现代表面技术5-表面涂覆技术

1第五章表面涂覆技术第一节涂料与涂装第二节粘结与粘涂第三节堆焊第四节热喷涂第五节电火花表面涂敷第六节熔结第七节热浸镀第八节搪瓷涂敷第九节陶瓷涂层第十节塑料涂敷（又称涂塑或喷塑）2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、橡胶涂料等18大类，但其物质组成一般分为成膜物质、颜料、溶剂、助剂四个部分，见下图所示。3涂料的组成涂料成膜物质天然树脂天然油脂合成树脂颜料（着色颜料、防锈颜料等）溶剂（有机或水）助剂（固化剂、催干剂等）图.涂料组成4二、涂料的分类涂料种类多达几千种，用途各异，存在着多种分类方法。一般有以下两种。1.根据成膜干燥机理分类根据成膜干燥机理可将涂料分为两大类：(1)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，如硝基漆、乙烯漆类。(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。52.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。6表5.1成膜物质分类及命名代号序号成膜物质类别命名代号主要成膜物质1油脂Y天然植物油、鱼油、合成油等2天然树脂T松香及其衍生物、虫胶、乳酪素动物胶、大漆及其衍生物等3酚醛树脂F酚醛树脂、改性酚醛树脂、二甲苯树脂4沥青L天然沥青、煤焦沥青、硬脂酸沥青、石油沥青5醇酸树脂C甘油醇酸树脂、改性醇酸树脂、季戊四醇及其它醇类的醇酸树脂等6氨基树脂A脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂7硝基纤维素Q硝基纤维素、改性硝基纤维素8纤维酯、纤维醚M乙酸纤维、苄基纤维、乙基纤维、羟甲基纤维、乙酸丁酸纤维等9过氯乙烯树脂G过氯乙烯树脂、改性过氯乙烯树脂10烯类树脂X聚二乙烯基乙炔树脂、聚乙烯共聚树脂、聚醋酸乙烯及其共聚物、聚乙烯醇缩醛树脂、聚苯乙烯树脂、含氟树脂等11丙烯酸树脂B丙烯酸树脂、丙烯酸共聚树脂及其改性树脂12聚酯树脂Z饱和聚酯树脂、不饱和聚酯树脂13环氧树脂H环氧树脂、改性环氧树脂14聚氨基甲酸酯S聚氨基甲酸酯15元素有机聚合物W有机硅、有机钛、有机铝16橡胶J天然橡胶及其衍生物、合成橡胶及其衍生物17其它E以上16类以外的成膜物质，如无机高分子材料（请见课本老书P107页表5－1新书P149页表7－1）7三、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，全命＝颜料或颜色名称＋成膜物质名称＋基本名称例如，红醇酸磁漆、锌黄酚醛防锈漆。8四、常用涂料的性能1.酚醛树脂涂料本类涂料可分为两类：(1)改性酚醛树脂涂料以松香改性酚醛树脂涂料为主，特点是干得快，耐水、耐久，价格低廉，广泛用作建筑和家用涂料。(2)纯酚醛树脂涂料由纯酚醛树脂和植物油熬制而成，耐水性、耐化学腐蚀性、耐候性、绝缘性都非常优异，多用于船舶、机电产品等。2.醇酸树脂涂料由多元醇、多元酸和脂肪酸经缩聚而得到的一种特殊的聚酯树脂。此涂料成膜后具有良好的柔韧性、附着力和强度，颜料、填料能均匀分散，颜色均匀，遮盖力好等优点。缺点是耐水性较差。这类涂料的产量在我国涂料中居首位，使用面极广。93.氨基树脂涂料主要有以下四种涂料：(1)氨基醇酸烘漆目前应用最广的工业用漆。其成膜温度低，时间短，具有良好的耐化学药品性，不易燃烧，绝缘好。(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，但是耐温度和耐水性较差，主要用于木材、家具等涂装。(3)氨基树脂改性的硝化纤维素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。104.丙烯酸树脂涂料丙烯酸树脂是由丙烯酸或其酯类或（和）甲基丙烯酸酯单体经加聚反应而成，有时还用其它乙烯系单体共聚而成。这类涂料可分热塑性和热固性两类。共同点是：涂膜高光泽，耐紫外线照射，长期保持色泽和光亮，耐化学药品和耐污性较好。它们用途广泛，如轿车、冰箱、仪器仪表等。5.聚氨基甲酸酯涂料这类涂料成膜后坚硬耐磨，附着力好，防腐性能特别好。广泛用于化工、石油、航空、机车、木器、建筑等，兼作防护与装饰之用。11五、紫外光固化涂料1、特点紫外光固化涂料是在250nm～450nm波长紫外光的作用下进行固化的一类涂料。固化温度低；速度快；固化时间可小于1s至10s；成膜能力强，可一次施涂达到膜厚要求，操作管理简单，可靠性好，不需要预热和保温，适宜于自动流水线作业，消耗能源约为热固化的1/10;涂膜性能好，固化时几乎无溶剂挥发。体积收缩很小，真空状态下性能优良。由于大多数着色颜料对紫外光的透过率低，难于制成色漆，所以目前已工业化的光固化涂料多为清漆。2、组成光固化涂料主要由光敏剂、光敏树脂和活性稀释剂等组成，此外还加入流平剂、稳定剂、促进剂、染料、颜料等。12六、涂装工艺使涂料在被涂的表面形成涂膜的全部工艺过程成为涂装工艺。具体的涂装工艺主要根据工件的材质、形状、使用要求、涂装用工具、涂装时的环境、生产成本等加以合理选用。涂装工艺的一般工序是：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。13七、涂料成膜机理涂料首先是一种流动的液体，在基材表面涂布完成之后形成一层坚韧的薄膜，这个过程是玻璃化温度不断升高的过程。不同形态和组成的涂料有不同的成膜机理，这由涂料中的成膜物质性质决定。根据涂料成膜物质的性质，涂料成膜方式可以分为两大类：由非转化型成膜物质组成的涂料以物理方式成膜；由转化型成膜物质组成的涂料以化学方式成膜。1.物理成膜方式依靠涂料内的溶剂或分散剂的直接挥发或聚合物粒子凝聚得到涂膜的过程称为物理成膜方式。物理成膜方式具体包括溶剂挥发成膜方式和聚合物凝聚成膜方式两种。142.化学成膜方式化学成膜指在加热或其它条件下，使涂敷在基材表面上的低分子量聚合物成膜物质发生交联反应，生成高聚物，获得坚韧涂膜的过程。为了使涂膜中的结构交联，将未交联的线型聚合物，或者轻度支链化的聚合物溶于溶剂中配成涂料，然后在涂敷成膜后发生交联。另外可以用简单的低分子化合物配成涂料，待涂成膜后再令其发生交联反应。因此，根据不同的过程将化学成膜机理分为两类：漆膜的直接氧化，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。15涂装线示例16第二节粘结与粘涂一、粘结粘结或粘合－用胶粘剂将各种材料或制件连接成为一个牢固整体的方法。1、粘结剂的组成粘结剂又称粘合剂，俗称胶。它由基料、固化剂、填料和辅助材料配合而成。2、粘结剂的分类按照不同的分类标准，粘结剂有不同的类型。粘结剂具体分类如图7.2所示17胶粘剂的分类按基料分无机粘结剂有机粘结剂天然粘结剂合成粘结剂按物理形态分胶液（包括溶液、乳液、无溶剂液体）胶糊（糊状）胶粉胶棒胶膜其它形态的胶按固化方式分水基蒸发型溶剂挥发型热熔型化学反应型压敏型按受力情况分结构粘结剂（能传递较大的力）非结构粘结剂（不能传递较大的力）按用途分（包括各种材料、制件、产品以及特种功能用胶）粘结剂18二、粘结原理粘结是一个复杂的过程，主要包括表面润湿、粘结剂分子向被粘物工件表面移动、扩散和渗透、粘结剂与被粘物形成物理和机械结合等。有关粘结的理论很多，如机械结合理论、溶解度参数理论、吸附理论、扩散理论、静电理论、化学键理论、抛锚理论等。与涂装一样，工件的表面处理非常重要。主要有两个目的：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；19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。20三、主要粘结剂及其应用1、主要粘结剂：（老课本上的英语印刷错误！）1）环氧树脂粘结剂（epoxyadhesive）2）酚醛树脂粘结剂(phenolicresinadhesive)3）脲醛树脂粘结剂(urearesinadhesive)4）聚氨酯粘结剂(polyurethaneadhesive)5）聚酰亚胺粘结剂(polyimideadhesive)6）厌氧粘结剂(anaerobicadhesive)7）氰基丙烯酸胶粘剂(cyanoacrylateadhesive)8）橡胶型胶粘剂(rubberadhesive)9）聚硫橡胶密封胶(polysulfiderubberadhesive)10压敏胶粘剂(pressuresensitiveadhesive)11）光敏胶粘剂(photosensitiveadhesive)12）无机胶粘剂(inorganicadhesive)(各种胶粘剂的具体组成、性能、用途等请参见课本P116－118)212、胶粘剂的应用领域机械工业；电子电器工业；汽车工业；航空宇航工业；纺织工业；木材工业；医疗卫生业22四、粘涂技术表面粘涂技术：是将加入二硫化钼、金属粉末、陶瓷粉末和纤维等特殊填料的胶粘剂，直接涂覆于材料或零件表面，使之具有耐磨、耐蚀、绝缘、导电、保温、防辐射等功能的一项新技术。粘涂技术是粘结技术的一个分支，目前主要应用于表面强化和修复。粘涂具有粘结技术的大部分优点，如应力分布均匀、容易做到密封、绝缘、耐蚀和隔热等。它的工艺简单，不需要专门设备，而是将配好的胶涂覆于清理好的零件表面，待固化后进行修复即可。23第三节堆焊一、堆焊是指将具有一定使用性能的材料借助一定的热源手段熔覆在基材表面，使母材具有特殊使用性能或使零件恢复原有形状尺寸的工艺方法。堆焊既可用于修复材料的缺陷，亦可用于强化材料或零件的表面，使材料具有本来不存在的性能，例如高的耐磨性，良好的耐蚀性等。24二、堆焊层组织结构焊缝的一次结晶组织近似于铸锭的结晶组织。由于熔池体积很小，冷却速度迅速，主要是柱状晶组织，等轴晶组织较少。如果基体是钢，在界面附近由于过热会引起基体金属晶粒的长大。基体金属或焊层金属在冷却过程中有相变发生，会发生二次结晶。二次结晶所得组织符合一般的固体相变结晶规律。25三、常用堆焊材料与堆焊方法1.常用堆焊材料常用堆焊材料有铁基、镍基、钴基、碳化钨基和铜基等。(1)铁基堆焊合金1)低合金钢堆焊材料①珠光体类的堆焊材料②马氏体类堆焊材料2)中、高合金钢及合金铸铁堆焊材料①高速钢及热作工具钢、冷作工具钢堆焊材料②高锰钢及铬锰钢堆焊材料③高铬钢及铬镍钢堆焊材料④合金铸铁堆焊材料26(2)镍基堆焊材料Ni-Cr-W-SiNi-Cr-B-Si型Ni-Cr-Mo-W(3)钴基堆焊材料主要指钴铬钨堆焊材料，即通常所说的斯太利合金，含铬25%~33%，钨3%~21%。该堆焊层在650℃左右仍能保持较高的硬度。此外，堆焊层具有一定的耐腐蚀性能和优良的抗粘着磨损性能。27(4)铜基堆焊材料铜基堆焊材料分为紫铜、黄铜、青铜和白铜四种。形式有焊条、焊丝和堆焊用带极。铜基堆焊材料具有较好的耐大气、耐海水和耐各种酸碱溶液的腐蚀，耐气蚀和金属间磨损的性能，常用于以铁基材料为母材的双金属零件的制备或磨损工件的修补。(5)碳化钨堆焊材料碳化钨是硬质合金的重要成分。堆焊用的碳化钨分为铸造碳化钨和烧结碳化钨两类。铸造碳化钨中碳的质量分数为3.7%~4.0%，钨的质量分数为95%-96%，它是WC-W2C的混合物。这类合金硬度高，耐磨性好，但脆性大，加工过程中容易碎裂脱落。当加入质量分数为5%~15%的钴可以降低熔点，增加韧性。282.常用堆焊方法(1)氧-乙炔堆焊氧-乙炔火焰的温度较低（3050~3100℃），将它应用于堆焊时能得到非常小的稀释率（1%~10%）和小于1mm厚的均匀薄堆焊层。同