，主要包括以下几类：（1）涂料：由成膜物质、颜料、溶剂和助剂等组成，可分为油性涂料、水性涂料、粉末涂料等。
（2）镀层：通过电镀、化学镀、热浸镀等方法在材料表面形成的金属或合金层。
（3）薄膜：采用物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、溶胶-凝胶法等技术制备的厚度较薄的涂层。
3. 涂覆工艺的分类涂覆工艺主要有以下几种：（1）喷涂：利用喷枪将涂料雾化后喷涂在材料表面。
（2）刷涂：使用刷子将涂料涂刷在材料表面。
（3）浸涂：将材料浸入涂料中，使涂料附着在材料表面。
（4）电镀：在电场作用下，将金属离子还原成金属沉积在材料表面。
（5）化学镀：利用化学反应在材料表面沉积金属或合金层。
（6）热浸镀：将材料浸入熔融的金属液中，使金属附着在材料表面。
三、核心理论1. 附着力理论附着力是指涂覆材料与基体材料之间的结合力。
附着力的大小直接影响涂层的质量和性能。
附着力的产生主要有以下几种机制：（1）机械结合：涂覆材料与基体材料之间通过机械嵌合作用产生结合力。
（2）物理结合：包括范德华力、氢键等作用，使涂覆材料与基体材料之间产生结合力。
（3）化学结合：涂覆材料与基体材料之间通过化学反应形成化学键，产生结合力。
6-表面涂敷技术
埋弧自动堆焊
等离子弧堆焊 气体保护堆焊
1.火焰堆焊
用气体火焰作热源使填充金属熔敷在基材表面的一种堆 焊方法。火焰是氧－乙炔焰。
深 度 小 易 控 制 ： 0.1mm 小面积堆焊：沟槽 堆焊材料：各种形状 设备简单、价格便宜
火焰堆焊
火焰堆焊
2.手工电弧堆焊
手工电弧堆焊：同一般的手工电弧焊相同，是手工操纵 焊条，用焊条和基材表面之间产生的电弧作热源，使填 充金属熔敷在基材表面的一种堆焊方法。 灵活性大成本低 形状不规则更适合 设备简单、使用方便 劳动条件差、生产率低 生产小批量难焊件和修复已磨损的零件
无空气喷涂法
用密闭容器内的高压泵输送涂料，以大约100m/s 的高速从小孔喷出，随着冲击空气和高压的急速 下降，涂料内溶剂急剧挥发，体积骤然膨胀而分 散雾化，然后高速地涂布在工件上。因涂料雾化 不用压缩空气，故称之为无空气喷涂。
静电喷涂：是用静电喷枪使油漆雾化并带负电荷，与
接地的工件间形成高压静电场，静电引力使漆雾均匀沉
积在工件表面。
涂膜均匀
易于自动化 油漆利用率高
电泳涂装：将电泳漆用水稀释到固体分为10-15%左右，
加入电泳槽内，将工件浸入作为电极，通以直流电时电
泳漆中的树脂和颜料移向工件，沉积在工件表面，烘干 后形成均匀的漆层。 生产效率高 安全环保：水 涂膜均匀、附着力好
粉末涂装：以粉末形态进行涂装，经熔融或交联固化
粉末等离子弧堆焊的主要优点 • 能堆焊的材料种类多； • 铁基、镍基、钴基合金甚至难熔合金都能堆焊； • 碳化钨颗粒可以加入其他合金粉中，也可以直接加到焊接 熔池中进行堆焊； • 适合在低熔点材质的工件上进行堆焊； • 堆焊过程完全机械化，特别适合于大批量、高效率地堆焊 新的零件。
表面涂敷技术
过喷 程涂
喷涂 材料
热源
加热熔化 雾化
喷涂粒 子束
飞行
喷涂 层
基体
粒子的飞行阶段
离开热源高温区的熔化态或软化态的粒子在气流或射流 的推动作用下向前喷射，在到达基体表面之前的飞行阶段。
（4）堆焊方法具有高的性能价格比，当工件的基体采用普通 材料，表面采用高合金堆焊层时，可以降低制造成本。
二、堆焊的应用
1）恢复工件由于磨损或腐蚀造成的尺寸减小 2）制备抗磨损层 3）制备抗腐蚀层
异种金属熔焊（堆焊）理论
一、熔合区的形成与结构 1. 熔合区
所谓熔合区一般包括熔合线和具有结晶层与 扩散层的过渡区段 。焊缝完全冷却以后，熔合区 一部分由基体金属组成，另一部分由焊缝金属组 成。
2．熔合区的结构特点
只要晶格相同，基体金属与焊缝金属的熔合区就
有相容性；
根据结晶方向和尺寸相适应的规律，被焊金属晶
格的相差不超过9﹪会产生共同结晶。这时在熔合 区内就出现从一种晶格过渡到另一种晶格的单原 子层，此过渡层总是受到一定的应力；
一般说来，手工电弧焊时，过渡层的厚度约为0.4
～0.6㎜，而用埋弧焊时，约为0.25～0.5㎜。
在线材喷涂时，线材的端部进入热源所产生的温度 场的高温区时很快被加热熔化，熔化的液体金属以熔 滴状存在于线材端部。
过喷 程涂
喷涂 材料
热源
加热熔化
雾化
喷涂粒 子束
喷涂 层
基体
熔滴的雾化阶段
在粉末喷涂时，被熔化或软化的粉末在外加压缩气 流或者热源本身的射流的推动下向前喷射，不发生粉末 的破碎细化和雾化过程；
表面涂覆法简介-完整版PPT课件
清漆及混有染料的各种树脂。
• 表面涂覆法的要求 涂层尽量厚薄均匀表面光洁度高不含
明显的杂物。
表面涂覆法简介
表面涂覆翡翠
图片来源不详
谢谢观看！
人工宝石及其优化处理宝石源自表面涂覆法简介表面涂覆法简介
• 将一些涂料类物质均匀地涂在珠宝玉石表面以改变珠宝玉石的表面 颜色、增强珠宝玉石的表面光洁度和光泽；
• 掩盖表面缺陷(坑、裂、擦痕等)技术，称为表面涂覆法技术。
表面涂覆法简介
• 这个办法在行内俗称“穿衣”，意指仅穿 了一件漂亮的衣服。
表面涂覆法简介
第六章 有机涂层
第二类除借溶剂挥发外，主要是通过物理化学变化 过程而形成漆膜。（环氧聚酰胺漆）
第六章 有机涂层
常用几种合成树脂的特性
种类Βιβλιοθήκη 优点缺点醇酸树脂
耐候性、附着性和作业性好 抗化学药品和耐水性差
酚醛树脂 抗化学药品、耐油性、耐水性好 耐候性差、易变黄
涂料中线性或轻度支链状聚合物发生交联反应成 为交联化聚合物，形成固态涂膜的过程。交联反应 大致可分为两类:
* 涂料与空气中成分发生交联固化反应 * 涂料中组分之间的交联固化反应
第六章 有机涂层 4 涂层系统及涂装工艺
4.1 涂层系统 机体蒙皮或一些内部结构一般都采用三层涂装系统，
即底漆、中间漆、面漆组成，由此组成的涂层体系称为涂 层系统。
50～59代表防腐漆；
60～79代表特种漆；
80～99代表其它用漆；
代号 基本名称
01 清漆
04 磁漆
06 底漆
07 腻子
第六章 有机涂层
2 有机涂层的保护原理
★ 屏蔽作用：涂层作为屏障有效的将物体表面与外界环境 隔离，阻止腐蚀介质（如水、水蒸气、盐雾、腐蚀性气体 等）对金属的作用。
★ 缓蚀作用：涂料内部的化学组份与金属反应，使金属钝 化或形成保护膜，阻止渗透的外界介质引起腐蚀。
三、安－24飞机大修的具体工艺步骤 (1) 用脱漆剂去除旧漆层 (2) 待喷涂表面用溶剂（可采用X-5稀释剂）清洗，得到 去除油脂的预处理表面； 清洗：可采用维修手册中规定，选用通过适航标准验 收的清洗剂。 预处理：在喷涂涂层前对飞机蒙皮表面进行预处理， 一般采用磷化底漆。 (3) 喷磷化底漆X06-1 HG2-27-84。
金属表面涂覆技术的研究与应用
金属表面涂覆技术的研究与应用随着人类社会的不断发展，科学技术也在不断进步，其中金属表面涂覆技术便是其中之一。
在工业化生产中，金属制品经常会因为各种原因导致表面受损、腐蚀等问题，而这时候金属表面涂覆技术便派上了用场。
本文将从涂覆技术的定义、造成金属表面问题的原因以及金属表面涂覆技术的种类和应用等方面深入探讨。
一.涂覆技术的定义金属表面涂覆技术是指通过对金属表面进行一定的涂覆处理，来改善或加强金属表面耐磨、防腐蚀、导电等性能的技术。
它是一种化学或物理的涂覆方法，其目的是拓宽金属材料的用途、延长使用寿命，同时具有环保、经济、高效的特点。
二.造成金属表面问题的原因金属制品的表面问题主要是由于以下几个方面引起的。
1.物理因素：如摩擦、挤压、冲击等。
2.化学因素：如空气、水、酸、碱等，会对材料表面产生腐蚀、氧化、锈蚀等不良反应。
3.生物因素：金属材料在潮湿环境下，很容易被微生物污染，导致表面受到腐蚀和生物损伤。
三.金属表面涂覆技术的种类1.化学镀：化学镀是一种在金属表面采用化学反应形成一种稳定的薄层的方法。
其优点是能够涂覆均匀，在表面上形成一层极薄的金属或非金属膜层，从而提高材料的耐腐蚀性、导电性及装饰性。
2.物理镀：物理镀属于真空镀膜技术的一种，它把稀薄金属蒸发成气态，然后在零压真空条件下沉积在基材表面上。
其优点是具有较高密度和致密性，能够有效加强表面强度与硬度。
3.电镀：电镀技术是将阳极与阴极之间通过电解成因给基材表面膜层的一种表面处理技术。
常用的电镀技术有镀铬、镀镍、三价铬电镀、硫酸铜电镀等。
4.喷涂技术：喷涂技术是将溶液直接喷涂到基材表面，然后在空气中凝固成薄膜的一种表面处理技术。
其优点是方法简单、成本低、适应性广，可以为不同基材制品提供不同的性能。
四.金属表面涂覆技术的应用1.汽车工业：金属表面涂覆技术在汽车制造工业中广泛应用。
如对车身内部散热器表面进行镀铬等表面处理，可提高其导电性和装饰性，同时耐磨、耐腐蚀、耐高温性也得到了有效保证。
金属材料的表面涂覆技术
金属材料的表面涂覆技术金属材料是现代工业制造中不可或缺的一种材料。
但是，金属材料在制作过程中存在一些缺陷，如易生锈、易腐蚀、表面硬度低等问题，这些问题不仅影响了产品的使用寿命，还会对产品的质量和市场竞争力造成影响。
为了解决这些问题，人们发明了金属材料的表面涂覆技术。
表面涂覆技术是将其他材料涂覆到金属材料的表面，以改变其表面性能，如提高耐腐蚀性、耐磨性和耐热性等。
表面涂覆技术不仅可以延长金属材料的使用寿命，还可以节约原材料和提高生产效率。
表面涂覆技术常用的材料有：镀层、喷涂和覆盖层等。
下面分别介绍一下这几种技术。
一、镀层技术镀层技术是将金属材料表面涂覆一层金属镀层，以提高其表面性能。
常用的镀层材料有铬、镍、锌、铜、锡等。
镀层工艺可以分为电镀、化学镀和真空镀三种。
1. 电镀电镀是通过电化学反应在金属材料表面沉积一层金属镀层，形成电化学反应的条件有电解质、电源和阳极、阴极。
电镀具有镀层厚度均匀、耐腐蚀性好、外观美观等优点。
但是电镀的缺点是需要大量的电能和净水资源，而且生产过程中还可能产生一些对环境有害的废水。
2. 化学镀化学镀是在金属材料表面化学反应形成金属镀层，而不需要通过电化学反应。
常用的氧化还原反应和亲和性反应。
化学镀层具有成本低、生产效率高、环保等优点，但缺点是镀层厚度不均匀、容易出现表面缺陷。
3. 真空镀真空镀是在真空环境下通过蒸发和电弧等方式，将金属材料表面涂覆一层金属镀层。
真空镀技术可以制备多层复合镀层，镀层具有良好的耐磨性、耐腐蚀性和耐高温性能等。
真空镀的缺点是生产成本高、工艺复杂。
二、喷涂技术喷涂技术是通过气体或液体等物质将涂层喷涂到金属材料表面，形成一层均匀的涂层。
喷涂技术分为热喷涂和冷喷涂两种。
1. 热喷涂热喷涂是将涂层材料加热融化，然后通过气体喷枪将融化的涂层材料喷涂到金属材料表面，形成一层均匀的涂层。
热喷涂技术可以制备各种不同种类的涂层，对金属材料及其固体材料有良好的附着性、高强度、高孔隙度等。
表面工程学六、喷涂
火焰喷涂工艺（2）
b) 喷涂
需打底层时，可在喷涂工作层之前用 钼或放热型的镍包铝、铝包镍粉末先喷 涂一层厚度约0.10～0.15mm的打底层。
严格控制喷涂材料的供给速度、喷涂 距离（100～150mm）、每道涂层的厚度 （0.1～0.15mm）、喷枪与工件的移动速 度（7～18m／min）和层间温度 （<250℃）等。
铝、镍—铝
抗热氧化涂层
塑料
防腐蚀涂层
（1）线材火焰喷涂 （1）线材火焰喷涂
线材火焰喷涂原理图。 线材火焰喷涂设备示意图和喷涂枪。
（2）粉末火焰喷涂 （2）粉末火焰喷涂
粉末火焰喷涂的基本原理和喷涂枪。
火焰喷涂工艺（1）
工艺流程 工件表面预处理→预热→喷涂打底层→喷涂工作层→后处理。 a) 预热目的： 1） 去除工件表面的水分； 2） 提高工件表面与熔粒的接触温度； 3） 降低涂层冷却速度，减小涂层内应力。
/目
/kPa
/mm
/μm
24
氧化铝 414
7.9 压力式 钢 12.5
60
氧化铝 414
7.9 虹吸式 不锈钢 6.3
碳化硅
80
氧化铝 414
7.9 压力式 塑料 6.3
2） 开槽；
粗化处理的方法（2）
粗化处理的方法（3）
3） 电火花拉毛； 4） 喷涂粘结底层。
表 6—2 粘结底层材料及最高使用温度
三、热喷涂材料
1 喷涂材料的分类和要求
热喷涂材料按材料的形态分线材、棒材和粉末三大类。
表1－2 热喷涂线材和棒材分类
类别 分 类
品
种
金属 线材
材料工程基础：第6章 表面涂层与处理
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材料工程基础—表面涂层与处理
6
材料科学与工程学院
◇ 溅射沉积 以离子轰击靶材料，使其溅射并沉 积到基体材料上称为溅射沉积。包括：二极 溅射、三极溅射、四极溅射、磁控溅射、射 频溅射和反应溅射等技术。
◇ 离子镀 离子镀是在镀膜的同时采用离子轰 击基体表面和膜层的镀膜技术，包括空心阴 极离子镀和多弧离子镀等，广泛用于在高速 钢刀具表面镀超硬TiN膜，在涡轮机叶片上镀 防热腐蚀膜，可大大延长部件的使用寿命。
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材料工程基础—表面涂层与处理
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材料科学与工程学院
镍、铜、钴、金、银等金属及合金都能采用化学 镀的方法沉积。
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材料工程基础—表面涂层与处理
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材料科学与工程学院
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材料工程基础—表面涂层与处理
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材料科学与工程学院
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材料工程基础—表面涂层与处理
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材料科学与工程学院
➢ 电弧喷涂 以电弧为热源，将金属熔化并用气流雾化，使熔 融粒子高速喷到工件表面形成涂层的一种工艺。
材料工程基础—表面涂层与处理
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材料科学与工程学院
化学镀（自催化镀、无电解镀、Electroless Plating）
➢ 定义：在没有外电流通过的情况下，利用还原 剂，在镀层物质溶液中进行化学还原反应，在 镀件的固液两相界面上析出和沉积得到镀层。
➢ 特点：①可在复杂的镀件表面形成均匀的镀层； ②不需要导电电极；③通过敏化处理活化，可 直接在塑料、陶瓷、玻璃等非导体上镀膜；④ 镀层孔隙率低，耐蚀性好；⑤溶液稳定性差， 使用温度高，寿命短。
al2o3tio2niocr2o3材料科学与工程学院20201221材料工程基础表面涂层与处理14?喷涂方法火焰喷涂电弧喷涂等离子喷涂材料科学与工程学院20201221材料工程基础表面涂层与处理15?火焰喷涂材料科学与工程学院20201221材料工程基础表面涂层与处理16材料科学与工程学院20201221材料工程基础表面涂层与处理17材料科学与工程学院20201221材料工程基础表面涂层与处理18材料科学与工程学院20201221材料工程基础表面涂层与处理19塑料粉末火焰喷涂技术利用燃烧气体形成的火焰将塑料粉末加热到熔融状态并喷射到工件表面形成涂层的一种工艺
表面涂敷技术 PPT课件
（ 2 ）交联固化型丙烯酸涂料 要有丙烯酸氨基漆、丙烯酸聚氨酯漆、丙烯酸 主 醇酸漆、辐射固化丙烯酸涂料等品种。 广泛用于汽车涂料、电器涂料、木器涂料、建筑 涂料等方面。
常用的一些涂料
聚氨酯漆 可以分为双组分聚氨酯涂料和单组分聚氨酯涂料
（ 1 ）双组分聚氨酯涂料
优点：一般都具有良好的机械性能、较高的固体 含量、各方面的性能都比较好。是目前很有发展 前途的一类涂料品种。 缺点：是施工工序复杂，对施工环境要求很高， 漆膜容易产生弊病。
一、除去不利于粘结的各种污垢； 二、改变被粘物的物理化学性质，以利于粘结；
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目前表面处理方法很多，最常用的有：
①溶剂（包括水）擦洗； ②溶剂脱脂和蒸汽脱脂；
③机械打毛，如，摩擦、喷砂、喷丸等；
④化学清洗和腐蚀； ⑤脱脂、机械粗化和化学处理联合使用。
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三、 主要粘结剂及其应用
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此颜色让人 看了眼花缭乱， 一辆静止不动的 红色赛车，看上 去好象飞馳。
[ 例 6] 红色 艳深红色－ Mercedes 奔驰 组分 用量（质量份数） 珠光颜料 Iriodin/Afflair 9504 WR 65 （ 10~40μm) 珠光颜料 Iriodin/Afflair 9505 WRⅡ 5 （ 10~40μm) 喹吖啶酮紫 10 花紫 15 颜料黑 5 此颜料的特点是使用了 两种紫色颜料，使红色很高 雅，一种是珠光颜料 Iriodin/Afflair 9505 WRⅡ ， 还有一种是有机紫。
年前全球大部分汽车厂会采用 水性涂料以水为溶剂，使成膜物质 均水匀分散 或溶解在水中，它具有以 性金属闪光漆。下优点：
1 、水来源方便，易于净化； 2 、施工贮运过程中无火灾危险； 3 、不合苯类等有机溶剂，有益于人类健康； 4 、可采用喷、刷、涂、流；浸、电泳等多种施工， 容易实现自动化涂装。
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②物理结合。当高速的熔融粒子撞击到基体表面，且紧贴的距离达到基体原子间晶格
指数范围时，就会产生范德华力，而由此引起的结合属于物理结合。一般在基材表面十分 干净或进行活化后才有产生这种结合的可能性。
增 强
③扩散结合。当熔融粒子撞击到基体表面形成紧密接触时，由于变形和高温的作用，
基体表面的原子得到足够的能量，使涂层和基体之间产生原子扩散，形成扩散结合。界面 两侧形成固溶体或金属间化合物，增加了结合强度。
④冶金结合。当基体预热、或喷涂粒子具有高的熔化潜热，或喷涂粒子本身发生放热
化学反应（Ni/Al），熔融态的粒子与局部熔化的基体之间发生“焊合”现象，产生“焊 点”，形成微区冶金结合。
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思考题
• • •涂层的结构特征是什么，是如何形成的? 热喷涂层的残余应力如何分布，为何? 热喷涂层与基体的结合机制有哪些? 几种主要喷涂方法的特征？
2. 熔化的喷涂材料被雾化：线材端部熔化形成的液滴在外加压缩气流或 3. 熔融或软化的微细颗粒的喷射飞行：在飞行过程中，颗粒首先被加速
形成粒子流，随飞行距离增加，粒子运动速度逐渐减小。
4. 粒子在基材表面发生碰撞、变形、凝固和堆积：当具有一定温度和速
度的微细颗粒与基材表面接触时，颗粒与基材表面产生强烈的碰撞， 颗粒的动能转化为热能并部分传递给基材，同时微细颗粒沿凸凹不平 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。喷涂的粒子束连续不断的运动并撞击表面，产生碰撞—变形— 冷凝收缩的过程，变形的颗粒与基材表面之间，以及颗粒与颗粒之间 互相粘结在一起，从而形成了涂层。
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第一节 热喷涂 4．涂层残余应力 当熔融颗粒碰撞基体表面时，在产生变形的同时，受到激冷 而凝固，从而产生微观收缩应力，涂层的外层受拉应力；基 体和涂层的内层则产生压应力。涂层的这种残余应力是由喷 涂热条件及喷涂材料与基体材料物理性质的差异所造成的， 它随涂层厚度的加大而增加，最终导致涂层断裂或从基体上 剥离。不同的热膨胀或热接触引起的应力，可以通过控制基 体温度而减少到某种程度。最好还是进行适当的预处理，以 使应力分散，并限制其收缩应变，如喷砂后的粗糙表面能抑 制和控制这种收缩应变。较大的粗糙度，即宏观粗化，如开 沟槽、车螺纹等，不但有助于涂层结构的形成，而且可以使 收缩应力限制在局部范围内，亦能使片状涂层结构折叠。
状组织结构。
迅速冷凝停止铺展并收缩，呈扁平碟状粘附于基体的粗糙表 面；
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第一节 热喷涂
喷涂材料进入热源到形成涂层，喷涂过程一般经历四个阶段：
1.
喷涂材料被加热、熔化：对于线材，当端部进入热源高温区域，即被 加热熔化；对于粉末，进入热源高温区域，在行进的过程中被加热熔 化或软化。 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 般是直接被气流或热源射流推向前喷射。
4. 基体表面的预热处理
基体表面的预热可降低和防止热压力带来的不利影响。
5. 非喷涂表面的保护
在喷砂和喷涂前，必须对基体的非喷涂表面进行保护。
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第一节 热喷涂 四. 热喷涂材料 基本要求 1 有一定的热稳定性，在焰流的高温中不升华，不分解。 2 涂层材料和基体应有相近的热膨胀系数， 3 涂层材料在熔融或半熔融状态下应和基体有较好的润湿性， 4 涂层材料是粉末时，其尺寸分布应比较窄，且要有好的流动性才能获
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第一节 热喷涂 六. 热喷涂工艺
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第一节 热喷涂 七. 热喷涂涂层后处理和涂层性能的检验
1． 热喷涂涂层后处理：热喷涂涂层的表面形貌，是一种具有多孔、较 粗糙的层状堆积结构。为了适用于各种实际工况环境，大多数涂层 需要进行必要的后处理才能完善涂层所必备的各种性能，尤其对耐 腐蚀和具有尺寸要求的涂层，后处理工作是必不可少的，甚至是数 种并用才能达到技术要求。 封孔处理、重熔处理、其他后处理（机械处理、扩散处理、浸渗处 理、热等静压处理等） 2． 热喷涂涂层性能的一般检验 3． 涂层与基体表面的结合强度试验：粘结拉伸，剪切 4． 涂层自身粘结强度试验 5． 涂层孔隙率的测定 6． 涂层耐蚀性能试验
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第一节 热喷涂
涂层的外层受拉应力；基体和涂层的内层产生压应力。
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第一节 热喷涂 二. 热喷涂的种类和特点： 1．热喷涂种类： 按涂层加热和结合方式，热喷涂有喷涂和喷熔(喷焊)两 种。喷涂是基体不熔化，涂层与基体形成机械结合；喷 熔则是涂层经再加热重熔，涂层与基体互溶并扩散形成 冶金结合。 按照加热喷涂材料的热源种类分：制作热喷涂涂层，对 涂层材料的加热及使熔融材料气雾化并给予熔粒加速， 是最关键的要素，所以对热源的应用和控制是其中重要 的环节。
负极作为自耗性电极，利用其端部在二丝分离时产生的电弧作为热 源熔化丝材，用压缩空气将熔化的丝材雾化成颗粒后再将其加速， 喷射到基体表面形成涂层。 电能加热、成本低，调节方便，一次扫描面积大，喷涂效率高。广 泛应用于大型设备、管线、塔罐、大型露天钢结构（如桥梁、铁塔、 高速公路灯柱、标牌等）的表面喷涂锌、铝丝长效防腐涂层。
基体表面,在整个过程中粒子不熔化,仅发生纯塑性变形聚合形成涂层。如铝、铜、锌 等)
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第一节 热喷涂
发展历史： 1882年，德国人采用简单的装置将金属液喷射成粉末，出现了人类最初 的热喷涂法； l910年，瑞士人M.V. Schoop将低熔点金属的熔体喷射在工件表面而形成 涂层，热喷涂技术诞生； 1920’s开始使用电弧喷涂； 1930’s到1940’ s出现了火焰粉末喷涂工艺； 1950’s自熔合金粉末和复合粉末研究成功，结束了单一线材喷涂的局 面，同时诞生了火焰喷焊工艺。美国Union Carbide Co.公司相继研究成 功爆炸喷涂和等离子火焰喷涂枪； 1960’s到1970’s，各种热喷涂技术均已成熟，不仅能喷涂金属、陶瓷，还 能喷涂塑料及复合材料； 1981年美国Browning Engineering公司研制成功新的超音速火焰喷枪； 近年来，计算机和自动机器人也成功地在热喷涂技术中得到应用。
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第一节 热喷涂 五. 热喷涂装置和设备 1. 火焰喷涂法：火焰喷涂是利用燃气(乙炔、丙烷、氢气或天然气等)
及助燃气体(氧)混合燃烧作为热源，喷涂材料则以一定的传送方式 进入火焰，加热到熔融或软化状态，然后依靠气体或火焰加速喷射 到基体上。可分为线材喷涂、棒材喷涂和粉末喷涂三种。其中粉末 喷涂又可分为常规粉末喷涂和高速火焰喷涂(HVOF或HVAF)。
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第一节 热喷涂
一些喷涂零件
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第一节 热喷涂 三. 热喷涂预处理 1. 基体表面的清洗、脱脂 2. 基体表面氧化膜的处理
一般采用机械方法除锈，也可以采用硫酸或盐酸进行酸洗。
3. 基体表面的粗化处理
喷砂处理、机加工粗化处理、化学腐蚀粗化、电弧法(电火花拉毛)粗化 常用的粗化方法有喷砂、开槽、车螺纹、滚花等
得好的均匀的涂层。 按成分组成，可分为金属、非金属及复合材料三大类；按涂层应用方 法，可分为隔热涂层、抗高温氧化涂层、抗腐蚀涂层、耐磨涂层、导电 (绝缘)涂层、粘结底层及其他一些功能性涂层(如微波吸收涂层、超导 陶瓷薄膜涂层、热辐射等)。从形态上分，有线材、棒材和粉末三大类。 线材(以金属线材为主)，主要用于火焰喷涂、电弧喷涂和线爆喷涂； 棒材主要是由陶瓷材料做成，用于火焰喷涂； 粉末材料主要用于等离子喷涂、爆炸喷涂和火焰喷涂。粉末的用途最 广，用量也最大（占喷涂材料总用量的70％以上）。它的制作方法有熔 炼气雾法、熔炼(或烧结)破碎法、气相或液相包覆法和团聚法。
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第一节 热喷涂
喷涂涂层形成过程示意图
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第一节 热喷涂
喷涂涂层形成过程 —— 颗粒形貌
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第一节 热喷涂
喷涂涂层形成过程 —— 颗粒形貌
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第一节 热喷涂
喷涂涂层形成过程 —— 粗糙表面
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第一节 热喷涂 2．涂层结构 喷涂层是由变形颗粒、气孔和氧化物所组成。
是由无数变形粒子互相交错呈波浪式堆叠在一起的层状组织结构（有方 向性）。不可避免存在一部分孔隙或空洞，其孔隙率一般在4％～20％ 之间。涂层中伴有氧化物和夹杂。采用高温热源、超音速喷涂以及低压 或保护气氛喷涂，可减少缺陷，改善涂层结构和性能。
重熔对改善 结构最有效 喷涂层结构示意图
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第一节 热喷涂 3．涂层结合机理
涂层的结合包括涂层与基体表面的结合和涂层内部的结合。涂层与基体 表面的结合强度称为结合力；涂层内部的结合强度称为内聚力。涂层中 颗粒与基体表面之间的结合机理通常认为有以下几种方式：
①机械结合。高速熔融粒子撞击到粗糙的基体表面后，扁平层状的熔粒填补到凹处，
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第一节 热喷涂 热喷涂方法分类
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第一节 热喷涂 2．热喷涂特点
喷涂材料广泛。金属、陶瓷以及各种化合物和混合物，甚至有机树脂。 适用于各种基体材料的零件。各种金属和非金属(如玻璃、陶瓷甚至木 材、塑料等)零件的表面。 操作程序少，速度快，生产效率高。例如，在铝合金底材上喷涂时， 只需除油和喷砂。多数热喷涂的生产率可达每小时数千克喷涂材料。 被喷涂零件的尺寸范围较宽。既可以进行大面积的喷涂，也可进行局 部喷涂。涂层厚度可从几十微米到几毫米，表面光滑，加工量少。用特 细粉末喷涂时、不加研磨即可使用。 基材变形小。除喷熔外，热喷涂是一种冷工艺。例如，氧乙炔焰喷涂、 等离子喷涂或爆炸喷涂，工件受热程度均不超过250℃。 可赋予普通材料以特殊的表面性能。例如，可以把韧性好的金属材料 与塑料或硬脆的陶瓷材料相复合，形成表面复合材料。
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• 由于各种不同性质、不同熔点的金属、合金、陶瓷、 碳化物、高分子材料都能够容易地制成各种粉末，因 此，粉末喷涂的材料范围十分广泛。大致可分为：各 种金属粉末（如铜、铝、镍、不锈钢、碳钢粉等）， 各种合金粉末（如镍基、铁基、钴基自熔性合金粉 末，各种自粘结性镍—铝、镍—铬、铝—铜等复合粉 末），各类碳化物复合粉（钴包碳化钨、镍铬包碳化 铬、镍铝包碳化钛复合粉等），各种陶瓷粉末（如氧 化铝—氧化钛，氧化锆—锆酸镁等），各种金属—非 金属复合粉（如镍—石墨，镍—硅燥土等）和各种高 分子粉末。