{技术管理套表}表面涂覆技术
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{技术管理套表}表面处理工艺及技术
③ 塑料电镀是非金属电镀中应用最广泛的一种。通过电镀可 提高塑料制品的强度，防止老化，使其具有导电性、电磁 性、焊接性和装饰性的外观。
④ 非金属电镀制品主要用于汽车、飞机某些装饰性零部件以 及印刷线路板、电子仪器屏蔽和碳纤维等。
3.4.4印刷
印刷是指使用印版或其他方式将原稿上的图文信息转移到 承载物上的工艺过程。
3.4.1.3热喷涂的应用
① 防腐蚀:主要用于大型水闸钢闸门、造纸机烘缸、煤矿井下钢结构、 高压输电铁塔、电视台天线、大型钢桥梁、化工厂大罐和管道的防腐喷 涂。
3.4.1.3热喷涂的应用
② 防磨损:通过喷涂修复已磨损的零件，或在零件易磨损部位预先喷涂 上耐磨材料，如风机主轴、高炉风口、汽车曲轴、机床主轴、机床导轨、 柴油机缸套、油田钻杆、农用机械刀片等。
感应加热
3.1.2喷砂
喷砂处理是利用高速喷射出的砂粒或铁粒，对工件表面进行撞击， 以提高零件的部分力学性能和改变表面状态的工艺方法。
喷砂与喷丸处理，工艺相似，主要差别在沙粒直径上。该工艺主要
应用于提高零件机械强度以及耐磨性、抗疲劳和耐蚀性等，还可用于表 面消光、去氧化皮和消除铸、锻、焊件的残余应力等。
常用的有丝印、移印、转印
3.4.4 .1丝印
丝网印刷是孔版印刷术中的一种主要印 刷方法。印版呈网状，印刷时印版上的油墨 在刮墨板的挤压下从版面通孔部分漏印至承 印物上。
丝印主要优势体现在印制非常大 的平面或 者曲面。
3.4.4 .2移印
先将设计的图案蚀刻在印刷钢板上﹐然后把蚀刻板涂上油墨﹐ 利用硅橡胶材料制成的曲面移印头将其中的大部分油墨转印到被印 刷物体上。
3.1.3滚压
滚压是在常温上用硬质滚柱或滚轮施压于旋转的工件表面上， 并沿母线方向移动，使工件表面塑性变形、硬化，以 获得准确、 光洁和强化的表面，或特定花纹的处理工艺。
④ 非金属电镀制品主要用于汽车、飞机某些装饰性零部件以 及印刷线路板、电子仪器屏蔽和碳纤维等。
3.4.4印刷
印刷是指使用印版或其他方式将原稿上的图文信息转移到 承载物上的工艺过程。
3.4.1.3热喷涂的应用
① 防腐蚀:主要用于大型水闸钢闸门、造纸机烘缸、煤矿井下钢结构、 高压输电铁塔、电视台天线、大型钢桥梁、化工厂大罐和管道的防腐喷 涂。
3.4.1.3热喷涂的应用
② 防磨损:通过喷涂修复已磨损的零件，或在零件易磨损部位预先喷涂 上耐磨材料，如风机主轴、高炉风口、汽车曲轴、机床主轴、机床导轨、 柴油机缸套、油田钻杆、农用机械刀片等。
感应加热
3.1.2喷砂
喷砂处理是利用高速喷射出的砂粒或铁粒，对工件表面进行撞击， 以提高零件的部分力学性能和改变表面状态的工艺方法。
喷砂与喷丸处理，工艺相似，主要差别在沙粒直径上。该工艺主要
应用于提高零件机械强度以及耐磨性、抗疲劳和耐蚀性等，还可用于表 面消光、去氧化皮和消除铸、锻、焊件的残余应力等。
常用的有丝印、移印、转印
3.4.4 .1丝印
丝网印刷是孔版印刷术中的一种主要印 刷方法。印版呈网状，印刷时印版上的油墨 在刮墨板的挤压下从版面通孔部分漏印至承 印物上。
丝印主要优势体现在印制非常大 的平面或 者曲面。
3.4.4 .2移印
先将设计的图案蚀刻在印刷钢板上﹐然后把蚀刻板涂上油墨﹐ 利用硅橡胶材料制成的曲面移印头将其中的大部分油墨转印到被印 刷物体上。
3.1.3滚压
滚压是在常温上用硬质滚柱或滚轮施压于旋转的工件表面上， 并沿母线方向移动，使工件表面塑性变形、硬化，以 获得准确、 光洁和强化的表面，或特定花纹的处理工艺。
{技术管理套表}表面处理技术培训讲义
件表面，如渗氮。 5、堆焊：以焊接方式 ，令熔敷金属堆积于工件表面形成焊层的过程，如堆焊耐
磨合金。
--表面处理技术简介
四、真空法：在高真空状态下让材料气化或离子化沉积于工件表面形成涂层。 1、物理气相沉积（PVD）：真空条件下，将金属气化成原子、分子或离子状态直
接沉积到工件表面形成涂层，如蒸发镀、溅射镀、离子镀等。 2、离子注入：高压下将不同离子注入工件表面令其表面改性的过程，如注硼。 3、化学气相沉积（CVD）：低压下，气态物质在工件表面因化学反应而生成固态
膜层，如铝合金的阳极氧化。
--表面处理技术简介
二、化学方法：利用化学物质相互作用，在工件表面形成镀 覆层
1、化学转化膜处理：在电解质溶液中，溶液中的物质与工 件表面物质相互作用而形成镀层，如金属表面的磷化、钝 化等。
2、化学镀：在电解质溶液中，工件表面经催化处理，溶液 中的物质由于化学还原作用沉积于工件表面而形成镀层， 如化学镀镍、化学镀铜等。
的光镍形成双层镍体系，产生非常光亮、耐蚀性高具有一定整平性的镀层。 封口镍：镀液中含有不可溶固体颗粒，封口镍镀层与铬镀层组合，生成微孔铬层，从而进一步提高镀层的
耐蚀性，符合汽车工业对微孔铬的要求。 活化：硫酸溶液，除掉镍层表面的氧化膜。 钝化：稀的光铬溶液，起预浸的作用。 光铬：主要成份是铬酸酐，在电流作用下形成产品镍层。
•
17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。下午11时37分8秒下午11时37分23:37:0820.8.18
--塑胶电镀工艺介绍
• 部分塑胶电镀产品展示:
--塑胶电镀工艺介绍
• 塑胶电镀工艺流程(前处理)：
上挂 除蜡 除油 水洗
预粗化
水洗 粗化 水洗 中和 水洗
磨合金。
--表面处理技术简介
四、真空法：在高真空状态下让材料气化或离子化沉积于工件表面形成涂层。 1、物理气相沉积（PVD）：真空条件下，将金属气化成原子、分子或离子状态直
接沉积到工件表面形成涂层，如蒸发镀、溅射镀、离子镀等。 2、离子注入：高压下将不同离子注入工件表面令其表面改性的过程，如注硼。 3、化学气相沉积（CVD）：低压下，气态物质在工件表面因化学反应而生成固态
膜层，如铝合金的阳极氧化。
--表面处理技术简介
二、化学方法：利用化学物质相互作用，在工件表面形成镀 覆层
1、化学转化膜处理：在电解质溶液中，溶液中的物质与工 件表面物质相互作用而形成镀层，如金属表面的磷化、钝 化等。
2、化学镀：在电解质溶液中，工件表面经催化处理，溶液 中的物质由于化学还原作用沉积于工件表面而形成镀层， 如化学镀镍、化学镀铜等。
的光镍形成双层镍体系，产生非常光亮、耐蚀性高具有一定整平性的镀层。 封口镍：镀液中含有不可溶固体颗粒，封口镍镀层与铬镀层组合，生成微孔铬层，从而进一步提高镀层的
耐蚀性，符合汽车工业对微孔铬的要求。 活化：硫酸溶液，除掉镍层表面的氧化膜。 钝化：稀的光铬溶液，起预浸的作用。 光铬：主要成份是铬酸酐，在电流作用下形成产品镍层。
•
17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。下午11时37分8秒下午11时37分23:37:0820.8.18
--塑胶电镀工艺介绍
• 部分塑胶电镀产品展示:
--塑胶电镀工艺介绍
• 塑胶电镀工艺流程(前处理)：
上挂 除蜡 除油 水洗
预粗化
水洗 粗化 水洗 中和 水洗
{技术管理套表}材料表面处理技术
铝紫(CLW)
直接耐晒棕(RTL) 铝红棕(RW)
酸性绿 铝绿(MAL)
直接耐晒蓝 酸性湖蓝(B) 酸性黑(ATT) 酸性粒子元(NBL)
有机染料染色工艺规范
含量/g·L－1
3~5 0.3 0.5 0.035 0.1
金属转化膜是指金属表面的原子层与某些特定介质的阴离子 反应后，在金属表面生成的膜层。
膜层与基体具有很好的结合力。
化学作用在金属表面形成转化膜的过程--------化学转化； 电化学作用形成氧化物膜的过程-电化学转化，也叫阳极转化。
阳极氧化（阳极拉丝样品的应用）
阳极氧化
铝及铝合金在大气中会与氧生成氧化膜，由于这种自然氧 化膜极薄，耐蚀能力很低，故远不能满足工业上应用的需要。 为了提高铝及铝合金的防护性、装饰性和其他功能性，大多 数情况下可以采取阳极氧化处理。
阳极氧化膜的着色-整
体着色
整体着色是指铝及铝合金在阳极氧化的同时也被着上颜色。 它是利用溶液在电极上发生的电化学反应，使部分产物夹杂 在氧化膜中而显色；有的是合金中的有色氧化物显色。
这种着色法的色素体存在于整个膜壁和阻挡层中，故称为整 体着色。
整体着色膜具有良好的耐光性、耐热性、耐蚀性、耐磨性及 耐久性。曾广泛应用于建筑材料业，适合室外装饰。但是它 的色调种类少，色泽也不够鲜艳，同时该法能耗大、成本高， 故应用范围受到一定限制。
此外，通过改变电源波形，例如不完全整流、交直流叠加、 换向、脉冲等波形。在硫酸溶液中阳极氧化，也可以得到不 同的着色膜。
颜色
金黄
橙黄 黄
红 紫 棕 绿 蓝 黑
表2
染料名称
铝坚牢金(RL) 茜素黄 (S) 茜素红(R) 溶靛素金黄(IGK) 溶靛素亮橙(IRK)
直接耐晒棕(RTL) 铝红棕(RW)
酸性绿 铝绿(MAL)
直接耐晒蓝 酸性湖蓝(B) 酸性黑(ATT) 酸性粒子元(NBL)
有机染料染色工艺规范
含量/g·L－1
3~5 0.3 0.5 0.035 0.1
金属转化膜是指金属表面的原子层与某些特定介质的阴离子 反应后，在金属表面生成的膜层。
膜层与基体具有很好的结合力。
化学作用在金属表面形成转化膜的过程--------化学转化； 电化学作用形成氧化物膜的过程-电化学转化，也叫阳极转化。
阳极氧化（阳极拉丝样品的应用）
阳极氧化
铝及铝合金在大气中会与氧生成氧化膜，由于这种自然氧 化膜极薄，耐蚀能力很低，故远不能满足工业上应用的需要。 为了提高铝及铝合金的防护性、装饰性和其他功能性，大多 数情况下可以采取阳极氧化处理。
阳极氧化膜的着色-整
体着色
整体着色是指铝及铝合金在阳极氧化的同时也被着上颜色。 它是利用溶液在电极上发生的电化学反应，使部分产物夹杂 在氧化膜中而显色；有的是合金中的有色氧化物显色。
这种着色法的色素体存在于整个膜壁和阻挡层中，故称为整 体着色。
整体着色膜具有良好的耐光性、耐热性、耐蚀性、耐磨性及 耐久性。曾广泛应用于建筑材料业，适合室外装饰。但是它 的色调种类少，色泽也不够鲜艳，同时该法能耗大、成本高， 故应用范围受到一定限制。
此外，通过改变电源波形，例如不完全整流、交直流叠加、 换向、脉冲等波形。在硫酸溶液中阳极氧化，也可以得到不 同的着色膜。
颜色
金黄
橙黄 黄
红 紫 棕 绿 蓝 黑
表2
染料名称
铝坚牢金(RL) 茜素黄 (S) 茜素红(R) 溶靛素金黄(IGK) 溶靛素亮橙(IRK)
{技术管理套表}表面技术在现代制造业中的应用
在汽车工业中的应用
奔驰系列
在汽车工业中的应用
奥迪系列
宝马系列
人们对汽车的基本性能(驾驶性、安全性及对环境 的保护性等)不断的改进作了大量的工作。由于机械、 电子和光学等各种技术的综合应用，导致了目前所制 造的汽车更为安全和舒适。在这些技木之中，表面和 薄膜技术是主要涉及的应用领域。
在汽车工业中的应用
激光表面改性技术
▪ 激光相变硬化又称激光淬火
它是通过激光将金属材料加热到相变温度以上，在冷却过 程中产生马氏体相变从而硬化材料表面，显著提高材料的耐 磨性和疲劳强度。此技术的优越性表现在可以局部加热处理， 显著抑制变形，易于控制晶粒及组织形态，无需后续加工工 艺。
早在1975年，通用汽车公司就已运用此技术处理铸铁汽车 部件提高其耐磨性能。目前在汽车制造及精密机械行业，激 光热处理已有广泛的应用，如菲亚持集团用其处理汽缸体，
60年代，各学科的融合，形成材料学科 －－70/ 80年代， 发展，成立独立系院 －－ 新世纪，扩散、渗透和进一 步融合，形成交叉学科。
Bai Qing GE
美国普林斯顿大学原来没有MSE，90年代成立了独立的跨系的 材料研究中心。侧重于生物、化工和材料的交叉研究。
90年代，英国在大学中，接连成立了十个IRC (Interdisciplinary Research Center)。
英国剑桥大学 “冶金与材求”
1957年 苏联人造卫星上天，美国朝野归之为美国材料落后 1962年 美国北极星导弹发射失败 20世纪60年代 世界处于信息革命的前夜（超高纯超高完整性半
导体材料 － 硅芯片 、1947 晶体管的发明）
Bai Qing GE
材料科学与工程发展史
Bai Qing GE
{技术管理套表}粉体表面处理技术
80
20 0.3
WITH CH-1 80 1 20 0.3
SCREW SPEED(rpm) OUTPUT(kg/hour) COLOUR STRENGTH ELONGATION(%) TENSILE STRENGTH(Mpa)
40
80
2.97 7.14
\
-2.5%
15
8.8
40
80
2.98 7.36
用量 ( % )
100
0
1
2
3
4
5
6
7
超分散剂的降粘作用
14 剪切粘度Pa. s
12 10 8 6
10% HTPCL 5% JTPCL
20% CTPCL 15% ZTPCL—C1 10% STPCL
5% ZTPCL—1 10% ZTPCL—C3
4
2
0
0.1
1
10
剪切速率
-1
s
100
1000
锚固基团对流变曲线的影响
88995555
CH-5 HYPERDISPERSANT
4
3.75
3
4
CH-11B HYPERDISPERSANT
1.25
CH-22 HYPERDISPERSANT
1
ANTIOXIDANT
22332222
ALIPHATIC DISTILLATE 6 10
6
凡立水配方
CONVENTIONAL
WITH CH-5
CONVENTIONAL 35
48 7 10
36% CONTROL BLUE MILLBASE
32
50% CH-5 BLUE MILLBASE
20 0.3
WITH CH-1 80 1 20 0.3
SCREW SPEED(rpm) OUTPUT(kg/hour) COLOUR STRENGTH ELONGATION(%) TENSILE STRENGTH(Mpa)
40
80
2.97 7.14
\
-2.5%
15
8.8
40
80
2.98 7.36
用量 ( % )
100
0
1
2
3
4
5
6
7
超分散剂的降粘作用
14 剪切粘度Pa. s
12 10 8 6
10% HTPCL 5% JTPCL
20% CTPCL 15% ZTPCL—C1 10% STPCL
5% ZTPCL—1 10% ZTPCL—C3
4
2
0
0.1
1
10
剪切速率
-1
s
100
1000
锚固基团对流变曲线的影响
88995555
CH-5 HYPERDISPERSANT
4
3.75
3
4
CH-11B HYPERDISPERSANT
1.25
CH-22 HYPERDISPERSANT
1
ANTIOXIDANT
22332222
ALIPHATIC DISTILLATE 6 10
6
凡立水配方
CONVENTIONAL
WITH CH-5
CONVENTIONAL 35
48 7 10
36% CONTROL BLUE MILLBASE
32
50% CH-5 BLUE MILLBASE
表面涂敷技术资料
热喷涂原理图
热喷涂的特点
使零件表面获得各种不同的性能，如耐磨、耐热、耐腐蚀、 抗氧化、润滑等。
工艺灵活。从小到10 mm的内孔到大型构件的表面都可以 进行喷涂；既可以在室内工作，也可以在野外进行。
应用广泛。可以在许多材料表面上进行喷涂，如金属、合 金、陶瓷、水泥、塑料、石膏、木材等。
⑤ 烘漆(烤漆)：涂于基体后需经烘烤才能干燥成膜的漆。 ⑥ 水溶漆、乳胶漆：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(合成树脂)为主要 成分的漆。 ⑦ 大漆(天然漆)：特点是漆膜耐久性、耐酸性、耐油性、耐水 性、 光泽性均较好。 ⑧ 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。 ⑨ 腻子：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。
后来的颗粒打在先行颗粒的表面上也变为扁平状，并产生机 械结合，逐渐堆积成涂层。
（二）涂层的结构与特性
喷涂层结构示意图
涂层的结构特点
1. 涂层的层状结构：由大量相互平行的碟形粒子互相 粘结而成；
2. 涂层的多孔结构（孔隙率最高达25%） ：因粒子碰 撞、变形和冷凝等过程的时间极短，；
3. 涂层中存在氧化物/氮化物夹杂：因与空气接触而造 成，其数量取决于热源、材料和喷涂条件；
主要用于零件的表面强化与修复，也可使其获得 某种特殊功能。
粘涂的一般工艺过程：
表面预处理（清洗、粗化、活化） → 配胶 → 涂敷（刮涂法、刷涂法、模压法等） → 固化 （室温或加热固化） → 后处理（如清理、修 整或表层机械切削、磨削加工）
§5.3 热喷涂
热喷涂技术是采用气体、液体燃料或电弧、 等离子弧、激光等作热源，使金属、合金、金 属陶瓷、氧化物、碳化物、塑料以及它们的复 合材料等喷涂材料加热到熔融或半熔融状态， 通过高速气流使其雾化，然后喷射、沉积到经 过预处理的工件表面，从而形成附着牢固的表 面层的加工方法。
公共基础知识表面涂覆技术基础知识概述
《表面涂覆技术基础知识概述》一、引言表面涂覆技术作为一门重要的工程技术，在现代工业生产和日常生活中发挥着至关重要的作用。
它不仅可以改善材料的外观，还能提高材料的性能，延长其使用寿命。
从传统的油漆涂装到先进的纳米涂层，表面涂覆技术经历了漫长的发展历程，不断推陈出新，为各个领域的发展提供了有力支持。
本文将对表面涂覆技术的基础知识进行全面综合的概述，包括基本概念、核心理论、发展历程、重要实践以及未来趋势。
二、基本概念1. 表面涂覆的定义表面涂覆是指在材料表面覆盖一层具有特定性能的物质，以改变材料的表面性质。
这层物质可以是涂料、镀层、薄膜等，其目的是提高材料的耐磨性、耐腐蚀性、抗氧化性、导电性、导热性等性能，或者赋予材料特殊的光学、电学、磁学等特性。
2. 涂覆材料的种类涂覆材料种类繁多，主要包括以下几类：（1）涂料：由成膜物质、颜料、溶剂和助剂等组成，可分为油性涂料、水性涂料、粉末涂料等。
（2）镀层：通过电镀、化学镀、热浸镀等方法在材料表面形成的金属或合金层。
（3）薄膜：采用物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、溶胶-凝胶法等技术制备的厚度较薄的涂层。
3. 涂覆工艺的分类涂覆工艺主要有以下几种：（1）喷涂：利用喷枪将涂料雾化后喷涂在材料表面。
（2）刷涂：使用刷子将涂料涂刷在材料表面。
（3）浸涂：将材料浸入涂料中，使涂料附着在材料表面。
（4）电镀：在电场作用下，将金属离子还原成金属沉积在材料表面。
（5）化学镀：利用化学反应在材料表面沉积金属或合金层。
（6）热浸镀：将材料浸入熔融的金属液中，使金属附着在材料表面。
三、核心理论1. 附着力理论附着力是指涂覆材料与基体材料之间的结合力。
附着力的大小直接影响涂层的质量和性能。
附着力的产生主要有以下几种机制：（1）机械结合：涂覆材料与基体材料之间通过机械嵌合作用产生结合力。
（2）物理结合：包括范德华力、氢键等作用，使涂覆材料与基体材料之间产生结合力。
（3）化学结合：涂覆材料与基体材料之间通过化学反应形成化学键，产生结合力。
{技术管理套表}表面镀覆技术原理
Target Material (Cathode)
Gas ionizes - forms a plasma
Ions move in plasma
Ions hit the target and knock off atoms
Target atoms land (condense) on substrate to form a thin film
真空系统的组成
真空系统的组成：真空室、真空泵、真空规。
真空室：进行镀膜的空间；
真空泵：对真空室进行抽气的装置； 分为前级泵，次级泵。 至今还没有一种泵能从一个大气压一直工作到超高真空。因此通
常是将几种真空泵组合使用。
真空规：对真空系统进行气体压力探测的仪器；
镀膜
•蒸发镀膜(Evaporation)
濺射蒸鍍 動能 快 原子、離子 良好
優 可 可 可 可提高1~100eV 可，或依形狀不可 可 通常無 0.17~16.7
離子蒸鍍 熱能 可提高 原子、離子 良好，但膜厚分佈
不均 佳 可 可 可 可提高1~100Ev 可 可 可，或無 0.50~833
镀膜
•各种物理气相沉积法之比较
性质 方法
沉积速率 大尺寸厚度控制
前者又分为： a.蒸发镀膜； b.离子镀膜； c.溅射镀膜。
后者分为： a.常压CVD; b.低压CVD; c.等离子体CVD; d.其它CVD。
按功能要求也可区分为：
a.装饰性镀膜；
b.功能性镀膜。
• 真空环境的必要性
1) 降低氧分压，避免材料氧化； 2) 在高温下防止空气分子和蒸发源发生反应，生成化合物而
NCO+HO-R’→R-NHCO-OR’+R-NCO → UV：光引发剂受紫外光辐射后裂解成自由基，再与单体、
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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。
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）。
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。
✓ 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。
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。
粘结剂的种类
表面粘结工艺及涂层加工
1. 粘涂层的涂敷工艺
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
✓ 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。
• （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
异种金属熔焊（堆焊）理论
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㎜。
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。
➢ 在哪些方面应用受到限制
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。
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。
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。
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。
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
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；
室温固化、应力分布均匀、能粘涂不同的材料 ；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。
➢应用
可粘涂各种不同的材料，如金属、陶瓷、塑料、水 泥、橡胶等；
孔洞内及金属块（柱）都涂一层修补剂，然后将之镶入孔洞 室内温（20℃以上）固化8～12h后可修磨平整。
镶嵌金属块
修整
表面黏涂技术的应用及实例
✓ 表面黏涂技术的应用实例二
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
表面黏涂技术的应用及实例
✓ 表面黏涂技术的应用实例三
加强船舱底部的强度
表面黏涂技术的应用及实例
✓ 表面黏涂技术在修复领域的应用
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
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。
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。
• 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。
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。
配制表面粘结材料
1）准确配比 A+B 2）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。 Nhomakorabea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；
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
表面黏涂技术的应用及实例
✓ 表面黏涂技术的应用实例四
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。
后固化通常可以提高修复层综合性能的20%～30%。
表面黏涂技术的应用及实例
✓ 表面黏涂技术在修复领域的应用
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。
7.3 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。
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。
✓ 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。
✓ 填料(增强材料)
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
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：
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。
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）。
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。
✓ 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。
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。
粘结剂的种类
表面粘结工艺及涂层加工
1. 粘涂层的涂敷工艺
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
✓ 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。
• （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
异种金属熔焊（堆焊）理论
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㎜。
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。
➢ 在哪些方面应用受到限制
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。
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。
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。
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。
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
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；
室温固化、应力分布均匀、能粘涂不同的材料 ；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。
➢应用
可粘涂各种不同的材料，如金属、陶瓷、塑料、水 泥、橡胶等；
孔洞内及金属块（柱）都涂一层修补剂，然后将之镶入孔洞 室内温（20℃以上）固化8～12h后可修磨平整。
镶嵌金属块
修整
表面黏涂技术的应用及实例
✓ 表面黏涂技术的应用实例二
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
表面黏涂技术的应用及实例
✓ 表面黏涂技术的应用实例三
加强船舱底部的强度
表面黏涂技术的应用及实例
✓ 表面黏涂技术在修复领域的应用
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
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。
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。
• 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。
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。
配制表面粘结材料
1）准确配比 A+B 2）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。 Nhomakorabea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；
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
表面黏涂技术的应用及实例
✓ 表面黏涂技术的应用实例四
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。
后固化通常可以提高修复层综合性能的20%～30%。
表面黏涂技术的应用及实例
✓ 表面黏涂技术在修复领域的应用
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。
7.3 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。
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。
✓ 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。
✓ 填料(增强材料)
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
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：