材料表面技术---第三章表面涂覆技术(修改)
材料表面改性技术及性能优化模型
材料表面改性技术及性能优化模型随着科技的不断进步和发展，材料表面改性技术在工业生产和科研领域中扮演着重要的角色。
它可以改善材料表面的性能，提升材料的耐磨、耐腐蚀、防腐、阻尼等特性，增加材料的机械强度和使用寿命。
本文将探讨材料表面改性技术及其性能优化模型的相关内容。
第一部分：材料表面改性技术的概述材料表面改性技术是指通过物理、化学或机械手段对材料表面进行一系列处理，从而改变材料的表面性质和性能。
这些处理方法可以使材料表面形成一层新的物质或改变原有的化学组成和结构，从而达到优化材料性能的目的。
常见的材料表面改性技术包括表面涂覆、表面改良、表面合金化和表面改性等。
表面涂覆是一种常见的改性技术，它通过在材料表面形成一层覆盖层，以提供保护和改善材料性能。
常用的表面涂覆材料有聚合物、金属、陶瓷、纳米材料等。
例如，利用多层膜技术可以提高材料的防腐蚀性能，使其在恶劣环境下长期使用。
同时，还可以通过涂覆纳米颗粒或纳米层来增加材料的硬度和抗磨性。
表面改良是通过改变材料表面的形态和结构，从而改善其性能。
这种改性技术常用于材料的润滑、阻尼和摩擦等方面。
例如，通过激光表面处理可以提高金属表面的硬度和耐磨性，加工后形成一层致密的改性层，从而增加材料的机械强度和使用寿命。
表面合金化是将外部金属或化合物与材料表面反应形成新的合金层，以提高材料的性能。
例如，通过在钢材表面进行镍合金化处理，可以提高钢材的耐磨性和耐腐蚀性，并降低摩擦系数，延长其使用寿命。
表面改性是通过在材料表面形成新的化合物或改变表面的化学组成和结构，从而改变材料的性质和性能。
例如，通过表面硬化处理可以提高金属材料的硬度和抗磨性，降低摩擦系数，增加其使用寿命。
此外，还可以通过浸涂、离子注入和离子束改性等方法来改善材料的电学、热学和光学等性能。
第二部分：材料表面性能优化模型的研究现状材料表面改性技术的性能优化是一个复杂的问题，需要综合考虑多种因素的相互作用。
因此，研究人员在理论模型的建立和性能优化的研究上进行了大量的工作。
材料表面改性与涂层技术
材料表面改性与涂层技术近年来，材料表面改性与涂层技术在工业领域中的应用日益广泛。
本文将重点探讨材料表面改性与涂层技术的定义、分类、应用领域以及未来发展趋势。
一、材料表面改性的定义和分类1.1 定义材料表面改性是指通过物理、化学或机械手段对材料表面进行处理，以改变其表面性质和结构的一种技术。
通过表面改性，可以提高材料的耐磨、耐腐蚀、耐高温等性能，增强其机械强度和化学稳定性，从而满足各种特殊工况下的需要。
1.2 分类根据表面改性的方式和所用材料的不同，可以将材料表面改性分为以下几类：1.2.1 化学表面改性化学表面改性是通过在材料表面形成化学键，将改性剂与材料表面结合，改变其表面性质和结构。
常见的化学表面改性方式包括溶液处理、浸渍法、化学涂层等。
1.2.2 物理表面改性物理表面改性是通过物理方法改变材料表面的形貌和结构，从而改变其性能。
常见的物理表面改性方式包括磨削、喷砂、电火花加工、激光处理等。
1.2.3 机械表面改性机械表面改性是通过机械力作用于材料表面，改变其形状和性能。
常见的机械表面改性方式包括质量滚延、压印、拉伸等。
二、材料表面改性的应用领域2.1 汽车制造业在汽车制造业中，材料表面改性与涂层技术被广泛应用于汽车零部件的制造过程中。
例如，通过在发动机缸体表面镀覆特殊材料，可以提高其耐磨性和耐腐蚀性；通过在车身表面施加多层涂层，可以提高其防腐蚀性和耐用性。
2.2 电子行业在电子行业中，材料表面改性与涂层技术被广泛应用于电子器件的制造和封装过程中。
例如，在电路板制造中，通过在导电材料表面形成保护层，可以防止其受到湿气、灰尘等外界环境的侵蚀。
2.3 航空航天业在航空航天业中，材料表面改性与涂层技术被广泛应用于飞机、火箭等航空器的制造和维修。
例如，在飞机机身外表面涂覆特殊涂层，可以提高其抗氧化性和抗风化性，延长其使用寿命。
2.4 化工领域在化工领域中，材料表面改性与涂层技术被广泛应用于储罐、管道等设备的制造过程中。
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。
现代表面工程技术
现代表面工程技术什么是表面工程？表面工程是将材料的表面与基体一起作为一个系统进行设计，利用各类表面技术，使材料的表面获得材料本身没有而又希望具有的性能的系统工程。
第一章表面技术概论表面技术是直接与各类表面现象或者过程有关的，能为人类造福或者被人们利用的技术----宽广的技术领域。
一、使用表面技术的目的1、提高材料抵御环境作用能力。
2、给予材料表面功能特性。
3、实施特定的表面加工来制造构件、零部件与元器件。
途径：表面涂覆：各类涂层技术（电镀、化学镀、热渗镀、热喷涂、堆焊、化学转化膜、涂装、气相沉积、包箔、贴片）。
表面改性：喷丸强化、表面热处理、化学热处理、激光表面处理、电子束表面处理。
二、表面技术的分类1、按作用原理(1)原子沉积电镀、化学镀、物理、化学气相沉积(2)颗粒沉积热喷涂、搪瓷涂敷(3)整体覆盖包箔、贴片(4)表面改性2、按使用方法(1)电化学法电镀、电化学氧化（阳极氧化）(2)化学法化学转化膜、化学镀(3)真空法物理、化学气相沉积、离子注入(4)热加工法热浸镀、热喷涂、化学热处理、堆焊(5)其它方法涂装、机械镀、激光表面处理三、表面技术的应用1、广泛性与重要性(1)广泛性➢内容广➢基材广➢种类多遍及各行业，用于构件、零部件、元器件，效益巨大(2)重要性•改善耐腐蚀、磨损、氧化、疲劳断裂、辐照损伤•提高产品长期运行可靠性、稳固性•满足特殊要求（必不可少或者唯一途径）•生产各类新材料、新器件（在制备临界温度超导膜、金刚石膜、纳米多层膜、纳米粉末、纳米晶体材料、多孔硅中起关键作用；又是许多光学、微电子、磁性、化学、生物等功能器件研究与生产的基础）2、在结构材料及构件与零部件上的应用表面技术作用：防护、耐磨、强化、修复、装饰3、在功能材料与元器件上的应用制造装备中具特殊功能的核心部件。
表面技术可制备或者改进一系列功能材料及元器件物理特性：•光学反射镜材料，防眩零件•热学散热材料，耐热涂层，吸热材料•电学表面导电玻璃，绝缘涂层•磁学磁记录介质，电磁屏蔽材料，磁泡材料化学特性：分离膜材料4、在人类习惯、保护与优化环境方面的应用(1)净化大气原料、燃料→CO2、NO2、SO2措施：回收、分解方法：制备触媒载体（钯炭、铂炭、钌炭、铑炭）(2)净化水质制备膜材料，处理污水、化学提纯、水质软化、海水淡化(3)抗菌灭菌TiO2（粉状、粒状、薄膜状）可将污染物分解•当光照射半导体化合物时，并非任何波长的光都能被汲取与产生激发作用，只有能量E满足式(1)的光量子才能发挥作用。
表面技术
1.3 表面技术的分类材料表面工程是一门新兴学科，或者说是正在形成的一门学科，是一门多学科的边缘学科。
该学科中应该包括哪些内容，如何分类，国内外都无公认的说法。
从不同的角度进行归纳，就会有不同的分类。
如：按作用原理可分为：<1>原子沉积：沉积物以原子、离子、分子和粒子集团等原子尺度的粒子形态在材料表面上形成覆盖层，如电镀、化学镀、物理气相沉积、化学气相沉积等。
<2>颗粒沉积：沉积物以宏观尺度的颗粒形态在材料表面上形成覆盖层，如热喷涂、搪瓷涂覆等。
<3>整体覆盖：它是将涂覆材料于同一时间施加于材料表面，如包箔、贴片、热浸镀、涂刷、堆焊等。
<4>表面改性：用各种物理、化学等方法处理表面，使之组成、结构发生变化，从而改变性能，如表面处理、化学热处理、电子束表面处理、离子注入等。
按表面强化层材料可分为：<1>金属材料层；<2>陶瓷材料层；<3>高分子材料层。
按工艺特点可分为：<1>电镀，<2>化学镀，<3>热渗镀，<4>热喷涂，<5>堆焊，<6>化学转化膜，<7>涂装，<8>表面彩色，<9>气相沉积，<10>“三束”改性，<11>表面热处理，<12>形变强化，<13>衬里等，每一类又可分为一些更细的工艺项目。
图1-1 材料表面工程技术的分类该分类方法比较清晰地体现了工程技术的特点，而且与工程技术上的名称基本一致，容易记忆。
但缺乏学术上的逻辑性，因为有些技术尽管工艺不一样，但基本的改质机理是相同或相似的。
按工艺特点分类方法示意图如图1-1所示。
按表面改质的目的或性质可分为：<1>表面耐磨和减磨技术，<2>表面耐蚀抗氧化技术，<3>表面强化（提高疲劳强度）技术，<4>表面装饰技术，<5>功能表面技术，<6>表面修复技术。
材料加工和表面工程技术
材料加工和表面工程技术是现代工业生产中不可或缺的重要环节之一。
随着科技的不断进步和发展，各种新型材料以及对材料表面性能的要求也在不断提高，对于提出了更高的要求。
一、材料加工技术材料加工技术是将原料或半成品通过加工或加工改性，制成符合生产需求的工业产品的过程。
材料加工技术的发展，可以分为传统材料加工和现代材料加工两个阶段。
1. 传统材料加工传统材料加工技术主要包括锻造、铸造、旋转成型、压缩成型、切削加工等方法。
这些方法主要用于金属、合金、玻璃等材料的加工。
2. 现代材料加工现代材料加工技术则更加细致，包括微加工、激光加工、电子束加工、等离子体加工、水切割等方法。
这些方法主要用于高强度材料的加工。
二、表面工程技术表面工程技术是指针对材料表面的性能进行改善的一种技术。
因为很多材料的表面性能难以直接控制，所以表面工程技术的发展成为了解决这些问题的重要手段。
1. 表面改性技术表面改性技术主要是改变材料表面的一些化学和物理属性，以达到改善表面性能的目的。
例如，淬火和渗碳处理可以提高材料表面的硬度和耐磨性。
2. 表面涂覆技术表面涂覆技术是指将一种化学物质覆盖在材料表面，以达到改善表面性能的目的。
例如，喷涂等涂覆技术可以有效地增加材料表面的耐腐蚀性能。
三、实际应用在许多领域都有广泛的应用。
例如：1. 制造业在制造业的各个方面都有广泛的应用。
例如，在汽车制造业中，通过可以制造出更加耐用、更加安全的汽车。
2. 航空航天在航空航天领域，可以大大提高材料的强度和耐磨性，以保障飞行器的安全。
3. 医学在医学领域，利用可以制造出更加符合医疗要求的手术器械和人工关节等医疗器械。
总之，已经成为现代工业生产的重要环节。
随着技术的不断进步和发展，我们相信这些技术会在更多领域发挥更大的作用。
薄膜与涂层现代表面技术
材料表面技术分类材料表面技术：材料表而涂镀技术、材料表而改性技术、材料表而微细加工技术、表而检测分析与质量评估。
材料表面涂镀技术：物理气相沉积PVD、化学气相沉积CVD、电镀及阳极氧化、化学镀、热喷涂喷焊、电刷镀、电泳涂层、涂镀（喷塑油漆）、表而复合处理技术、材料纳米化表面工程技术。
材料表而改性技术：活性气体离子处理、气体扩渗、液体扩渗、固体扩渗、机械强化、激光表而处理、电子束表而改性、离子朿表面改性。
材料表面微细加工技术：光刻加工、电子束微细加工、离子朿微细加工、激光朿微细加工、微细电火花加工、微细喷粉加工、超声波加工、微细电解加工、微电铸加工、LIGA技术加工。
表而检测分析与质量评估：表面分析技术、表而物化特性、表而几何特性、表而力学特性、质呈:标准与质量评估。
表而工程学现代材料表而工程学：材料表而工程基础理论、材料表而工程技术、材料表而检测技术、材料表而工程技术设计、材料表面工程应用。
材料表面工程基础理论：腐蚀与防护理论，表而磨擦*1磨损理论，表而完整性与界面理论，表而物理化学，表而装饰与美学，表而机、力、热、光、声、电、磁等功能膜层设计理论，表面功能特性间耦合转换、复合性能理论，表而失效理论及其分析理论，低维材料的结构理论。
材料表面工程技术：材料表面改性技术、薄膜技术、涂层技术、材料表而复合处理技术、材料表而纳米化工程技术。
材料表面改性技术：表面形变强化，表而相变强化，表而扩散渗入，化学转化，电化学转化，等离子表而强化，藹子朿、电子朿、激光朿表面改性。
薄膜技术：光学薄膜沉积技术，电子学薄膜沉积技术，光电子薄膜沉积技术，集成光学薄膜沉积技术，传感器用薄膜沉积技术，金刚石薄膜（含类金刚石薄膜）沉积技术，防护用（耐蚀、耐磨、抗高温氧化、防潮、髙强高硬、装饰等）薄膜沉积技术。
涂层技术：热喷涂技术、电化学沉积技术、有机涂层技术、无机涂层技术、热浸镀技术、防锈技术。
材料表面复合处理技术：镀覆层一一热处理，表而热处理一一表而化学处理，热处理一—表面形变强化，镀膜一一注入一一扩渗，离子注入一一镀膜，激光一一气相沉积，电子束——气相沉积，等离子喷涂一一激光。
材料表面处理技术的现状和应用
材料表面处理技术的现状和应用随着人们对材料科学的不断研究和深入了解，材料的表面处理技术也在不断发展和完善。
表面处理技术是指对材料表面进行一定的工艺处理，以提高材料的性能、增强材料的抗腐蚀性、延长材料的寿命等多种功能。
本篇文章将就材料表面处理技术的现状和应用进行探讨。
一、电化学表面处理技术电化学表面处理技术是指利用电化学反应对金属表面进行处理的一种技术。
这种技术不仅可以提高材料的表面硬度，还可以增强材料的耐腐蚀性和降低材料的磨损率。
在工程领域，这种技术被广泛应用于钢材的电镀和电解处理过程中，可以生成稳定的金属氧化物膜，增加材料的耐蚀能力。
二、紫外辐射表面处理技术紫外辐射表面处理技术是一种利用紫外辐射对材料表面进行处理的一种技术。
这种技术主要应用于高分子材料的表面处理中。
紫外辐射可以使高分子表面产生交联反应，从而使材料的附着力和硬度得到提高，同时还可以增加材料的表面能，提高表面润湿性。
三、激光表面处理技术激光表面处理技术是指通过激光的聚焦和能量效应来改变材料表面的物理和化学性质。
这种技术不仅可以提高材料表面的机械性能和硬度，还可以增加材料表面的耐热性和耐腐蚀性。
在实际应用中，激光表面处理技术被广泛用于精密机械、电子元器件等领域。
四、表面涂覆技术表面涂覆技术是指将一层或多层材料涂覆在材料表面上的一种技术。
这种技术不仅可以改变材料表面的颜色、亮度和纹理，还可以提高材料的防腐性能和耐磨性能。
在工程领域中，表面涂覆技术被广泛应用于汽车、航空航天、纸品等多个领域。
五、表面喷砂技术表面喷砂技术是一种利用高速喷射出的硬度颗粒对材料表面进行处理的一种技术。
这种技术可以改善材料表面的光洁度和表面粗糙度，从而增强材料的表面附着力和耐腐蚀性。
在实际应用中，表面喷砂技术被广泛用于钢材、铝材等材料的表面处理过程中。
六、表面脉冲喷涂技术表面脉冲喷涂技术是指一种高速脉冲喷射出的冷态等离子体对材料表面进行处理的一种技术。
这种技术可以增加材料表面的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。
材料表面工程技术课件
功能材料表面改性实例
高分子材料表面改性
通过化学或物理方法，改变高分子材料的表面能、极性和 润湿性，提高其与其它材料的粘结性和相容性。
石墨烯表面修饰
通过化学反应，在石墨烯表面引入官能团或其它基团，改 变其物理和化学性质，实现其在传感器、电池等领域的应 用。
通过电解作用在材料表面附着一层金属膜的技术
详细描述
电镀技术利用电解原理，在材料表面附着一层金属膜，以提高材料的耐腐蚀性 、耐磨性和装饰性。电镀技术广泛应用于汽车、电子、建筑和航空航天等领域 。
化学镀技术
总结词
通过化学反应在材料表面沉积金属或合金的技术
详细描述
化学镀技术利用化学反应在材料表面沉积一层金属或合金，以提高材料的耐腐蚀 性、耐磨性和导电性。化学镀技术广泛应用于电子、生物医学和装饰等领域。
生物材料表面改性
通过物理或化学方法，改变生物材料的表面性质，使其具 有更好的生物相容性和功能性，如组织工程、药物传递和 生物检测等领域的应用。
05
材料表面工程技术展望
新材料表面工程技术的发展趋势
纳米表面工程技术
利用纳米技术提高材料表 面的耐磨、耐腐蚀和抗疲 劳等性能，满足高精度、 高性能的应用需求。
化学气相沉积技术
总结词
通过化学反应将气态物质转化为固态物质沉积在材料表面的技术
详细描述
化学气相沉积技术利用化学反应将气态物质转化为固态物质，并沉积在材料表面，形成一层薄膜。化 学气相沉积技术广泛应用于电子、光学和生物医学等领域。
03
材料表面改性技术
表面合金化技术
表面合金化技术是通过在材料表面添加合金元素，改变材料表面的成分和结构，从 而提高材料表面的性能。
材料科学中表面修饰技术的使用技巧
材料科学中表面修饰技术的使用技巧表面修饰技术在材料科学中的应用概述表面修饰技术是指通过各种方法对材料表面进行物理或化学上的改变，从而改善材料的性能和功能。
这些技术对于改善材料的化学稳定性、机械性能、热稳定性、生物相容性等方面具有重要意义，因此在材料科学领域扮演着重要的角色。
本文将介绍表面修饰技术的常见使用技巧及其在不同材料领域的应用。
一、物理表面修饰技术1. 粗糙化通过物理方法将材料表面由光滑变为粗糙状，可以增加材料的表面积和界面附着力。
这种技术被广泛应用于材料表面改良、催化剂设计、生物材料等领域。
2. 磨砂和抛光采用机械磨砂或抛光等方法，可以使材料表面更加光滑，从而提高材料的外观和表面质量。
这种技术常见于金属、陶瓷和塑料等材料的表面处理。
3. 涂层通过在材料表面涂覆一层薄膜，如聚合物、金属或陶瓷等材料，可以增强材料的耐磨性、抗腐蚀性、光学性能等。
此外，涂层技术还可以用于改变材料的表面颜色和光泽度，满足不同应用需求。
二、化学表面修饰技术1. 修饰剂处理通过将化学修饰剂溶液浸渍或喷涂于材料表面，可以在材料表面形成一层化学保护膜，以增强材料的耐蚀性、抗溶剂性和抗氧化性。
这种技术在金属、陶瓷、玻璃等材料的防腐蚀和表面保护中得到广泛应用。
2. 消融处理通过在材料表面局部加热或化学溶解，使表面形成微细的孔洞或凸起结构，可以增加材料表面的粗糙度，提高润湿性，增强液体在材料上的附着力和湿润性。
这种技术在纳米科技、表面流体力学和生物医学等领域中发挥重要作用。
3. 化学反应通过在材料表面进行化学反应，在表面形成化学键、功能基团或复合材料，可以改变材料的表面化学性质，如亲水性、亲油性、生物相容性等。
这种技术广泛应用于聚合物、纳米材料和生物医学等领域。
三、表面修饰技术在不同领域中的应用1. 功能材料表面修饰技术在制备功能材料中有着广泛应用。
例如，通过粗糙化表面可以增加光催化和电催化反应的活性物种生成，提高功能材料的催化活性；通过涂层和化学反应可以制备具有特定吸附、分离、储能等功能的材料。
现代表面工程技术-主要内容
1．使用表面技术的目的？（1）提高材料抵御环境作用能力。
（2）赋予材料表面某种功能特性。
包括光、电、磁、热、声、吸附、分离等等各种物理和化学性能。
（3）实施特定的表面加工来制造构件、零部件和元器件。
2 按学科特点将表面技术大致划分为三个方面1）表面合金化：包括喷焊、堆焊、离子注入、激光溶敷、热渗镀等。
2）表面覆层与覆膜技术：包括热喷涂、电镀、化学转化处理、化学镀、气相沉积、涂装、堆焊、金属染色、热浸镀等。
3）表面组织转化技术：包括激光、电子束热处理技术以及喷丸、辊压等表面加工硬化技术。
3.表面技术:表面技术主要通过表面涂覆和表面改性技术来提高材料抵御环境作用能力和赋予材料表面某种功能特性。
表面涂覆：主要采用各种涂层技术。
表面改性技术：用机械、物理、化学等方法，改变材料表面的形貌、化学成分、相组成、微观结构、缺陷状态或应力状态。
4．表面粗糙度常采用如下方法表示，请用线段连接相应的采示符号。
轮廓算术平均偏差： R a微观不平度+点高度R z轮廓最大高度R y5电镀的基本原理及其分类？电镀是指在直流电的作用下，电解液中的金属离子还原，并沉积到零件表面形成有一定性能的金属镀层的过程。
电解液主要是水溶液，也有有机溶液和熔融盐。
从水溶液和有机溶液中电镀称为湿法电镀，从熔融盐中电镀称为熔融盐电镀。
6．电沉积的基本条件金属离子以一定的电流密度进行阴极还原时，原则上，只要电极电位足够负，任何金属离子都可能在阴极上还原，实现电沉积。
但由于水溶液中有氢离子、水分子及多种其它离子，使得一些还原电位很负的金属离子实际上不可能实现沉积过程。
所以金属离子在水溶液中能否还原，不仅决定于其本身的电化学性质，还决定于金属的还原电位与氢还原电位的相对大小。
若金属离子还原电位比氢离子还原电位更负，则电极上大量析氢，金属沉积极少。
7．合金共沉积的条件？两种金属离子共沉积除需具备单金属沉积的基本条件外，还应具备以下两个基本条件：①两种金属中至少有一种金属能从其盐的水溶液中沉积出来。
第3章材料的界面理论
界面粘结机理示意图 机械作用理论 （mechanical bonding）
在受到平行于界面的作用力时，机 械粘结作用可达到最佳效果，获得较高 的剪切强度。但若界面受拉力作用时， 除非界面有如图中A处所示的‘锚固’ 形态，否则拉伸强度会很低。
对复合材料来讲，材料组元之间相互浸 润是复合的首要条件。
一、浸润性
复合材料在制备过程中，只要涉及到 液相与固相的相互作用，必然就有液相与 固相的浸润问题。
在制备聚合物基复合材料时，一般是把 聚合物(液态树脂)均匀地浸渍或涂刷在增强 材料上。
树脂对增强材料的浸润性是指树脂能否 均匀地分布在增强材科的周围，这是树脂与 增强材料能否形成良好粘结的重要前提。
按化学组成，偶联剂主要可分为有机铬和有机 硅两大类，此外还有钛酸酯等。
(1)有机酸氯化铬络合物类偶联剂
有机酸氯化铬络合物简称铬络合物，这类络合物通 常是用碱式氯化铬与羧酸反应而制得。
2Cr(OH)Cl2+RCOOH→RCOOCr2(OH)Cl4+H2O 这类铬络合物无水时的结构式为：
沃兰(Vo1an)，结构式为 ：
按照热力学条件，只有体系自由能减少 时，液体才能铺展开来，即
SLLGSG
因此，铺展系数SC(Spreading Coefficient) 被定义为：
SC SG (SL L)G
（a）不完全浸润
（b）不浸润 不完全浸润(a)和不浸润(b)情况示意图
只有当铺展系数SC＞0时，才能发生浸 润。不完全浸润的情况如图所示，根据力平 衡，可得
沃兰是一种有机酸铬络合物(甲基丙烯酸氯化铬盐)，
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。
材料表面技术 第三讲 表面涂覆新技术
3.6 激光喷涂
把高强度能量的激光束，朝着接近于零件基体表面的方向直 射，基体同时被一个辅助的激光加热器加热；这时，细微的 粉末以倾斜的角度被吹送到激光束中熔化、粘结到基体表面， 形成了一层薄的表面涂层，与基体之间形成良好的结合。
激光发生器
光轴
激光束
透镜保护气体 粉末
高压气体
喷涂用喷嘴
高压气体喷嘴 激光束聚焦点 主喷嘴
是使涂料牢固附着在被涂物表面上形成 连续薄膜的主要物质，是构成涂料的基础， 决定着涂料的基本特性，一般为无色透明。
3.2 有机溶剂和水
又称稀释剂，作为分散介质，使成膜物 分散而形成粘稠液体，调整体系粘度，使涂 料粘度适合贮存和施工应用。施工后能从薄 膜中挥发至大气中，从而使液态薄膜形成固 态色、防锈、耐 晒、耐水、耐化学品性 （装饰、防护）。一般 为微细的粉末状有色物 质，是有色涂料的一个 主要组分，它使涂膜呈 现色彩，并具有一定遮 盖被涂物件表观的能力， 以发挥其装饰和保护作 用。
料熔融并被加速冲击枪口，撞击在零件表面形成涂层。
• 喷涂速度快；
• 温度4000度以上；
• 涂层非常致密； 结合力强；
表面平整；
粉末
• 爆炸噪声大，超150dB。 氮气
• 设备价高、氧化性气氛。
火花塞
基体
氧气
乙乙烯 炔
3.5 超音速火焰喷涂
上世纪80年代，最初美国发明，替代爆炸喷涂，也叫高速火 焰热喷涂。 气体压力高，消耗量大 焰流速度快 涂层结合力好，气孔率小于1％，表面光滑； 粉末高温停留时短，空气中暴露时短，氧化少 温度：低于等离子弧高。 燃气：乙炔、丙烷、煤油、酒精。
热喷涂材料-按用途分类
2、热喷涂工艺的特点
① 可在各种材料上喷涂； ② 可喷涂的材料极为广泛，几乎包括所有的固态工程材料； ③ 采用复合涂层等工艺，可将性能截然不同的两种以上的材
金属材料表面处理ppt课件
金属材料 表 面處理技术
DT(I) SQA
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1
總目錄
1﹒基本概念 2．表面處理在金屬防護方面的作用 3．表面處理技術分類 4﹒常用工藝及其目的 5．表面處理原理 6﹒生産工藝過程 7﹒膜層結構特點及其防護機理/能力 8﹒表面膜層的質量檢測技術 9﹒公司表面實驗室其它測試
油漆
静電噴涂
粉末
这两种噴涂法油漆均可采用﹔ 而粉末只用静電噴涂﹒
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38
5.3.1 空气噴涂原理
傳統的空气噴涂﹕ 利用压縮空气将流体吹散 成霧状后﹐附着于被涂物 表面。 适用性极广，对任何复雜 工件、任何液体涂料几乎 都能适用﹒
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39
5.3.2 静電噴涂原理
利用静電場对電荷的作用而实現﹐ 适用于工件外形不太复雜﹑大批量生產的流水線作業﹒
12
D.金属表面保護層的要求 即金属上涂覆層的基本性能
1）結合强度－要求結合牢固、附着力强 2）孔隙率及密度－膜層致密、完整无孔、不透介質 3）耐蝕性－在腐蝕環境中有良好的穩定性、抗腐蝕性 4）硬度－－硬度高、耐磨好 5）在金属表面分布均匀
Байду номын сангаас
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13
3．表面處理技术分类
表面处理是一門涉及多种学科的工业技术 按其使用的方法可大致分成五大类16种工艺
除油
化学/電解 除油 ： 清除表面油脂，使表面容易電鍍
浸蝕
用酸液对金属表面進行溶解腐蝕，去除表 面氧化膜和鏽蝕產物，提高表面光澤度﹒
在零件表面沉積上金属膜層
电镀
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45
后處理
1）鈍化---在鍍層金属表面形成一層薄而 致密的化学轉化膜，加强抗腐蝕能力； 2）封閉---机械方法在鍍層孔隙中填充微 粒﹐如有机物分子，同样是加强保護作用
涂层技术原理及分类
喷 涂方法 粉末火焰喷涂(焊)
丝材火焰喷涂 陶瓷棒材火焰喷涂 高速火焰喷涂(HVOF) 爆炸喷涂(D - GUN)
电弧喷涂 大气等离子喷涂(APS) 低压等离子喷涂(LPPS)
水稳等离子喷涂
低速火焰喷涂
电弧喷涂
等离子喷涂
高速火焰喷涂 温度 0 速度 0
2500 250
5000 500
7500 750
各种复合材料
金属涂层
复合材料涂层
涂层材料
各种金属，如 铜、铝、镍、 铬、银等。
有机材料，如油漆、树脂; 无机材料，如陶瓷及有色矿物。
非金属涂层
按涂层材料分
金属涂层 非金属涂层
复合材料
涂层的分类
按涂层功能分
防腐涂层 防耐腐磨涂涂层层 特耐殊磨功涂能层涂层 特殊功能涂层
按涂层制备方法分类(见下页）
现有工艺
• 浸渍法又称提升法，它是将基片浸渍在溶胶中，再以恒 定的速度从溶胶中提升出来，从而在基片表面上形成膜 。浸渍法涂膜具有设备简单、操作方便的优点，并且基 片两面可以同时镀膜；但该法涂膜不易均匀。
• 旋涂法又称甩胶法、离心法。它是将基片固定在旋转的 圆盘上，再将镀膜液倒在基片上，由于旋转扩展形成均 匀的液膜。旋涂法涂膜均匀，但不易大面积成膜。
广泛应用于汽车工 业、航空航天等各 个部门
适合大批量生产
未来电镀技术研究与开发重点
1
更广泛的应用各种电流，超声， 以及各种其他物理机械作用。
2
研究、开发应用新型非水镀 液——熔盐。
3 更广泛研究、应用新的镀层。
4
研究、发展和应用清洁电镀技 术。
化学镀技术定义
化学镀是一种不需要通电，依据氧化还原反应原理，利用 强还原剂在含有金属离子的溶液中，将金属离子还原成金 属而沉积在各种材料表面形成致密镀层的方法。
材料表面改性技术的应用方法
材料表面改性技术的应用方法引言：随着科技的发展和工业化进程的推进，对材料性能的要求越来越高，而材料表面改性技术便应运而生。
材料表面改性技术是指对材料表面进行物理或化学处理，以改变其表面性能，提高材料的特性和应用前景。
本文将着重介绍几种常见的材料表面改性技术的应用方法。
一、涂层技术涂层技术是在材料表面涂覆一层附着力良好的材料，以改变材料的表面特性。
目前最常见的涂层技术包括喷涂、热浸镀、化学气相沉积等。
1.1 喷涂技术喷涂技术是指将涂料通过喷枪均匀地喷到材料表面，形成涂层。
喷涂技术具有操作简便、施工快速等优点。
例如，在汽车制造中，通过喷涂技术可以为汽车外观提供给予耐磨、防腐蚀和美观等功能。
1.2 热浸镀技术热浸镀技术是利用金属在高温下的熔化状态与材料表面发生反应，形成金属镀层。
该技术广泛应用于电子设备和航空航天等领域。
例如，在电子元器件中，通过热浸镀技术可以提高元器件的导电性和耐腐蚀性能。
1.3 化学气相沉积技术化学气相沉积技术是利用气体中的化学反应生成固态物质沉积在材料表面，形成薄膜。
该技术在微电子、光学和纳米科技等领域有着广泛的应用。
例如，在光学器件中，通过化学气相沉积技术可以制备高光反射、高透过率的镀膜，提高器件的效能。
二、表面改性处理表面改性处理是指通过物理或化学方法改变材料表面的化学组成和结构，从而改变其表面特性。
常见的表面改性处理方法包括等离子体处理、化学改性和离子注入等。
2.1 等离子体处理等离子体处理是将材料放置在一个等离子体环境中，通过等离子体与材料表面相互作用，改变材料的表面性能。
该技术通常应用于材料清洁、增强附着力和提高表面光洁度等方面。
例如，在航空航天领域，通过等离子体处理可以清除材料表面的污染物，提高材料的可靠性。
2.2 化学改性化学改性是通过化学反应改变材料表面的组成，以改变其特性。
常见的化学改性方法包括氧化、还原和离子交换等。
例如，在陶瓷材料中，通过氧化反应可以形成一层保护层，提高材料的耐热性和抗腐蚀性能。
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1、堆焊材料的应用
该材料具有较好的耐大气、耐海水和耐各种酸性溶液的腐蚀， 耐气蚀以及耐粘着磨损的性能。但易受硫化物和氨盐的腐蚀， 耐磨料磨损性能不良，故不适合在高应力磨料磨损和温度高于 200oC的条件下工作。
2、堆焊工艺
常用的堆焊方法为氧-乙炔喷涂和TIG堆焊，也可用电弧堆焊。
(五) 碳化钨基堆焊材料及工艺
具有高硬度、高耐磨性的特点，可以承受轻度和中度冲击，还 具有一定的抗高温氧化性和耐腐蚀性能。 主要应用于石油钻井、冶金、矿山及煤炭开采。
2、堆焊工艺 常用的堆焊方法为用管装焊条，氧-乙炔手工堆焊，也可用电弧
堆焊。
三、堆焊方法与设备的选择
1、堆焊设备 堆焊设备包括电源、堆焊机、送丝送粉机构、供气设备及工、 辅具。通用弧焊机为主要设备。
①热稳定性好：热喷涂材料在喷涂过程中，必 须能够耐高温，即在高温下不改变性能。
②使用性能好:根据工件要求，所得涂层应该满 足各种使用要求，即喷涂材料也必须具有相 应性能。
• ③润湿性好：润湿形好，则得到的涂层与基体 的结合强度高，自身密度好，且涂层也平整。
• ④固态流动性好（粉末）：流动性（与粉末形 状，湿度，粒度有关）好，才能保证送粉的均 匀性。
热作工具钢：较高的高温硬度、较高的强度和抗冲击韧性、较 高的抗冷热疲劳性以及高的抗氧化性和耐磨性。主要用于大型
轧辊的制造和修复。 冷作工具钢：较高的常温硬度和抗粘着磨损性能，用于冷冲模、
冷剪刀、冲裁模及修边模的制造与修复。 堆焊方法为电焊条电弧焊。焊前工件需预热，焊后进行三次回
火。
（2）高锰钢及铬锰钢
1、低合金钢堆焊材料 ( 合金元素总含量小于5%)。
(1)珠光体钢：碳含量一般小于0.5%，焊后自然冷却 时，得到珠光体组织，硬度20~38HRC。 堆焊层硬度中等，具有一定的耐磨性、良好的韧性和 切削加工性。用于恢复母材尺寸、过渡层的堆焊。 通常采用焊条电弧堆焊和熔化极自动堆焊。
(2)马氏体钢：碳含量低、中、高均有。组织一般为马 氏体，硬度25~65HRC。
(2) 冶金—化学结合 扩散和合金化时的结合； （3）物理结合 范德华或次价键形成的结合。
4 涂层的硬度 通常用硬度来评价材料的耐磨性
• 几种陶瓷喷涂层的硬度
喷涂材料
HV
Al2O3
700~1300
Al2O3-2.5TiO2 800~1350
TiO2
600~900
Cr2O3
1000~1800
ZrO2
韧性、强度、耐磨性综合性能最好、最经济的堆焊材 料。也可用于堆焊更脆、更耐磨或更高强度材料前的
过渡堆焊材料。 通常采用焊条电弧堆焊和熔化极自动堆焊。
2、中、高合金钢及合金铸铁堆焊材料 (组织为马氏 体型)
（1）高速钢及热作工具钢、冷作工具钢
高速钢：淬火+回火组织为回火马氏体+碳化物，具 有较高的硬度和红硬性，用于金属切削刀具、木工刀 具、热剪刀具、冲头、冲裁磨具等。
• ③塑料粉末：塑料涂层具有美观、耐蚀的性 能，有热塑性（受热熔化或冷却时凝固，如 聚乙烯，尼龙粉等）和热固性（受热产生化 学变化，固化成型，环氧树脂，酚醛树脂等） 两类。
2、复合材料粉末 复合材料粉末是由两种或更多种金 属和非金属（陶瓷、塑料、非金属矿物）固体粉末 混和而成。
它又可分为：
①包覆型粉：由一种或几种成分作为外壳，均匀连续 或星点间断地包覆由一种或几种成分组成的核心的 粉体，包覆层与核心的重量比可从1%～99%，包 覆层的宏观厚度最低可为2～3微米。
第一节 堆焊
一、堆焊材料的分类
铁基、镍基、钴基、碳化钨基和铜基等几种类型。
铁基性能变化范围广、韧性和耐磨性匹配好， 价格低，应用最广
各基材熔点（℃）
Fe
Ni
Co
WC
Cu
1538 1455 1495 2870±50 1083
第一节 堆焊
二、常用堆焊材料及工艺 (一) 铁基堆焊材料及工艺 按合金元素含量分类：低合金、中合金和高合金
• ⑤热膨胀系数合适：若涂层与工件热膨胀系数 相差甚远，则可能导致工件在喷涂后冷却过程 中引起涂层龟裂。
（一）热喷涂线材
喷涂设备简单，操作方便，耗能少，成本低，工艺因素影响小， 涂层质量稳定
1、非复合喷涂线材是只含一种金属或合金的材料制成的线材。 是用普通的拉拔方法制造的，
常用的有：
①Al及Al合金：一般为纯Al或Al-Si合金线材，主要用于腐蚀保 护，抗高温氧化。
宏观粗化的作用
第二节 热喷涂
二、热喷涂的种类和特点
1、热喷涂的种类
按涂层加热和结合方式，有喷涂和喷熔两种；前者基体不熔 化—机械结合；后者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。
按加热喷涂材料的热源种类，有火焰、电弧、高频、等离子弧 （超音速）、爆炸、激光喷涂和重熔、电子束喷涂。
2、特点 ① 适用范围广，喷涂材料和基体都可以是金属和非金属及复合
定义：利用特定的热源将喷涂材料加热熔化或软化，并借助 自身动力或外加气流将熔滴加速，以 一定速度喷射到表面经 过净化或粗化的工件上，形成涂层的工艺方法。
性能：耐磨、耐热、耐腐蚀、抗氧化和润湿等性能；
基体材料：金属、合金、陶瓷、水泥、塑料、石膏、木材等。 涂层厚度：0.5~5mm。 应用：宇航、国防、机械、冶金、石油、电力、化工、机车 车辆等部门。
材料； ② 工艺灵活， ③ 喷涂层的厚度可调范围大； ④ 工件受热程度可以控制，一般温度可控制在30～200℃，从
而保证基体不变形、不弱化。 ⑤ 生产率高，一般能达到数千克/小时，最高可达50千克/小时。
第二节 热喷涂
三、热喷涂的预处理 1、基体表面的清洗、脱脂
碱洗法、溶液洗涤法、蒸气清洗法和对疏松表面的清洗 2、基体表面氧化膜的处理
②组合型粉：由不同相混杂而成的颗粒，没有核壳之 分。
复合粉技术和产品的发展是热喷涂技术的重要突破， 为涂层性能的提高和优化设计开辟了宽广的领域， 这是因为：
碳0.7~1.2%，锰10%~14%，组织为奥氏体，硬度200HB。 受冲击时转变为马氏体，硬度450~500HB。
（3）高铬钢及铬镍钢
最主要特点就是耐蚀性和抗高温氧化性。
(4) 合金铸铁 按组织可分为马氏体、奥氏体和高铬铸铁三大 类。
(二) 镍基堆焊材料及工艺
1、镍基堆焊材料的成分与性能
Ni-Cr-B-Si、Ni-Cr-Mo-W、 Ni-Cr-W-Si和Ni-Mo-Fe型.
②Zn及Zn合金：一般为Zn或Zn-Al合金线材，主要用于大气及 水中的腐蚀防护。
③Cu及Cu合金：一般纯Cu丝用于导电及塑像工艺品，黄铜丝主 要用于修复、耐磨、装饰,铝青铜用于酸性介质中的耐蚀涂层。
• ④Ni及Ni合金：一般为Ni及Ni-Cr，Ni• 30%Cu（蒙乃尔合金），主要用于耐蚀、 • 耐磨、耐高温氧化。 • ⑤Sn及Sn合金：主要用于轴承，轴瓦等滑动 • 部件的耐磨涂层。 • ⑥Fe及Fe合金：普通碳钢丝，低合金钢丝等 • 主要用于修复和耐磨；不锈钢丝用于防腐 • 蚀，Fe-Cr-Al丝主要用于抗高温氧化。 • ⑦Pb及Pb合金：主要用于滑动耐磨涂层和防 • 护涂层。 • ⑧Mo：主要用于打底层和耐浓盐酸涂层。
（二）热喷涂粉末 不受线材成型工艺的限制，成本低，来源 广，组元间可按任意比例调配，组成各种组合粉、复合粉， 从而得到相图上存在或不存在的相组织，获得某些特殊性能。
1、非复合型粉末 ①金属及合金粉末：大量应用的合金粉末主要是Ni基、Fe基、
Co基、Cu基合金粉末，一般都可用水雾法、气雾法或其它方 法制得。
该材料价格昂贵，适合于金属间粘着磨损场合。由于还具有较高 的抗高温氧化性、耐腐蚀性和耐热性，可用于高温腐蚀和高温磨 损工况条件下工件的堆焊。
2、堆焊工艺
常用的堆焊方法为氧-乙炔喷涂和等离子堆焊，工件较大时也可 用焊条电弧堆焊。
(四) 铜基堆焊材料及工艺
堆焊材料分为：
紫铜 黄铜、 青铜 白铜
焊条 形式有： 焊丝
第二节 热喷涂
2、复合喷涂线材 就是把两种或两种以上的材料复合而制成的喷涂线材，复合
喷涂线材中大部分是增效复合喷涂线材，即在喷涂过程中 不同组元相互发生热反应生成化合物，反应热与火焰热相 叠加，提高了熔滴温度，达到基体后会使基体局部熔化产 生短时高温扩散，形成显微冶金结合，从而提高结合强度。
• 制造复合喷涂线材常用的复合方法有： • ①丝-丝复合法：将各种不同的组分的丝绞、轧成一 • 股。 • ②丝-管复合法：将一种或多种金属丝穿入某种金属 • 管中压轧而成。 • ③粉-管复合法：将一种或多种粉末装入金属管中加 • 工成丝。 • ④粉-皮压结复合法：将粉末包在金属壳内加工成丝。 • ⑤粉-粘合剂复合法：把多种粉末用粘合剂混合挤压 • 成丝。
500~800
第二节 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，有时也包括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，它影响涂层质量；而且这种应力随涂层厚度的 加大而增加，最终导致涂层断裂或从基体上剥离。
Ni-Cr-B-Si镍基堆焊材料具有熔点低（1040℃）、润湿性好、 流动性好的特点，可以用粉末等离子堆焊和氧-乙炔喷涂。组织 为奥氏体+硼化物+碳化物，有优良的耐低应力磨料磨损和耐金 属间磨损性能，以及耐高温、耐腐蚀和耐氧化性能。但耐高应力 磨料磨损性能和耐冲击性能不好。常温硬度62HRC。
2、镍基堆焊材料应用
比铁基堆焊材料有更高的热强性和更好的耐热腐蚀性。但价格高 于铁基，应用有限。主要用于重要场合，代替钴基堆焊材料。
3、堆焊工艺 常用的堆焊方法为焊条电弧堆焊、氧-乙炔喷涂、等离子堆焊和 采用铸造焊丝的TIG焊。