《表面涂敷技术》PPT课件.ppt

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1、第五章第五章 表面涂敷技术表面涂敷技术5.1 涂料与涂装涂料与涂装5.2 粘涂粘涂5.3 热喷涂热喷涂5.4 热浸镀热浸镀表面涂敷技术：将涂料通过各种方法涂布于材料表面。表面涂敷技术：将涂料通过各种方法涂布于材料表面。5.1 5.1 涂料与涂装涂料与涂装 将将有有机机涂涂料料通通过过一一定定方方法法涂涂覆覆于于材材料料或或制制件件表表面面，形形成成涂涂膜膜的的全全部部工工艺过程，称为艺过程，称为涂装涂装。涂涂装装用用的的有有机机涂涂料料是是涂涂于于材材料料或或制制件件表表面面而而能能形形成成具具有有保保护护、装装饰饰或或特特殊殊性性能能(如如绝绝缘缘防防腐腐、标标志志等等)固固体体涂涂膜膜的的

2、一一类类液液体体或固体材料之总称。或固体材料之总称。一、涂料一、涂料 涂料的主要组成涂料的主要组成 清清漆漆：不不含含颜颜料料的的透透明明漆漆，由由树树脂脂、溶溶剂剂及及催催干干剂剂制成的涂料。制成的涂料。厚厚漆漆：由由干干性性油油、颜颜料料混混合合而而成成的的涂涂料料。使使用用时时用用清清油油调调到到合合适适粘粘度度。该该漆漆干干燥燥慢慢、漆漆膜膜软软，炎炎热热潮潮湿湿天气有反粘现象。天气有反粘现象。调调合合漆漆：已已调调制制好好，不不用用加加任任何何材材料料即即可可使使用用的的涂涂料，分油性调和漆和磁性调和漆两种。料，分油性调和漆和磁性调和漆两种。磁磁漆漆(树树脂脂漆漆)：用用清清漆漆与与

3、着着色色颜颜料料调调配配的的色色漆漆，有有酚醛磁漆、醇酸磁漆等。酚醛磁漆、醇酸磁漆等。常用涂料（油漆）常用涂料（油漆）烘漆烘漆(烤漆烤漆)：涂于基体后需经烘烤才能干燥成膜的漆。：涂于基体后需经烘烤才能干燥成膜的漆。水溶漆、乳胶漆水溶漆、乳胶漆：可用水作稀释剂的涂料。水溶漆是以水溶：可用水作稀释剂的涂料。水溶漆是以水溶 性树脂为主要成分的漆；乳胶漆是以乳胶性树脂为主要成分的漆；乳胶漆是以乳胶(合成树脂合成树脂)为主要为主要 成分的漆。成分的漆。大漆大漆(天然漆天然漆)：特点是漆膜耐久性、耐酸性、耐油性、耐水：特点是漆膜耐久性、耐酸性、耐油性、耐水 性、性、光泽性均较好。光泽性均较好。底漆底漆：直

4、接涂于基体表面作为面漆基础的涂料，有环氧底漆、：直接涂于基体表面作为面漆基础的涂料，有环氧底漆、酚醛底漆等。酚醛底漆等。腻子腻子：由各种填料加入少量漆料配制的糊状物。主要用于底：由各种填料加入少量漆料配制的糊状物。主要用于底 漆前，使基体表面平整。漆前，使基体表面平整。使使涂涂料料在在被被涂涂的的表表面面形形成成涂涂膜膜的的全全部部工工艺过程称为艺过程称为涂装工艺涂装工艺。涂装工艺的一般工序如下：涂装工艺的一般工序如下：涂前表面预处理涂前表面预处理 涂布涂布 干燥固化干燥固化二、涂装工艺二、涂装工艺清除工件表面的各种污垢；清除工件表面的各种污垢；对清洗过的金属工件进行各种化学处理，以提对清洗过

5、的金属工件进行各种化学处理，以提高涂层的附着力和耐蚀性；高涂层的附着力和耐蚀性；若前道切削加工未能消除工件表面的加工缺陷若前道切削加工未能消除工件表面的加工缺陷和得到合适的表面粗糙度，则在涂前要用机械和得到合适的表面粗糙度，则在涂前要用机械方法进行处理。方法进行处理。（一）涂前表面预处理（一）涂前表面预处理1.一般涂装方法一般涂装方法2.包括刷涂、淋涂、压缩空气喷涂、高包括刷涂、淋涂、压缩空气喷涂、高压无空气喷涂等。压无空气喷涂等。2.静电涂装法静电涂装法 3.电泳涂装法电泳涂装法（二）涂布（二）涂布几种常用涂装工艺几种常用涂装工艺 利利用用低低压压(0.4-0.6 MPa)压压缩缩空空气气带

6、带动动高高压压泵泵，将将涂涂料料加加压压 到到10-20 MPa的压力，经高压喷枪的特殊喷嘴喷出形成涂层。的压力，经高压喷枪的特殊喷嘴喷出形成涂层。特点：没有一般压缩空气喷涂时的涂料微粒回溅及漆雾飞扬特点：没有一般压缩空气喷涂时的涂料微粒回溅及漆雾飞扬 现象；生产率高，比压缩空气喷涂提高几倍至几十倍。现象；生产率高，比压缩空气喷涂提高几倍至几十倍。适宜喷涂高粘度涂料，一次可获适宜喷涂高粘度涂料，一次可获100-300 mm厚度涂层。厚度涂层。高压无气喷涂高压无气喷涂 用用静静电电喷喷枪枪使使油油漆漆雾雾化化并并带带上上正正电电荷荷，与与接接地地的的工工件件间间形形 成成高高压压静静电电场场，静

7、静电电引引力力使使漆漆膜膜沉沉积积在在工工件件表表面面形形成成均均匀匀 漆膜。漆膜。静电喷涂比普通喷涂生静电喷涂比普通喷涂生 产率高，成膜质量好。产率高，成膜质量好。静静电电喷喷涂涂常常用用于于大大批批大大量量生生产产中中汽汽车车、自自行行车车、家家用用机机电电 设备的自动生产线上。设备的自动生产线上。静电喷涂静电喷涂大致分成以下种成膜类型：大致分成以下种成膜类型：（三）干燥固化（三）干燥固化 涂料主要靠溶剂蒸发以及熔融、缩合、涂料主要靠溶剂蒸发以及熔融、缩合、聚合等物理或化学作用而成膜。聚合等物理或化学作用而成膜。1.非转化型非转化型2.转化型转化型3.混合型混合型 用用胶胶粘粘剂剂将将各各

8、种种材材料料或或制制件件连连结结成成为为一一个个牢固整体的方法，称为牢固整体的方法，称为粘结粘结或或粘合粘合。5.2 5.2 粘结与粘涂粘结与粘涂一、粘结一、粘结 粘粘涂涂技技术术作作为为粘粘结结技技术术的的一一个个分分支支，是是将将特特种种功功能能的的胶胶粘粘剂剂（通通常常是是在在胶胶粘粘剂剂中中加加入入有有机机或或无无机机填填料料，如如二二硫硫化化钼钼、金金属属粉粉末末、陶陶瓷瓷粉粉末末和和树树脂脂粉粉末末）直直接接涂涂敷敷于于材材料料表表面面，使使之之具具有有耐耐磨磨、耐耐蚀蚀、耐耐热热、绝绝缘缘、导电、导磁、防辐射导电、导磁、防辐射等功能的一项新技术等功能的一项新技术。主主要要用用于于

9、零零件件的的表表面面强强化化与与修修复复，也也可可使使其其获获得得某种特殊功能。某种特殊功能。二、粘涂二、粘涂 粘涂的一般粘涂的一般工艺过程工艺过程：表表面面预预处处理理（清清洗洗、粗粗化化、活活化化）配配胶胶 涂涂敷敷（刮刮涂涂法法、刷刷涂涂法法、模模压压法法等等）固固化化（室室温温或或加加热热固固化化）后后处处理理（如如清清理理、修修整或表层机械切削、磨削加工）整或表层机械切削、磨削加工）热热喷喷涂涂技技术术是是采采用用气气体体、液液体体燃燃料料或或电电弧弧、等等离离子子弧弧、激激光光等等作作热热源源，使使金金属属、合合金金、金金属属陶陶瓷瓷、氧氧化化物物、碳碳化化物物、塑塑料料以以及及它

10、它们们的的复复合合材材料料等等喷喷涂涂材材料料加加热热到到熔熔融融或或半半熔熔融融状状态态，通通过过高高速速气气流流使使其其雾雾化化，然然后后喷喷射射、沉沉积积到到经经过过预预处处理理的的工工件件表表面面，从从而而形形成成附附着着牢牢固固的的表表面层的加工方法。面层的加工方法。5.3 5.3 热喷涂热喷涂热喷涂原理图热喷涂原理图使使零零件件表表面面获获得得各各种种不不同同的的性性能能，如如耐耐磨磨、耐耐热热、耐耐腐腐蚀蚀、抗氧化、润滑等。抗氧化、润滑等。工工艺艺灵灵活活。从从小小到到10 mm的的内内孔孔到到大大型型构构件件的的表表面面都都可可以以进行喷涂；既可以在室内工作，也可以在野外进行。

11、进行喷涂；既可以在室内工作，也可以在野外进行。应应用用广广泛泛。可可以以在在许许多多材材料料表表面面上上进进行行喷喷涂涂，如如金金属属、合合金、陶瓷、水泥、塑料、石膏、木材等。金、陶瓷、水泥、塑料、石膏、木材等。涂层厚度可以控制涂层厚度可以控制，从几十，从几十m到几厘米。到几厘米。可可喷喷涂涂的的材材料料多多，如如金金属属、合合金金、金金属属陶陶瓷瓷、氧氧化化物物、碳碳化物、塑料以及它们的复合材料。化物、塑料以及它们的复合材料。生成效率高生成效率高，每小时可喷涂数，每小时可喷涂数 kg喷涂材料。喷涂材料。工工件件受受热热温温度度在在250 以以下下，不不会会发发生生畸畸变变或或改改变变淬淬火火

12、组组织织。热喷涂的特点热喷涂的特点 热喷涂方法分类热喷涂方法分类按按所所用用热热源源分分类类按按涂层加热和结合方式涂层加热和结合方式分：分：u 喷涂喷涂：涂层与基体形成机械结合，基体不：涂层与基体形成机械结合，基体不需熔化。需熔化。u 喷熔喷熔：涂层经再加热重熔，涂层与基体互：涂层经再加热重熔，涂层与基体互溶并扩散形成冶金结合。溶并扩散形成冶金结合。热喷涂表面修复热喷涂表面修复喷涂合金层喷涂合金层喷涂耐磨陶瓷喷涂耐磨陶瓷热喷涂陶瓷热喷涂陶瓷热喷涂设备热喷涂设备喷涂材料被加热达到喷涂材料被加热达到熔化或半熔化状态熔化或半熔化状态；融融滴滴雾雾化化阶阶段段：喷喷涂涂材材料料熔熔化化后后，在在高高速

13、速气气流流的的作作用用下下，熔滴被击碎成小颗粒呈雾状；熔滴被击碎成小颗粒呈雾状；飞飞行行阶阶段段：细细小小的的雾雾状状颗颗粒粒在在气气流流的的推推动动下下向向前前飞飞行行，颗粒获得一定的动能；颗粒获得一定的动能；在在产产生生碰碰撞撞瞬瞬间间，颗颗粒粒的的动动能能转转化化成成热热能能付付予予基基材材，并并沿沿预预处处理理的的凹凹凸凸不不平平表表面面产产生生变变形形，变变形形的的颗颗粒粒迅迅速速冷冷凝并产生收缩，呈扁平状粘结在基材表面。凝并产生收缩，呈扁平状粘结在基材表面。一、热喷涂基本原理一、热喷涂基本原理（一）涂层形成过程和形成原理（一）涂层形成过程和形成原理涂层形成分四个阶段涂层形成分四个阶

14、段 热热喷喷涂涂过过程程中中，最最先先冲冲击击到到工工件件表表面面的的颗颗粒粒变变形形为为扁扁平平状状，与工件表面凹凸不平处产生机械咬合。与工件表面凹凸不平处产生机械咬合。后后来来的的颗颗粒粒打打在在先先行行颗颗粒粒的的表表面面上上也也变变为为扁扁平平状状，并并产产生生机机械结合，逐渐堆积成涂层。械结合，逐渐堆积成涂层。（二）涂层的结构与特性（二）涂层的结构与特性喷涂层结构示意图喷涂层结构示意图1.涂涂层层的的层层状状结结构构：由由大大量量相相互互平平行行的的碟碟形形粒粒子子互互相相粘结而成；粘结而成；2.涂涂层层的的多多孔孔结结构构（孔孔隙隙率率最最高高达达25%）：因因粒粒子子碰碰撞、变形

15、和冷凝等过程的时间极短，；撞、变形和冷凝等过程的时间极短，；3.涂涂层层中中存存在在氧氧化化物物/氮氮化化物物夹夹杂杂：因因与与空空气气接接触触而而造造成，其数量取决于热源、材料和喷涂条件；成，其数量取决于热源、材料和喷涂条件；4.涂层的涂层的各向异性各向异性：层状结构导致了各向异性。：层状结构导致了各向异性。5.涂涂层层中中存存在在残残余余应应力力：涂涂层层外外层层受受拉拉应应力力；基基体体，有时也包括涂层的内层受压应力。有时也包括涂层的内层受压应力。6.当涂层较厚或收缩率较高时，涂层中会产生当涂层较厚或收缩率较高时，涂层中会产生裂纹裂纹。涂层的结构特点涂层的结构特点u 涂涂层层的的结结构构

16、是是被被微微细细氧氧化化物物和和孔孔洞洞层层错错分分隔隔的的系系列薄片材料的堆积层。列薄片材料的堆积层。u 涂涂层层经经过过适适当当的的处处理理后后，其其结结构构会会发发生生变变化化。例例如如：涂涂层层经经过过重重熔熔处处理理，就就会会消消除除涂涂层层中中的的氧氧化化物物夹夹杂杂和和孔孔隙隙，层层状状结结构构成成为为均均质质结结构构，涂涂层层与与基体表面的结合状态也会发生变化。基体表面的结合状态也会发生变化。1.机机械械结结合合：熔熔融融状状态态的的喷喷涂涂粒粒子子在在与与基基本本表表面面碰碰撞撞时时，其其变变形形粒粒子子与与基基体体表表面面的的凹凹凸凸粗粗糙糙面面机机械械地地咬咬合合“抛锚效

17、应抛锚效应”。2.物物理理结结合合：涂涂层层与与基基体体表表面面的的粘粘附附是是由由范范德德华华力力或或次次价价键键所所引引起起的的。范范德德华华力力是是中中性性原原子子或或分分子子之之间间的的结结合力。合力。3.化化学学或或显显微微冶冶金金结结合合：当当基基体体表表面面被被高高温温微微粒粒熔熔化化并并与与它它们们发发生生反反应应而而形形成成金金属属间间化化合合物物时时，涂涂层层和和基基体体表表面面的的结结合合为为化化学学结结合合。当当喷喷涂涂粒粒子子与与基基体体表表面面原原子子形成相互扩散时，就称为形成相互扩散时，就称为显微冶金结合显微冶金结合。涂层的结合机理涂层的结合机理 结合强度低；结合

18、强度低；良好的贮油和减摩性能；良好的贮油和减摩性能；涂层的抗拉强度一般比基体低；涂层的抗拉强度一般比基体低；硬度取决于喷涂材料、方法及工艺；硬度取决于喷涂材料、方法及工艺；涂层强度低、硬而脆；涂层强度低、硬而脆；机加工性能差。机加工性能差。涂层的性能特点涂层的性能特点二、热喷涂材料二、热喷涂材料热喷涂材料按用途分类热喷涂材料按用途分类热喷涂工艺过程热喷涂工艺过程：表面预处理（脱脂去油、除锈、表面粗化）表面预处理（脱脂去油、除锈、表面粗化）预热预热 喷底层（或过渡层）喷底层（或过渡层）喷工作层喷工作层 后处理（如重熔、封闭等）后处理（如重熔、封闭等）三、热喷涂工艺三、热喷涂工艺u 火火焰焰喷喷涂

19、涂：利利用用各各种种可可燃燃烧烧气气体体放放出出的的热热进进行行的的热热喷喷涂涂称称火火焰焰喷喷涂涂。目目前前应应用用最最广广泛泛的的气气体体是是氧氧、乙炔乙炔。u 电弧喷涂电弧喷涂u 等离子喷涂等离子喷涂（二）常用的热喷涂技术（二）常用的热喷涂技术以以氧氧乙乙炔炔火火焰焰作作为为热热源源，把把喷喷涂涂的的线线材材或或棒棒材材以以一一定定的的方方式式送送到到火火焰焰区区加加热热熔熔化化，借借助助压压缩缩空空气气使其雾化成颗粒，喷射到基体表面形成涂层。使其雾化成颗粒，喷射到基体表面形成涂层。1.空气通道 2.燃料气体3.氧气4.线材或棒材5.空气罩6.气体喷嘴7.燃烧气体8.熔融材料9.喷涂束流

20、火焰喷射枪剖面图124356789气体火焰线材喷涂气体火焰线材喷涂 以以氧氧乙乙炔炔焰焰为为热热源源，借借助助高高速速气气流流将将喷喷涂涂粉粉末末吸吸入入或或火火焰焰区区，加加热热到到熔熔融融或或高高塑塑性性状状态态，喷射到粗糙的工件表面形成涂层。喷射到粗糙的工件表面形成涂层。气体火焰粉末喷涂气体火焰粉末喷涂火焰喷涂喷枪火焰喷涂喷枪火火焰焰喷喷涂涂l.喷熔原理喷熔原理 喷喷熔熔(或或喷喷焊焊)也也是是利利用用氧氧-乙乙炔炔焰焰作作热热源源，用用专专用用喷喷枪枪把把合合金金粉粉末末加加热热到到熔熔化化状状态态后后喷喷到到经经预预处处理理的的零零件件表表面上，再用火焰使涂层重新熔化后熔焊在零件表面

21、上。面上，再用火焰使涂层重新熔化后熔焊在零件表面上。2.喷熔工艺过程喷熔工艺过程 零零件件喷喷熔熔前前的的预预处处理理只只需需将将零零件件表表面面清清洁洁和和进进行行预预热热,预热温度为预热温度为200-250。一步法喷熔一步法喷熔两步法喷熔两步法喷熔 粉末火焰喷熔粉末火焰喷熔电弧喷涂示意图电弧喷涂示意图 电电弧弧喷喷涂涂的的基基本本原原理理是是将将两两根根被被喷喷涂涂的的金金属属丝丝作作自自耗耗性性电电极极，连连续续送送进进的的两两根根金金属属丝丝分分别别与与直直流流的的正正负负极极相相连连接接。在在金金属属丝丝端端部部短短接接的的瞬瞬间间，由由于于高高电电流流密密度度，使使两两根根金金属属

22、丝丝间间产产生生电电弧弧，将将两两根根金金属属丝丝端端部部同同时时熔熔化化，在在电电源源作作用用下下，维维持持电电弧弧稳稳定定燃燃烧烧；在在电电弧弧发发射射点点的的背背后后由由喷喷嘴嘴喷喷射射出出的的高高速速压压缩缩空空气气使使熔熔化化的的金金属属脱脱离离金金属属丝丝并并雾雾化化成成微粒，在高速气流作用下喷射到基材表面而形成涂层。微粒，在高速气流作用下喷射到基材表面而形成涂层。与火焰喷涂相比具有如下优点与火焰喷涂相比具有如下优点：热效率高，热效率高，60%-70%；生生成成效效率率高高，电电弧弧喷喷涂涂时时两两根根丝丝同同时时给给进进，所所以以喷喷涂涂效率高，电弧喷涂的速度是火焰喷涂的三倍以上

23、；效率高，电弧喷涂的速度是火焰喷涂的三倍以上；喷涂成本低；喷涂成本低；涂层结合强度高；涂层结合强度高；可可以以制制备备假假合合金金涂涂层层，只只需需利利用用两两根根成成分分不不同同的的金金属属丝便可制备假合金涂层，获得一些特殊的功能。丝便可制备假合金涂层，获得一些特殊的功能。电弧喷涂电弧喷涂 等等离离子子喷喷涂涂法法是是利利用用等等离离子子焰焰的的热热能能将将引引入入的的喷喷涂涂粉粉末末加加热热到到熔熔融融或或半半熔熔融融状状态态，并并在在高高速速等等离离子子焰焰的的作作用用下下，高高速速撞撞击击工工件件表表面面，并并沉沉积积在经过粗糙处理的工件表面形成很薄的涂层。在经过粗糙处理的工件表面形成

24、很薄的涂层。涂层与母材的结合主要是涂层与母材的结合主要是机械结合机械结合。防防腐腐蚀蚀：主主要要用用于于大大型型水水闸闸钢钢闸闸门门、造造纸纸机机烘烘缸缸、煤煤矿矿井井下下钢钢结结构构、高高压压输输电电铁铁塔塔、电电视视台台天天线线、大大型型钢钢桥桥梁梁、化工厂大罐和管道的防腐喷涂。化工厂大罐和管道的防腐喷涂。防防磨磨损损：通通过过喷喷涂涂修修复复已已磨磨损损的的零零件件，或或在在零零件件易易磨磨损损部部位位预预先先喷喷涂涂上上耐耐磨磨材材料料。如如风风机机主主轴轴、高高炉炉风风口口、汽汽车车曲曲轴轴、机机床床主主轴轴、机机床床导导轨轨、柴柴油油机机缸缸套套、油油田田钻钻杆杆、农农用机械刀片等

25、。用机械刀片等。特特殊殊功功能能层层：通通过过喷喷涂涂获获得得表表层层某某些些特特殊殊性性能能，如如耐耐高高温温、隔隔热热、导导电电、绝绝缘缘、防防幅幅射射等等，在在航航空空航航天天和和原原子子能能等部门应用较多。等部门应用较多。四、热喷涂的应用四、热喷涂的应用热喷涂技术在曲轴等轴类零件中的应用热喷涂技术在曲轴等轴类零件中的应用热喷涂技术在曲轴等轴类零件中的应用热喷涂技术在曲轴等轴类零件中的应用热喷涂技术在曲轴等轴类零件中的应用热喷涂技术在曲轴等轴类零件中的应用热喷涂技术在曲轴等轴类零件中的应用热喷涂技术在曲轴等轴类零件中的应用热喷涂技术在曲轴等轴类零件中的应用热喷涂技术在曲轴等轴类零件中的应用热喷涂技术在船舶尾轴耐磨衬套中的应用热喷涂技术在船舶尾轴耐磨衬套中的应用热喷涂技术在船舶钢结构中的应用热喷涂技术在船舶钢结构中的应用 1.一一般般的的热热喷喷涂涂涂涂层层，涂涂层层结结合合强强度度及及密密度度受受到到一一定限制定限制(10N/mm2100 N/mm2)；2.对于喷涂面积小的工件，对于喷涂面积小的工件，沉积效率低沉积效率低，不经济；，不经济；3.一一般般喷喷涂涂方方法法操操作作环环境境较较恶恶劣劣，要要求求采采取取劳劳动动保保护和环境保护措施；护和环境保护措施；4.难以难以对涂层质量进行对涂层质量进行非破坏性检查非破坏性检查。热喷涂的局限性热喷涂的局限性