第7章表面涂覆技术

17.1涂料与涂装7.2表面粘结7.3堆焊7.4热喷涂7.5电火花表面涂敷7.6热浸镀第七章表面涂敷技术2表面粘结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）组成的复合材料胶粘剂涂敷于零件表面，以赋予零件表面特殊功能（如耐磨损、耐腐蚀、绝缘、导电、保温、防辐射等）的一项表面新技术。是在零件表面形成功能涂层。7.2表面粘结3室温固化、应力分布均匀、能粘涂不同的材料；特点工艺简便，不需要专门设备，只需将胶黏剂涂敷于待修表面，室温操作，不会使零件产生热影响和变形；可根据需要使零件表面获得耐磨、耐蚀、绝缘、导电等性能，是一种快速而价廉的修复和预保护工艺。4可粘涂各种不同的材料，如金属、陶瓷、塑料、水泥、橡胶等；应用尤其适用于特殊材料和特殊工况零件的修复：•难以或无法焊接的材料制成的零件；•薄壁零件，用热修复方法（如堆焊）修复时容易变形和产生裂纹，用表面黏涂修复可以避免这些问题的产生；•结构形状复杂的零件内外沟槽、内孔磨损、难以焊补，采用表面黏涂技术修复十分方便；•某些特殊工况和特殊部件；•需现场修复的零部件。5表面粘涂层在湿热、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是有限的；有机胶粘剂构成的表面粘涂层耐温性不高，一般不超过350℃，无机胶粘剂可耐1000℃高温，陶瓷胶粘剂耐高温达2000℃以上，但较脆；表面涂层有较高的抗拉、剪切强度，但抗剥离强度较低；使用有机胶粘剂，尤其是溶剂型胶粘剂存在易燃、有毒等安全和环境问题。在哪些方面应用受到限制6粘结剂（粘合剂）的组成与分类粘结剂基料固化剂填料辅助材料7基料(粘料或胶料)主要为热固性树脂、合成橡胶等，如环氧酚醛、聚氨酯弹性体、不饱和聚酯、丙稀酸酯等，具有三向交联结构，尤其经改性处理后，强度、韧性、耐介质性、耐水、耐热性大大高于一般聚合物材料。作用：把涂层中的各种材料包容并牢固地粘附在基体表面形成复合材料涂层。8基料的性能：1）对涂敷基体及填料有很强的结合强度；2）固化物具有较高的机械强度及优良的耐温、耐油、耐化学和抗老化性能，其弹性模量和稳定性高，同时可吸收能量；3）固化物无收缩。9固化剂（硬化剂或熟化剂）作用：与黏料发生化学反应，形成网状立体聚合物，把填料包络在网状体之中，形成三向交联结构。固化剂的特点：１）固化物硬度高，韧性好、耐磨性好；２）能室温固化，固化时间短。10填料(增强材料)增强材料的选择对复合材料涂层的性能至关重要，从化学角度讲，选用的增强材料性能为：中性或弱碱性，不含结合水，与粘料亲合性好，对液体及气体无吸附性；纯度高、耐热性好，如混入杂质，会引起树脂降解；密度小，分散性好，在树脂中无沉降。作用：改善粘结剂的工艺性能、耐久性、强度或降低成本等，一种非粘性固体物质11包括增塑剂、增韧剂、稀释剂、固化促进剂、偶联剂、消泡剂、抗老化剂等。辅助材料作用：大大改善涂层的韧性、抗老化性以及降低胶的粘度、提高涂敷质量、改善施工工艺性等。12粘结剂的种类131.粘涂层的涂敷工艺表面粘结工艺及涂层加工•用粘结剂进行涂敷非常简便，基本工艺步骤为：表面预处理配制修补剂涂敷固化机加工14表面预处理表面粘涂材料与基体的结合主要靠物理及化学结合，所以表面预处理的好坏在很大程度上决定能否成功地完成涂敷。待涂敷的工件表面绝对不能有油脂、锈迹、尘土及水分，这些污物使修补剂与待涂表面的局部粘结性能下降，即使在不高的压力下也会引起涂层局部脱落和碎裂。15表面预处理不同的工况有不同的表面处理要求，相应地也就有不同的处理方法。(1)常规表面处理：严重的油污必须用清洗剂或化学纯丙酮清洗；所有的游离物、铁锈及表面污染物，包括原有的涂层必须要清除掉；不要在除锈剂清理后的表面未经干燥处理就直接涂敷修补剂；清洗后的表面应尽快涂敷表面粘涂材料，以免清洗后的表面再次生锈，氧化或污染；修补时不得有任何液体进入待修表面。16表面预处理(2)油面修复的表面处理工作状态的油箱、油罐、油管产生泄漏，修复时要做到彻底除油往往非常困难，但修复前表面必须经过下列步骤：擦去待修位的油泥；用断锯片、砂布或磨轮等除去表面油漆露出金属基体；如果不能关闭作业系统，必须首先止漏；；止漏后用干净的棉布（有清洗剂更好）擦去修复部位表面的浮油。17表面预处理(3)湿面修复的表面处理表面潮湿的原因很多，有天气、冷凝水、泄漏或渗漏，用一般的表面粘涂材料必须使表面干燥，表面处理步骤如下：必须止住泄漏或渗漏，有时只需关掉阀门即可，如果不允许关闭作业系统，必须首先止漏；如果泄漏是由腐蚀引起的，漏点边的内壁变得很薄、很疏松，此时可先将孔扩大到原壁厚处，然后再堵；用吸水材料擦去表面的冷凝水、湿迹及污物，余下的湿气可通过加热吹干；后续步骤同常规表面处理1）-7）。18配制表面粘结材料1）准确配比A+B2）混合均匀3）其他对于紧急修补类产品，尤其在夏季施工时，配制量不宜超过20g，以防施工前产生硬化；配制过程中有时空气会混进修补剂中产生气泡，可在塑料板上用胶刀将修补剂摊开，放慢搅拌速度将气泡排出去。19涂敷1）糊状粘结材料在使用时应选择宽度适合于修补面的刮刀，将混合后的修补材料用力反复在待修表面来回涂抹，以确保该表面完全被修补剂浸润；2）液体粘结材料应选用硬鬃毛刷子或橡胶刷涂器；3）修补过程中如有多余物被挤出，应立即在其固化之前清除掉；4）为提高修复层的力学性能或弥补大的缺陷，应使用补强带；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。20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配制量对固化过程的影响：配制量反应热固化反应适用期低温工况和高温工况固化21固化过程（2）涂敷层固化后处理：后固化-表面粘结材料在常温下达到完全固化后，分子间反应基本完全停止。如果此时将涂层加温到100℃并保持恒温3～5h，分子反应还将有所继续，分子密度将不断增加，这一过程称为后固化；后固化通常可以提高修复层综合性能的20%～30%。22表面黏涂技术在修复领域的应用表面黏涂技术的应用及实例表面粘涂技术已广泛应用于航空航天、机械、电子、交通、建筑、纺织、石化、医疗等行业，不仅用于密封、堵漏、绝缘、导电，还广泛应用于机械零件的耐磨损、耐腐蚀修复和预保护层，也用于修补零部件的缺陷，如裂纹、划伤、尺寸超差、铸造缺陷等。23表面黏涂技术在修复领域的应用表面黏涂技术的应用及实例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24表面黏涂技术的应用实例一表面黏涂技术的应用及实例可视性铸造缺陷的修补铸造缺陷主要有缩孔、疏松、气孔、裂纹等，缺陷尺寸大小不一。1）填补法2）镶嵌法表面清理配料涂敷固化用砂布、砂轮打磨孔洞处，清除孔洞内锈迹，并打磨出新鲜金属根据孔洞大小、形状选择金属块（柱）并把表面打磨粗糙配制修补剂，按说明书比例称取并搅拌均匀孔洞内及金属块（柱）都涂一层修补剂，然后将之镶入孔洞内室温（20℃以上）固化8～12h后可修磨平整。25镶嵌金属块修整26表面黏涂技术的应用实例二表面黏涂技术的应用及实例修补发动机气缸的腐蚀及锈蚀表面预处理腐蚀坑的修补形成法修冷却水口27表面黏涂技术的应用实例三表面黏涂技术的应用及实例加强船舱底部的强度由于海水冲蚀、盐雾气氛及舱内化学介质泄漏造成舱底钢板发生腐蚀而降低强度，用粘涂材料可以修复钢板的腐蚀和增加钢板的强度和厚度，其维修方法：材料准备表面准备修补工艺不需要增强的部位需要增强的部位28表面黏涂技术的应用实例四表面黏涂技术的应用及实例修复损坏的传动轴传动轴后轴承接触部位受微动磨损、粘着磨损或由于化学介质作用发生腐蚀或锈蚀，采用钛合金粘涂材料可以成功地修复磨损部位，修复后的耐磨性与耐腐蚀性完全达到甚至超过原材质的性能。297.3堆焊堆焊：是借用焊接的手段对金属材料表面进行厚膜改质。对本来是用一般材料制成的零件，通过堆焊一层高合金，可使其性能得到明显的改善或提高。堆焊也是修复的方法。堆焊是一种熔焊工艺，堆焊就其物理本质和冶金过程而言，具有焊接的一般规律，原则上已有的熔焊方法都可以用于堆焊。堆焊技术的进步是希望采用的堆焊方法有较小的母材稀释、较高的熔敷速度和优良的堆焊层性能，即优质、高效、低稀释率的堆焊技术。30金属表面堆焊的特点•1.堆焊的目的是用于表面改质，因此，堆焊材料与基体往往差别很大，因而具有异种金属焊接的特点。•2.与整个基体相比，堆焊层仍是很薄的一层，因此，其本身对整体强度的贡献小，只要能承受表面耐磨等要求即可。堆焊层与基体的结合力也无很高要求，一般冶金结合即可满足。•3.要保证堆焊层自身的高性能，要求尽可能低的稀释率。•4.堆焊用于强化某些表面，因而希望焊层尽可能平整均匀。这要求堆焊材料与基体应有尽可能好的润湿性和尽可能好的流平性。31堆焊较其它表面处理方法的优点•（1）堆焊层与基体金属的结合为冶金结合，结合强度高，抗冲击性能好。•（2）堆焊层金属的成分和性能调节方便，可以设计出各种合金体系，以适应不同的工况条件。•（3）堆焊层厚度较大，一般堆焊层厚度可在2～3㎜内调节，更适合于严重磨损的工况条件。•（4）堆焊方法具有高的性能价格比，当工件的基体采用普通材料制造，表面采用高合金堆焊层时，不仅降低了制造成本，而且还节约许多贵重金属。二、堆焊的应用1）恢复工件尺寸2）抗磨损3）抗腐蚀堆焊32异种金属熔焊（堆焊）理论一、熔合区的形成与结构1.熔合区所谓熔合区一般包括熔合线和具有结晶层与扩散层的过渡区段。焊缝完全冷却以后，熔合区一部分由基体金属组成，另一部分由焊缝金属组成。2．熔合区的结构特点两种金属尽管合金化特性彼此差别很大，但只要它们的晶格相同，基体金属与焊缝金属的熔合区就有相容性。对于组织类型不同的钢，熔合区的形成过程就比较复杂。根据结晶方向和尺寸相适应的规律，被焊金属晶格的相差不超过9﹪才会产生共同的结晶。这时在熔合区内就出现从一种晶格过渡到另一种晶格的单原子层，此过渡层总是受到一定的应力。一般说来，用手工电弧焊时，过渡层的平均厚度约为0.4～0.6㎜，而用埋弧时，约为0.25～0.5㎜。33二、扩散过渡层•在堆焊过程中，固态基体金属和液态金属互相作用必定会引起熔合区内某种程度的异扩散。异扩散速度的大小取决于温度、接触时间、浓度梯度和原子的迁移率。异扩散形成的扩散过渡层往往会损害焊层的性能。•当基体金属与堆焊金属的成分相差很大时，在焊缝金属熔合线附近，会形成一个成分变化不定的区域，即扩散过渡层。•熔合区内形成扩散过渡层,在钢中这种扩散运动能力最强的是碳。34堆焊合金的类型及性能•一堆焊合金的类型1.低碳低合金钢:性能特点是含碳量小于0.3﹪，合金元素总量少于5﹪，Mn、Cr、Si为主，冲击韧性好，易于机械加工，用于金属间磨损的零件，如轴类、齿轮等。2.中碳低合金钢：性能特点是含碳量0.3﹪～0.6﹪，合金元素总量少于5﹪，Cr、Mn、Mo、Si为主，抗压强度高，适合于受中等冲击的磨损零件。3.高碳低合金钢：性能特点是含碳量0.7﹪～1.0﹪，合金总量约5﹪，Mn、Cr、Si为主。硬度较高，用于不受冲击或弱冲击的低应力磨料磨损零件，如推土机铲刃等。4.铬-钼、铬-钨热稳定钢：性能特点是含碳量0.5﹪左右，Cr、W、Mo、V为主要合金元素，红硬性好，高温耐磨性好，用于热模具堆焊。355.高铬钢：性能特点是Cr13系，含碳0.1﹪～0.4﹪，Cr12系，含碳0.9﹪～1.5﹪，含Cr大于12﹪。组织为马氏体＋铁素体。有良好的耐磨及耐腐蚀性，用于有腐蚀介质的磨料磨损或金属间磨损。6.奥氏体高