耐磨涂层

镁合金耐磨涂层的制备方法 热喷涂技术热喷涂技术是表面防护和强化的技 术之一，是表面工程中一门重要的学科。所谓热喷 涂就是利用某种热源，如电弧、等离子弧、燃烧火 焰等将粉末状或丝状的金属和非金属涂层材料加热 到熔融或半熔融状态，然后借助焰流本身的动力或 外加的高速气流雾化，并以一定的速度喷射到经过 预处理的基体材料表面，与基体材料结合而形成具 有各种功能的表面覆盖涂层的一种技术。
电弧喷涂 电弧喷涂是将两根彼此绝缘的喷涂丝材机械送 入雾化气流区的一点，引燃的电弧使丝端部加热融 熔并达到过热状态，强烈的压缩空气流使融熔的金 属喷射、雾化，并以微粒方式以200～300m/s 高速 冲击到经过预先制备的工件表面上，在基体表面形 成涂层的方法。该工艺具有设备一次投资少、使用 方便、效率高等特点，但是涂层材料必须是导电的 金属及合金丝，因而其应用受到了一定的限制。但 它的高效率使得它在喷涂Al、Zn 和不锈钢等大面积 防腐涂层材料方面成为首选工艺，而且特别适合于 野外作业。
研究背景
摩擦是我们经常遇到的现象。假如没有摩擦，手中 的东西会滑掉，人会寸步难行，缝好的衣服会一片片掉 下来，开劢的车辆停丌下来；你也看丌到乒乓球比赛中 精彩的弧圈球，因为这也是乒乓球运劢员巧妙运用摩擦 的结果。但是，摩擦有功也有过。据估计，丐界上有1/3 到1/2的能源被摩擦消耗掉。摩擦会带来材料的磨损，这 丌仅损耗大量材料，而丏损坏机器和工程结构，降低工 作效率。寺找和研制耐磨材料一直是材料技术与家的一 项重要任务。
耐磨涂层
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•研 究 背
义
景
•组
•成 •研
成
膜 究
及
分
机 进
类
理 展
耐磨涂层（resistant coating）指的是 一种用具有耐摩擦力的防粘涂层涂敷的基材， 该涂层厚度与所说的陶瓷颗粒的最长直径之 比为0.8～2.0。 另一种用具有耐摩擦力的防粘涂层涂 敷的基材，该涂层包括底涂层与面涂层，底 涂层与面涂层的总厚度与陶瓷颗粒的最长直 径之比为0.8～2.0。 还包括一种能在平滑的基材上形成附 着涂层并显示耐磨性的组合物，其中陶瓷颗 粒的量足以提供在由所说的组合物形成的涂 层的每1厘米长的横截面上至少为3个这样 的颗粒。其用途是为了为降低物料对设备部 件冲刷造成的磨损，在设备部件表面涂敷一 层耐磨材料起到保护设备部件基材的作用。
火焰喷涂 火焰喷涂是所有热喷涂方法中应用最早的一种喷涂 方法，它是以气体的燃烧发出ห้องสมุดไป่ตู้源，将线材或粉末加热至 熔融或塑性状态，在高速气流（压缩空气）作用下，将雾 化的颗粒喷涂于工件表面，形成涂层。它具有设备简单、 工艺成熟、操作灵活、投资少、见效快的特点，可制备各 种金属、合金、陶瓷及塑料涂层，是目前国内最常用的喷 涂方法之一。
等离子喷涂 等离子喷涂法是热喷涂技术中最具发展潜力的方 法之一。其原理是某种气体如氮、氩、氢及氦等通 过压缩电弧时会产生电离而形成电中性的等离子体 （是物质除气、液、固态外的第四态）。等离子弧 的能量集中很高温度（其焰流的温度在万度以上） 将粉末材料雾化并喷射在基体表面形成涂层。
金属涂层的研究现状 热喷涂金属涂层是研究和应用较早的耐磨涂层， 常用的有金属(Mo、Ni)、碳钢和低合金钢、不锈钢 和Ni-Cr合金系列涂层。一般采用火焰喷涂、电弧喷 涂、等离子喷涂、HVOF及爆炸喷涂工艺，涂层具 有与基体的结合强度较高，耐磨、抗腐蚀性能较好 等优点，用于修复磨损件及机械加工超差件。
碳化硅耐磨材料 碳化硅制作工艺与氧化铝的关不多，和氧化铝一样碳化硅也是 一种重要的工业防磨材料，像一般常见的砂磨片就是用碳化硅 做的，碳化硅的抗磨损性能比较优良，但比氧化铝还是差一点 点，但在聚冷聚热方面它比氧化铝更好，所以现在碳化硅用的 最多的地方还是做耐火材料，如高温窑炉的内衬耐火砖、烧板 等。 密度 ≥3.2g/cm3 熔点 2840 硬度 8.5 导热系数 33.5-502.4W/M•K 热膨胀系数 (4-5)×10-6 M/M•K
钛合金耐磨涂层的制备方法
以钛基Cr203，合金粉末为原料，采用 CO2激光熔覆技术，在钛合金基体表面获得了 良好冶金结合的梯度耐磨涂层。基体材料采用 i6A14V合金，试样尺寸：30mm×20mm x 5mm。钛基合金粉末，机械充分混合，其中 Cr203粉颗粒直径为20～40微米；Ce02粉末 纯度至99．99％，保温150℃，烘烤24小时。 使用SSX-550型扫描电镜和BX5 1 M型光学金 相显微镜观察熔覆层宏观和微观形貌。激光熔 覆工艺参数为：激光功率1，5～2．5kW，扫 描速度5～15mm／s，光斑直径3ram，比能 6～12kJ／cm2。功率密度0。2～0。5kW／ mm2，高纯氩气保护。无预热保温装置。多道 激光熔覆的搭接率为30％。
金属陶瓷涂层的研究现状 金属与陶瓷材料各有其独特的优异性能和明显 的性能弱点，如何把金属与陶瓷材料各自的优势性 能结合起来，一直是材料科学与工程界研究的方向。 金属陶瓷复合涂层技术，即在塑性的基体上均匀地 分布着颗粒形状、尺寸大小适当的陶瓷相，成功地 实现金属和陶瓷的优势结合，制备既有金属强度和 韧性，又有陶瓷耐高温、耐磨损、耐腐蚀等优点的 复合材料，大大拓宽了金属材料和陶瓷材料各自的 应用范围，在航空、航天、化工、机械、电力等工 业领域得到成功应用。在工业上应用最广的金属陶 瓷涂层主要有：Cr3C2-NiCr、WC-Co。大多采用 HVOF、等离子及爆炸喷涂工艺。
喷涂 一种新型的实用工程技术目前尚无标准的分类方法，一般按 加热和结合方式可分为喷涂和喷熔：前者是机体不熔化，涂 层与基体形成机械结合；后者则是涂层再加热重熔，涂层与 基体互溶并扩散形成冶金结合。喷射材料有很大选择性，根 据需要选择符合物理特性的材料作喷体，氧化铝、碳化钨、 锌、镍合金等等金属与非金属材料都可以作为喷料。目前技 术不成熟，涂层至多1mm。一般用于轴承、活塞等精度要求 的零件防磨。
采用铝系合金等离子喷涂技术对活塞环、同步 环及气缸等零件进行喷涂时，涂层具有良好的耐磨 性、高结合强度及优异的耐粘着磨损性，在有润滑 油的条件下具有良好的抗咬死性和抗拉伤性能。高 碳钢丝、不锈钢(Crl3型、18-8型等)合金丝是常用的 耐磨耐蚀喷涂材料。具有强度较高、耐磨性好、来 源广泛、价格低廉等特点。NiCr涂层具有较好的耐 热、抗腐蚀及抗冲蚀磨损的性能，可作为电站锅炉 的过热器管和再热器管的防护涂层，采用火焰和等 离子喷涂方法可制备具有不同组织结构的NiCr金属 耐磨涂层，涂层中孔隙率和氧化物含量较高。
得到的有机硅聚酰亚胺酸加 热脱
（3）聚氨酯耐磨涂层 聚氨醋树脂是一种性能介于塑料和橡胶之 间的特种弹性体，具有较好的耐磨性、抗撕裂 和耐冲击性能。但由于聚氨醋分子中含有一 NCO、一OH和脲等强极性基团，表面能相对较 高，滑动摩擦系数偏大，易产生摩擦热。因此， 在～些要求减摩耐磨领域的应用受到了限制 11410用聚醚多元醇与甲苯二异氰酸醋反应，合 成分子链末端带有一NCO基团的预聚体，按不 同的配方加入不同的添加剂，可以制得多种耐 磨聚氨酯涂料””。在聚氨醋中添加有机硅、 有机蜡、含氟材料、无机添加剂均可改善聚氨 酯的耐磨性能。
化学粘接耐磨涂层 （1）环氧树脂耐磨涂层 环氧树脂(EP)是一种性能优异、应用广泛的热固性 树脂，但由于固化后形成较致密的芳香结构，交联 密度大，内聚力高，因此其变形能力差，呈脆性状 态。为克服此缺点，国内外学者对此进行了大量改 性研究。
（2）聚酰亚胺耐磨涂层 聚酰亚胺(PI)作为高性能工程塑料，具有良好的力 学性能，耐高温性能，绝缘性能，以及减摩耐磨性 能，被广泛应用于航空航天、医疗器械等领域。
氧化铝耐磨陶瓷 耐磨陶瓷采用100目以下的AL2O3同时添加多种耐磨材料的配 方，100吨压机压、或等静压制成型，经1700℃高温烧结，具 有密度大、硬度高、耐磨损等特点。一般而论耐磨陶瓷的耐磨 性相当于锰钢的10倍，高铬铸铁的8倍。氧化铝耐磨陶瓷材料 广泛用于火电厂磨煤及除灰系统，如粗、细粉旋风分离器、一 次煤粉风管、弯头、烟道、排粉机蜗壳、球磨机出口、除灰排 渣系统等；钢铁烧结厂的除尘管道、混合料仓、混合圆筒等； 水泥厂的选粉机、溜槽、风机等；港口码头的卸船机、装船机、 料斗上等多种工业设备上。 密度 ≥3.6g/cm3 莫氏硬度 ≥9 抗弯强度 ≥290MPa 断裂韧性KIC ≥4.8 MPa•m1/2 导热系数 20W/M•K 热膨胀系数 7.2×10-6 M/M•K
热喷涂法自从20 年代初期研制成功并发展至今， 不论在技术上还是在应用上都发生了重大的突破。 热喷涂技术发展到90 年代初期，所喷涂层也已分成 保护性涂层和功能性涂层两大类。保护性涂层主要 用于耐磨、耐热、耐蚀的零部件及设备。而功能性 涂层则主要用于电、磁、光、生物、机械等领域。 并且单一喷涂方法所形成的涂层性能狭窄，缺陷较 多，人们的注意力已逐渐转向复合喷涂及对涂层的 改性研究上，热喷涂技术的发展与应用不仅没有停 留在原来的基础上，而且随着国与国的竞争越演越 烈。
耐磨涂层， PVD离子
汽车玻璃水性耐磨涂层
超级耐磨涂 层
耐磨涂层按成型 工艺通常可分为热喷 涂耐磨涂层和化学粘 接耐磨涂层。热喷涂 耐磨涂层是采用等离 子喷涂、电弧喷涂、 火焰喷涂在金属表面 喷涂陶瓷、合金、氧 化物、氟塑料等形成 的耐磨涂层。
化学粘接涂层是指采 用各种树脂、弹性体等 配制的耐磨涂层胶，涂 敷到金属表面后自然戒 加热固化所得的耐磨涂 层。采用热喷涂技术和 化学粘接技术所得到的 耐磨涂层均具有优良的 耐磨性能。
陶瓷涂层的研究现状 热喷涂陶瓷粉末包括氧化物、碳化物、硼化物、 氮化物及硅化物等，是金属元素和非金属元素组成 的晶体或非晶体化合物。陶瓷涂层具有高熔点、高 硬度和良好的耐磨性、耐腐蚀性以及高温稳定性等 特点。但喷涂陶瓷涂层工艺复杂，成本较高，而且 涂层表面容易出现裂纹，抗热疲劳性能不如金属涂 层;而且涂层的韧性较差，不能用于承受较大的冲击 载荷。目前常用的陶瓷涂层有A12O3、TiO2、 Cr2O3、ZrO2、WC、TiC、Cr3C2、TiB2等，一般 采用等离子喷涂、火焰喷涂、HVOF和爆炸喷涂技术 制备。
pvc塑料地板耐磨涂层;汽车轮毂
热喷涂工艺需与门的设备和熟练的操作技 术，涂层相对轳薄，大面积施工效率低，一般 用作轳小部件的处理。化学粘接工艺简单，一 般只需按照配好的耐磨胶，均匀涂敷于需防护 的部位即可，尤其适用于大面积物流冲刷件的 防磨处理。
粘接耐磨涂层是以高分子材料为粘料，加 入耐磨填料、固化剂以及其他劣剂制备成耐磨 涂料，涂覆于基材表面，固化后可以起到防止 基材表面磨损的作用，戒用于修复已磨损的基 材表面。粘料是耐磨涂层的基本成分之 ，它在 很大程度上决定了涂层的粘附力、强度、耐温 性、耐磨性等基本性能。通常采用的粘料有环 氧树脂、酚醛树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树 脂、聚氯酯、聚醚醚酮、聚醚砜等。固体润滑 剂材质轳软，当不其他材料对磨时，能在2个 表面形成固体润滑膜，从而减小摩擦系数来增 加耐磨性。常用二硫化钼(MoS2)、石墨、聚四 氟乙烯(PTFE)、金属氧化物、卤化物、硒化物、 软金属等充当固体润滑填料。以固体润滑剂为 主要填料形成的粘接耐磨涂层有时也称为固体 润滑涂层。
氧化锆陶瓷 氧化锆陶瓷是近几年发展比较快的陶瓷，它具有密度大、 硬度较高，特别是其机械性能即抗弯强度和断裂韧性高于 其它非金属材料，已广泛应用于石油泵套、汽缸内衬、喷 嘴等耐磨高温结构部位，应用前景看好。但氧化锆原料市 场上价格为60-80元/公斤，非常昂贵，很大限制了其广 泛应用。 抗弯强度[Mpa] 750 断裂韧性Mpa.m3/2 6-8 密度[g/cm3] 5.8-6.0 导热系数 [W/m.k] 2.5-2.9 莫氏硬度 8.5
（4）聚醚醚酮耐磨涂层 聚醚醚酮(PEEK)具有高强度、高韧性和高耐热 性，其耐摩擦磨损性能突出，已成为重要的自润滑 减摩耐磨材料，可在无润滑、高温、潮湿和腐蚀等 恶劣环境下取代传统金属材料使用。
（5）聚醚砜耐磨涂层
聚醚砜具有优良的自润滑性、电绝缘性及阻尼 性，以及优良的力学性能、热稳定性、化学稳定性、 抗高温蠕变性以及可Jjor性能。其To为225 ℃，长期 使用温度可达180℃。