表面工程(修订稿2011-5).ppt

第七章 表面涂敷技术,7.1涂料与涂装技术 7.2表面粘结和粘涂 7.3堆焊 7.4热喷涂 7.5热喷焊 7.6电火花表面涂敷与加工 7.7热浸镀 7.8搪瓷 7.9烧结 7.10陶瓷涂层 7.11塑料涂敷,7.1涂料与涂装技术,7.1.1涂料 7.1.2涂料成膜机理 7.1.3涂装用材料 7.1.4涂装工艺与设备 7.1.5几种典型产品的涂装 7.1.6涂装质量评价 7.1.7发展趋势,涂料：以前通称为“油漆”，但是现在所应用的许多涂料已远远超出了油漆的范畴 涂装：涂料的施工称为涂装 1、涂料技术的进步 （1）把传统涂料进一步改性，使其防护性、工业性等进一步提高； （2）具有特殊性能的涂料新品种得到开发； （3）无有机溶剂的涂料逐年被开发； （4）新的涂装技术，如静电法、激光硬化、电子束硬化等新工业被开发2、涂料的性能及特点 （1）对机体有良好的保护作用； （2）用于装饰外观； （3）具有特殊功能的作用； （4）涂料的选材范围广、工业简单、实用性强，大部分情况下无需昂贵的涂装设备； （5）涂料工业生产流程较简单，工业设备也不复杂，在同一套设备上可生产多个品种的涂料； （5）涂料的性能评价包括很多方面。

7.1.1涂料的基本组成及其作用,一、涂料的组成1.成膜物质2.颜料3.助剂4.溶剂 二、涂料的分类和命名,3、涂料的基本组成 （1）主要成膜物质包括油料和树脂两大类 （2）次要成膜物质此种物质主要是颜料颜料的作用不仅仅是着色，还可起防锈作用和填充作用 （3）辅助成膜物质该物质包括两大类：①溶剂：如酯类、酮类、醇类等；②各种功能剂：如增韧剂、润湿剂、稳定剂、催化剂等高分子涂料成膜机理,1、涂膜形成的物理化学变化涂膜的形成过程是粘性流体经过溶剂蒸发（物理干燥）以及聚合反应（化学硬化）转变成粘弹性固体的过程 （1）交联型涂料：分子量低，化学反应，玻璃化温度低 （2）非交联型涂料：分子量高，物理变化，玻璃化温度高 （3）混合型涂料：物理变化，化学变化,2、非交联型成膜 （1）溶剂的蒸发混合溶剂：两种或两种以上的溶剂混合而成 ①理想混合系各溶剂分子间不发生作用，且以不同的速率蒸发 ②均匀混合系溶剂间发生了某种化学变化，各溶剂间不再独立蒸发2）溶液从涂料中的蒸发 第一阶段：蒸发初期，从表面层向空间扩散； 第二阶段：随涂料浓度增高，溶剂在后期涂层内部的扩散 （3）聚合物颗粒熔敷成膜 以乳胶为例说明分散体的物理熔敷成膜： Bradford等认为，成膜动力是粒子接触时表面张力促进粒子的熔敷。

下图）,,Brown认为：毛细管引起压力是重要的，压力一旦超过球体对变形的抗力就会产生熔敷右图）,综合来看，离子的接近用Brown理论解释，接触之后的熔敷以Bradford的理论解释较为合理,水,聚合物,涂膜防护机理,1、涂膜对介质的屏蔽作用涂膜的屏蔽作用主要是加大了金属表面微电池两极间的电阻它与涂料自身结构、填料种类、涂装工业以及膜厚有关涂膜的防蚀性能主要和涂膜内电解质行为有关，涂膜对电解质离子的阻力越大，防腐性能越好2、电解质对涂膜的渗透对涂膜金属的腐蚀作如下解释：涂膜因受其中所含亲水基团及水溶性成分的影响而吸水，离子便扩散于这些水分之中离子对涂膜的渗透机理，可以这样认为：水分首先从外部渗入涂膜，聚集于有羧基等亲水基团存在的地方；离子从外部向水滴扩散，然后发生离子交换；离子从一个水滴转移到另一个水滴，在涂膜内扩散涂膜之所以有可渗透性，一个重要观点认为是由于涂膜的不均匀性所造成这里的不均匀性是涂料本身的特性所决定的： （1）聚合物的交联密度不均匀； （2）颜料和成膜物的界面问题 3、防锈颜料的防蚀机理 （1）碱性颜料当水分或酸性物质通过涂膜进行渗透时，碱性颜料便将这些渗入物质中和，使涂膜和金属的界面保持微碱性，从而发挥防蚀作用。

2）可溶性颜料该颜料中用作防锈的颜料以铬酸锌等铬酸盐颜料为最多此类颜料与水分一接触，就会有铬酸银离子溶解出来，靠它的强氧化作用将金属表面钝化，从而起防蚀作用 （3）金属粉末颜料防锈颜料中广泛使用的金属颜料是锌粉铝粉也是在防蚀涂装系列中常用的颜料，但很少当作防锈颜料使用，利用其片状颜料在涂膜上平行排列的性质，可达到提高涂膜的屏蔽性能与耐候性能的目的，一般都用于中间层或面层的涂覆4、涂膜的综合防蚀作用涂料的防蚀机理大致为： （1）防止涂膜外的腐蚀介质穿透涂膜侵蚀基底； （2）依靠防锈颜料起到对腐蚀的抑制作用但实践中，这两种功能并非截然分开，而是相辅相成的涂料的分类,1、根据成膜干燥机理分类 （1）溶剂挥发类：不发生化学反应，良好修补性； （2）固化干燥类：经化学反应交联固化成膜①气干型涂料②烘烤型涂料③两罐装涂料④辐射固化涂料,2、以涂料中的主要成膜物质为基础来分类,涂装技术方法,涂料类别、代号与主要成膜物质,涂料类别、代号与主要成膜物质,涂料基本名称代号表,部分热塑性粉末涂料优缺点,热固性粉末涂料性能比较,各种涂装方法及其适用性,各种涂装方法及其适用性,粉末涂料和液体涂料的涂装性能比较,各种电泳漆主要特点,7.2粘结和粘涂,7.2.1粘结 7.2.2粘结原理 7.2.3被粘结构的表面处理 7.2.4主要胶粘剂 7.2.5胶粘剂的应用 7.2.6粘涂技术,1、概念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。

2、胶粘剂的分类胶粘剂是由基料、固化剂、填料、增韧剂、稀释剂及其他辅助配料配合而成的胶粘剂的分类,胶粘剂分类,3、粘结原理粘结主要包括表面浸润、粘结剂分子向被粘物工件表面移动、扩散和浸透、胶粘剂和被粘物形成物理和机械结合等粘结有许多理论，如浸润理论，溶解度参数理论、机械理论，吸附理论、扩散理论等现以溶解度参数理论为例，作一扼要的说明粘结两相混合前后的吉布斯自由能变化ΔG是负的话，混合可以自发进行，即ΔG= ΔH-T ΔS≤0 ΔH 和ΔS分别为混合前后焓与熵的变化；T为混合时的温度高分子与高分子混合时ΔS很小，为了ΔG≤0，就要使ΔH尽可能小通过理论推算可得： ΔH=Vmφ1φ2z(б1-б2)2通常ΔH≥0，当б1=б2时， ΔH达极小值，也就是说粘结剂与被粘物的溶解度参数之差接近零时，粘结强度较高4、被粘物的表面处理目前表面处理的方法很多，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5、胶粘剂的应用 （1）机械工业 （2）电子电器工业 （3）汽车工业 （4）航空宇航工业 （5）纺织工业 （6）木材工业 （7）医疗卫生业,表面黏涂技术是指以高分子聚合物与功能填料（如石墨、二硫化钼、金属粉末、陶瓷粉末和纤维）组成的复合材料胶黏剂涂敷于零件表面，实现特定用途（如耐磨、抗蚀、绝缘、导电、保温、防辐射等）的一种表面工程技术。

表面黏涂技术是黏结技术的一个新分支表面黏涂技术,1952年，美国贝尔佐纳分子公司建立，其黏涂产品首先应用与化工设备腐蚀后的修复之后，国外相继研制出各种黏涂层，主要用于密封、堵漏、抗腐蚀及抗磨损等工况，并在铸造、铁路、电子等各种行业获得应用德国研制的爱司凯西（SKC）及钻石（DIAMANT）两大系列冷黏耐磨涂层应用于重型龙门铣床的工作台导轨、横梁导轨、液压活塞等部件上，瑞士的麦卡太克（MeCaTec）10号和12号用于修复严重冲蚀磨损的水轮机叶片我国在70年代开始引进德国涂层技术，主要应用于机床导轨的制造和维修中，进入80年代，表面粘土技术在我国迅速发展，开发研制出了自己的系列产品，使黏涂技术在机械设备的制造与维修等方面获得了广泛应用广州机床研究所研制的HNT环氧耐磨涂层材料用于机床导轨或其他摩擦面；襄樊市胶黏技术研究所研制的AR-4、AR-5，装甲兵工程学院研制的TG系列超金属修补剂都广泛应用于机械零件耐磨损和耐腐蚀修复及预保护处理等领域表面黏涂技术特点 a）它适用于各种不同种类和性能的材料，如金属、陶瓷、塑料、木材、橡胶等材料表面均可进行黏涂；b）通过选用功能性黏涂剂可获得各种特殊性能的黏涂层，如耐磨涂层、润滑涂层、防腐涂层、导磁涂层、隔热涂层等；c）黏涂是通过胶黏剂均匀分布于被黏涂表面，应力分布均匀，在承受振动和反复负荷作用时，涂层具有良好的抗疲劳性能； d）工艺简单，不会使零件产生受热变质和变形，可以用来修补有爆炸危险（如井下设备、贮油、贮气管道）的失效零件；e）安全可靠，又无需专门设备，现场作业，节省工时，在不停产条件下就能进行施工。

2、表面黏涂层的组成表面黏涂层一般由黏料、固化剂和具有一定特性的填料及辅助材料组成 （1）黏料黏料或称基料，种类很多，其中在表面黏涂层中应用较多的是具有三向交联结构、耐热、耐水、耐介质性好的黏料 （2）固化剂固化剂的作用是与黏料发生化学反应，形成网状立体聚合物，把填料包络在网状之中，形成三向交联结构3）功能填料功能填料在黏涂层中起着重要作用，如抗磨、减摩、耐蚀、绝缘、导电等 （4）辅助材料辅助材料包括增塑剂、增韧剂、稀释剂、固化促进剂、防老化剂等，其作用是改善涂层性能3、表面黏涂工艺表面黏涂工艺通常包括以下几个步骤： （1）初清洗 （2）预加工 （3）最后清洗及活化处理 （4）配胶 （5）黏涂涂层 （6）固化 （7）修整、清理或后加工,表面黏涂技术的局限性,a）表面黏涂层在潮湿、冷热交变、冲击条件下，以及其他复杂环境条件下的工作寿命有限； b）有机胶黏剂构成的表面黏涂层耐温性不高，一般不超过350℃，无机胶黏剂可耐1000℃，陶瓷胶黏剂可耐2000℃的高温，但都比较脆；c）表面涂层有较高的抗拉、剪切强度，但抗剥离强度较低； d）使用有机胶黏剂，尤其是溶剂型胶黏剂存在易燃、有毒等安全和环境问题。

例：纳米胶黏剂修复管道泄漏,a.取一厚度5mm以上钢板，根据泄漏点位置钻孔b.将双组分纳米胶黏剂按产品说明书进行配制，充分调匀 c.将钢板内壁和泄漏点周围均匀涂敷纳米胶黏剂，板上螺孔对准泄漏点时，迅速将其黏到管道上,d.待纳米胶黏剂固化后，将螺钉涂敷纳米胶黏剂后，带压堵上螺孔e.堵漏处加固补强粘涂技术的工艺流程图,6黏涂层的形成与结合,黏结是借助于胶黏剂在固体表面产生的黏结力将不同或同种材料连接在一起的过程 分为结构黏结和非结构黏结（表面黏涂） 6.1黏结基本条件 1)胶黏剂必须是容易流动的液态物质 2)胶黏剂对被黏结表面的润湿 3)润湿过程的三种类型 黏附润湿θ≤180度 浸湿θ≤90度 铺展润湿θ=0或不存在 4)固体表面的润湿 表面张力越大，越易被一些液体润湿 黏结力的形成 主价键力 次价键力 机械结合力 界面静电引力 扩散结合力,6.2黏结现象的各种理论解释 吸附理论 扩散理论 静电理论 6.3黏涂层的形成机理 表面黏涂层一般由黏料、固化剂和具有一定特性的填料和辅助材料组成以有机高分子黏料为基的胶粘剂制备的黏涂层和有机高分子涂料制备的涂膜，成膜机理本质上没有区别高分子涂层的形成过程是黏性流体通过化学方法和物理方法转变成黏弹性固体的过程。

高分子黏涂层的成膜主要依靠黏料和固化剂发生反应，形成网状体型结构产物，将胶黏剂的各组分包括在网状体中，形成固化物涂层,6.4黏结强度的影响因素与控制,被黏物表面状态 1)被黏结表面的清洁程度 2)表面粗糙度 3)表面预处理 黏结体系的内应力 产生原因：胶黏剂在固化过程中体积收缩产生收缩应力 热膨胀系数不同产生内应力 裂缝和气泡也会导致内应力产生和应力集中 内应力主要存在于界面区且分布不均匀 弱界面层 胶黏剂、被黏物、环境介质如空气、水分、油污以及其他低分子物质彼此共同作用 降低黏结强度 工艺条件 胶黏剂的组成及性质 相对分子质量及其分布 结晶度 聚合物分子的极性 固化剂等的加入量,7.3堆焊,7.3.1堆焊层的形成及控制 7.3.2堆焊方法与设备选择 7.3.3堆焊材料及其应用,堆焊是焊接的一个分支，是金属晶内结合的一种熔化焊接方法但它与一般焊接不同，不是为了连接零件，而是用焊接的方法在零件的表面堆敷一层或数层具有一定性能材料的工艺过程其目的在于修复零件或增加其耐磨、耐热、耐蚀等方面的性能,。