涂料产品的分类命名和型号

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18大类，相应的涂料产品也分为18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P3页表1－1）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、紫外光固固化涂料1、特点紫外光固化涂涂料是在250nm～450nm波长紫外光的的作用下进行行固化的一类类涂料。固化温度低；；速度快；固固化时间可小小于1s至10s；成膜能力强强，可一次施施涂达到膜厚厚要求，操作作管理简单，，可靠性好，，不需要预热热和保温，适适宜于自动流流水线作业，，消耗能源约约为热固化的的1/10;涂膜性能好，，固化时几乎乎无溶剂挥发发。体积收缩缩很小，真空空状态下性能能优良。由于于大多数着色色颜料对紫外外光的透过率率低，难于制制成色漆，所所以目前已工工业化的光固固化涂料多为为清漆。2、组成成光固化化涂料料主要要由光光敏剂剂、光光敏树树脂和和活性性稀释释剂等等组成成，此此外还还加入入流平平剂、、稳定定剂、、促进进剂、、染料料、颜颜料等等。12六、涂涂装工工艺使涂料料在被被涂的的表面面形成成涂膜膜的全全部工工艺过过程成成为涂涂装工工艺。。具体体的涂涂装工工艺主主要根根据工工件的的材质质、形形状、、使用用要求求、涂涂装用用工具具、涂涂装时时的环环境、、生产产成本本等加加以合合理选选用。。涂装工工艺的的一般般工序序是：：涂前表表面处处理→→涂布布→干干燥固固化涂前表表面处处理：：清洗洗、粗粗化等等；涂布：：手工工涂布布；喷喷涂法法、静静电涂涂布法法、电电泳涂涂布法、粉粉末涂涂布法法、辊辊涂法法等等等。干燥固固化：：即成成膜机机理。。见下下页。。13七、涂涂料料成膜膜机理理涂料首首先是是一种种流动动的液液体，，在基基材表表面涂涂布完完成之之后形形成一一层坚坚韧的的薄膜膜，这这个过过程是是玻璃璃化温温度不不断升升高的的过程程。不不同形形态和和组成成的涂涂料有有不同同的成成膜机机理，，这由由涂料料中的的成膜膜物质质性质质决定定。根根据涂涂料成成膜物物质的的性质质，涂涂料成成膜方方式可可以分分为两两大类类：由非转转化型型成膜膜物质质组成成的涂涂料以以物理方方式成成膜；由转化化型成成膜物物质组组成的的涂料料以化学方方式成成膜。1.物理成成膜方方式依靠涂涂料内内的溶溶剂或或分散散剂的的直接接挥发发或聚聚合物物粒子子凝聚聚得到到涂膜膜的过过程称称为物物理成成膜方方式。。物理理成膜膜方式式具体体包括括溶剂挥挥发成成膜方方式和聚合物物凝聚聚成膜膜方式式两种。。142.化学成成膜方方式化学成成膜指指在加加热或或其它它条件件下，，使涂涂敷在在基材材表面面上的的低分分子量量聚合合物成成膜物物质发发生交交联反反应，，生成成高聚聚物，，获得得坚韧韧涂膜膜的过过程。。为了了使涂涂膜中中的结结构交交联，，将未未交联联的线线型聚聚合物物，或或者轻轻度支支链化化的聚聚合物物溶于于溶剂剂中配配成涂涂料，，然后后在涂涂敷成成膜后后发生生交联联。另另外可可以用用简单单的低低分子子化合合物配配成涂涂料，，待涂涂成膜膜后再再令其其发生生交联联反应应。因因此，，根据据不同同的过过程将将化学学成膜膜机理理分为为两类类：漆膜的的直接氧氧化，即涂涂料在在空气气中的的氧化化交联联或与与水蒸蒸气反反应应；涂料组组分之之间发发生化化学反反应的的交联固固化。15涂装线线示例例16第二节节粘粘结与与粘涂涂一、粘粘结粘结或或粘合合－用用胶粘粘剂将将各种种材料料或制制件连连接成成为一一个牢牢固整整体的的方法法。1、粘粘结结剂剂的的组组成成粘结结剂剂又又称称粘粘合合剂剂，，俗俗称称胶胶。。它它由由基基料料、、固固化化剂剂、、填填料料和和辅辅助助材材料料配配合合而而成成。。2、粘粘结结剂剂的的分分类类按照照不不同同的的分分类类标标准准，，粘粘结结剂剂有有不不同同的的类类型型。。粘粘结结剂剂具具体体分分类类如如图图7.2所示示17胶粘粘剂剂的的分分类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、、粘粘结结原原理理粘结结是是一一个个复复杂杂的的过过程程，，主要要包包括括表表面面润润湿湿、、粘粘结结剂剂分分子子向向被被粘粘物物工工件件表表面面移移动动、、扩扩散散和和渗渗透透、、粘粘结结剂剂与与被被粘粘物物形形成成物物理理和和机机械械结结合合等等。有关关粘粘结结的的理理论论很很多多，，如如机机械械结结合合理理论论、、溶溶解解度度参参数数理理论论、、吸吸附附理理论论、、扩扩散散理理论论、、静静电电理理论论、、化化学学键键理理论论、、抛抛锚锚理理论论等等。。与涂涂装装一一样样，，工工件件的的表表面面处处理理非非常常重重要要。。主主要要有有两两个个目目的的：：一、、除除去去不不利利于于粘粘结结的的各各种种污污垢垢；；二、、改改变变被被粘粘物物的的物物理理化化学学性性质质，，以以利利于于粘粘结结；；19目前前表表面面处处理理方方法法很很多多，，最最常常用用的的有有：：①溶溶剂剂（（包包括括水水））擦擦洗洗；；②溶溶剂剂脱脱脂脂和和蒸蒸汽汽脱脱脂脂；；③机机械械打打毛毛，，如如，，摩摩擦擦、、喷喷砂砂、、喷喷丸丸等等；；④化化学学清清洗洗和和腐腐蚀蚀；；⑤脱脱脂脂、、机机械械粗粗化化和和化化学学处处理理联联合合使使用用。。20三、、主主要要粘粘结结剂剂及及其其应应用用1、主主要要粘粘结结剂剂：（（老课课本本上上的的英英语语印印刷刷错错误误！！））1）环环氧氧树树脂脂粘粘结结剂剂（（epoxyadhesive）2）酚酚醛醛树树脂脂粘粘结结剂剂(phenolicresinadhesive)3）脲脲醛醛树树脂脂粘粘结结剂剂(urearesinadhesive)4）聚氨酯酯粘结剂剂(polyurethaneadhesive)5）聚酰亚亚胺粘结结剂(polyimideadhesive)6）厌氧粘粘结剂(anaerobicadhesive)7）氰基丙丙烯酸胶胶粘剂(cyanoacrylateadhesive)8）橡胶型型胶粘剂剂(rubberadhesive)9）聚硫橡橡胶密封封胶(polysulfiderubberadhesive)10压敏胶粘粘剂(pressuresensitiveadhesive)11）光敏胶胶粘剂(photosensitiveadhesive)12）无机胶胶粘剂(inorganicadhesive)(各种胶粘粘剂的具具体组成成、性能能、用途途等请参见课本本P116－118)212、胶粘剂剂的应用用领域机械工业业；电子电器器工业；；汽车工业业；航空宇航航工业；；纺织工业业；木材工业业；医疗卫生生业22四、粘粘涂技术术表面粘涂涂技术：：是将加加入二硫硫化钼、、金属粉粉末、陶陶瓷粉末末和纤维维等特殊殊填料的的胶粘剂剂，直接接涂覆于于材料或或零件表表面，使使之具有有耐磨、、耐蚀、、绝缘、、导电、、保温、、防辐射射等功能能的一项项新技术术。粘涂技术术是粘结结技术的的一个分分支，目目前主要要应用于于表面强强化和修修复。粘涂具有有粘结技技术的大大部分优优点，如如应力分分布均匀匀、容易易做到密密封、绝绝缘、耐耐蚀和隔隔热等。。它的工工艺简单单，不需需要专门门设备，，而是将将配好的的胶涂覆覆于清理理好的零零件表面面，待固固化后进进行修复复即可。。23第三节堆堆焊焊一、堆堆焊是指将具具有一定定使用性性能的材材料借助助一定的的热源手手段熔覆覆在基材材表面，，使母材材具有特特殊使用用性能或或使零件件恢复原原有形状状尺寸的的工艺方方法。堆焊既可可用于修修复材料料的缺陷陷，亦可可用于强强化材料料或零件件的表面面，使材材料具有有本来不不存在的的性能，，例如高高的耐磨磨性，良良好的耐耐蚀性等等。24二、堆堆焊层组组织结构构焊缝的一一次结晶晶组织近近似于铸铸锭的结结晶组织织。由于于熔池体体积很小小，冷却却速度迅迅速，主主要是柱柱状晶组组织，等等轴晶组组织较少少。如果果基体是是钢，在在界面附附近由于于过热会会引起基基体金属属晶粒的的长大。。基体金金属或焊焊层金属属在冷却却过程中中有相变变发生，，会发生生二次结结晶。二二次结晶晶所得组组织符合合一般的的固体相相变结晶晶规律。。25三、常常用堆焊焊材料与与堆焊方方法1.常用堆焊焊材料常用堆焊焊材料有有铁基、、镍基、、钴基、、碳化钨钨基和铜铜基等。。(1)铁基堆焊合金金1)低合金钢堆焊焊材料①珠光体类类的堆焊材料料②马氏体类类堆焊材料2)中、高合金钢钢及合金铸铁铁堆焊材料①高速钢及及热作工具钢钢、冷作工具具钢堆焊材材料②高锰钢及及铬锰钢堆焊焊材料③高铬钢及及铬镍钢堆焊焊材料④合金铸铁铁堆焊材料26(2)镍基堆焊材料料Ni-Cr-W-SiNi-Cr-B-Si型Ni-Cr-Mo-W(3)钴基堆焊材料料主要指钴铬钨钨堆焊材料，，即通常所说说的斯太利合合金，含铬25%~33%，钨3%~21%。该堆焊层在在650℃左右仍能保持持较高的硬度度。此外，堆堆焊层具有一一定的耐腐蚀蚀性能和优良良的抗粘着磨磨损性能。27(4)铜基堆焊材料料铜基堆焊材料料分为紫铜、、黄铜、青铜铜和白铜四种种。形式有焊焊条、焊丝和和堆焊用带极极。铜基堆焊焊材料具有较较好的耐大气气、耐海水和和耐各种酸碱碱溶液的腐蚀蚀，耐气蚀和和金属间磨损损的性能，常常用于以铁基基材料为母材材的双金属零零件的制备或或磨损工件的的修补。(5)碳化钨堆焊材材料碳化钨是硬质质合金的重要要成分。堆焊焊用的碳化钨钨分为铸造碳碳化钨和烧结结碳化钨两类类。铸造碳化化钨中碳的质质量分数为3.7%~4.0%，钨的质量分分数为95%-96%，它是WC-W2C的混合物。这这类合金硬度度高，耐磨性性好，但脆性性大，加工过过程中容易碎碎裂脱落。当当加入质量分分数为5%~15%的钴可以降低低熔点，增加加韧性。282.常用堆焊方方法氧-乙炔堆焊氧-乙炔火焰的的温度较低低（3050~3100℃），将它应应用于堆焊焊时能得到到非常小的的稀释率（（1%~10%）和小于1mm厚的均匀薄薄堆焊层。。同时，该该堆焊方法法设备简单单、使用方方便、成本本低。其缺缺点是生产产率低、工工人的劳动动强度大。。该法一般般用于堆焊焊较小的零零件，如内内燃机排气气阀阀面、、农机零件件等。(2)手工电弧堆堆焊手工电弧堆堆焊的设备备简单、机机动灵活、、成本低，，应用实心心堆焊焊条条和管状焊焊条能获得得范围较大大的堆焊合合金，因此此应用范围围广。但是是，它的稀稀释率较高高、生产率率较低、堆堆焊层不太太平整，堆堆焊后的加加工量较大大，因此通通常应用于于少量零件件的修复和和强化。29(3)埋弧堆焊单丝埋弧堆堆焊的熔深深大、稀释释率高（30%~60%）、生产率率中等。多多丝埋弧堆堆焊电弧可可以周期性性的从一根根焊丝移向向另一根焊焊丝，熔敷敷率大大提提高，而稀稀释率大为为降低。带带极埋弧堆堆焊是用金金属带来代代替焊丝作作电极，其其熔深浅、、稀释率低低，熔敷率率很高。(4)气体保护和和自保护明明弧堆焊熔化极气体体保护堆焊焊是用CO2、Ar或混合气体体作为保护护气体，它它有较高的的熔敷率，，但是稀释释率也较高高（大约15%~25%）。非熔化化极惰性气气体保护堆堆焊，主要要以手工送送进各种合合金焊丝进进行堆焊。。这种方法法的保护效效果好，合合金元素的的过渡系数数高，稀释释率比熔化化极气体保保护堆焊低低，但是生生产率低，，保护气体体昂贵。不不加保护气气体的自保保护药芯焊焊丝的明弧弧堆焊的设设备简单、、方便灵活活，但是堆堆焊时的飞飞溅较大。。30(5)震动电弧堆堆焊细直焊丝相相对于零件件表面作一一定频率和和振幅的震震动，使焊焊丝和工件件间产生短短路和脉冲冲放电，从从而使焊丝丝可以在较较低的电压压（12V~22V）并以较小小的熔滴稳稳定而均匀匀地过渡到到工件表面面，形成一一层薄而均均匀的堆焊焊层。特点点是熔深浅浅、热影响响区小、零零件变形小小，生产率率高、劳动动条件也较较好等一系系列优点。。但是电弧弧区保护作作用差，含含氢量高，，堆焊层组组织和硬度度不均匀等等。因此常常向电弧区区喷射一定定量的水蒸蒸气、二氧氧化碳等或或采用焊剂剂作为保护护介质。(6)电渣渣堆堆焊焊熔敷敷率率最最高高，，极极板板电电渣渣堆堆焊焊的的熔熔敷敷率率可可达达150kg/h，堆堆焊焊的的厚厚度度也也很很大大，，但但是是稀稀释释率率不不高高。。缺缺点点是是堆堆焊焊层层严严重重过过热热，，焊焊后后需需要要热热处处理理，，堆堆焊焊层层一一般般不不能能太太薄薄。。因因此此，，它它适适用用于于需需要要较较厚厚堆堆焊焊层层、、堆堆焊焊表表面面形形状状比比较较简简单单的的大大中中型型零零件件。。31(7)等离离子子弧弧堆堆焊焊由于于等等离离子子弧弧的的温温度度很很高高，，有有高高的的堆堆焊焊速速度度和和高高的的熔熔敷敷率率，，稀稀释释率率很很低低（（最最低低可可达达5%左右右））。。缺缺点点是是设设备备成成本本高高，，堆堆焊焊时时有有很很强强的的紫紫外外线线辐辐射射和和臭臭氧氧污污染染，，需需要要有有效效的的保保护护。。32第四四节节热热喷喷涂涂1、热热喷喷涂涂技技术术是使使用用某某种种方方式式的的热热源源，，使使喷喷涂涂材材料料加加热热至至熔熔融融或或半半熔熔融融状状态态，，用用高高压压气气流流将将其其雾雾化化，，并并以以一一定定速速度度喷喷射射到到经经过过预预处处理理的的零零件件表表面面，，从从而而形形成成涂涂层层的的表表面面加加工工技技术术。。332.热喷涂特特点热喷涂技技术作为为一种对对材料表表面改性性的重要要手段，，和其它它表面技技术相比比，有其其自己与与众不同同的特点点，主要要包括以以下几个个方面：：（1）热喷涂涂方法多多热热喷涂具具体方法法有十几几种，可可以选择择合适的的方法对对零件进进行热喷喷涂。（2）热喷涂涂材料种种类广泛泛金金属及其其合金、、陶瓷、、塑料、、尼龙以以及它们们的复合合材料等等都可以以作为喷喷涂材料料。（3）基体材材料使用用范围广广几几乎所有有的固体体材料表表面都可可以热喷喷涂，一一般也不不受零件件尺寸及及场地限限制。既既可以大大面积喷喷涂，也也可以进进行局部部喷涂。。34（4）基体材材料受影影响小喷喷涂涂时可使使基体控控制在较较低温度度，基体体变形小小，组织织和性能能变化小小，保证证了基体体质量基基本不受受影响。。（5）涂层厚厚度可以以控制涂涂层层厚度从从几十微微米到几几微米，，可以根根据要求求确定。。（6）操作环环境较差差存存在粉尘尘、烟雾雾和噪声声等问题题，因此此需要加加强保护护措施。。353、热喷涂涂涂层的的形成机机理喷涂材料料从进入入热源到到形成涂涂层可以以划分为为以下四四个阶段段：（1）喷涂材材料的熔熔化粉末喷涂涂材料进进入热源源高温区区域，被被加热到到熔化态态或软化化态；线线材喷涂涂材料的的端部在在热源高高温区加加热熔化化，熔化化的材料料以熔滴滴形式存存在于线线材端部部。（2）熔化的的喷涂材材料的雾雾化对于线材材喷涂时时，端部部的熔滴滴在外加加压缩气气流或热热源自身身射流的的作用下下脱离线线材端部部，并雾雾化成细细小熔滴滴向前喷喷射；在在粉末喷喷涂时，，不存在在粉末的的细化和和雾化过过程，直直接在压压缩气流流或热源源射流推推动下发发生喷射射。363、热喷涂涂涂层的的形成机机理（3）粒子的的飞行阶阶段熔化或软软化的微微细颗粒粒首先被被气流或或射流加加速。（4）粒子的的喷涂阶阶段具有一定定速度和和温度的的粒子到到达基材材表面，，与基材材发生强强烈的碰碰撞。粒粒子在碰碰撞的瞬瞬间撞击击基体表表面或撞撞击已经经形成的的涂层，，把动能能转化为为热能后后传给基基体，同同时粒子子在凹凸凸不平的的表面发发生变形形，形成成扁平状状粒子，，并且迅迅速凝固固成涂层层。喷涂涂的粒子子不断飞飞向基材材表面，，产生碰碰撞-变形-冷凝的过过程，变变形粒子子和基材材之间及及粒子和和粒子之之间相互互交叠在在一起，，形成涂涂层。涂涂层形成成过程如如下图所所示。37冲击碰碰撞撞变变形形凝凝固固-收缩热喷涂涂涂层形成成过程示示意图384、涂层层的结合合机理涂层的结结合包括括涂层和和基材的的结合及及涂层之之间的结结合。前前者的结结合强度度称为结结合力，，后者的的结合强强度称为为内聚力力。热喷涂层层可能的的结合机机理如下下：1）机械结结合熔融态的的粒子撞撞击到基基材表面面，铺展展成扁平平状的液液态薄层层，嵌合合在起伏伏不平的的表面形形成机械械结合，，又称为为抛锚效效应。机机械结合合和基材材表面的的粗糙程程度密切切相关。。如果对对基体不不进行粗粗化处理理，而进进行抛光光处理，，热喷涂涂层的结结合力很很弱。相相反，使使用喷砂砂、粗车车、车螺螺纹或化化学腐蚀蚀等方法法粗化基基体表面面，涂层层和基体体的结合合强度提提高。392）物理结结合当高速运运动的熔熔融粒子子撞击基基体表面面后，若若界面两两侧紧密密接触的的距离达达到原子子晶格常常数范围围内时，，产生范范德华力力，提高高基体和和涂层间间的结合合强度。。基体表表面的干干净程度度直接影影响界面面两侧喷喷涂粒子子和基体体间的原原子距离离，因此此要求表表面非常常干净且且处于活活化状态态。喷砂砂可使基基体表面面呈现异异常清洁洁的高活活性的新新鲜金属属表面，，然后立立即喷涂涂能够增增加物理理结合程程度，从从而提高高基体和和涂层的的结合强强度。3）扩散结结合当熔融的的喷涂粒粒子高速速撞击基基体表面面形成紧紧密接触触时，由由于变形形和高温温作用，，基体表表面的原原子得到到足够的的能量，，使涂层层与基体体之间产产生原子子扩散，，形成扩扩散结合合。扩散散的结果果使在界界面两侧侧微小范范围内形形成一层层固溶体体或金属属间化合合物，增增加了涂涂层和基基体之间间的结合合强度。。404）冶金结结合当基体预预热，或或喷涂粒粒子有高高的熔化化潜热，，或喷涂涂粒子本本身发生生放热化化学反应应（如Ni/Al）时，熔熔融态的的粒子和和局部熔熔化的基基体之间间发生““焊合””现象，，产生““焊点””，形成成微区冶冶金结合合。由于于凝固时时间（或或化学反反应时间间）很短短，“焊焊点”不不可能很很强，但但是对粒粒子和基基体间及及粒子间间都会产产生增强强作用。。在喷涂涂放热型型反应的的粘结底底层时，，在基体体表面微微区内，，特别是是在喷砂砂后的突突出尖部部，接触触瞬间温温度可高高达基体体的熔点点，容易易产生这这种结合合方式。。喷涂粒子子间的结结合是以以机械结结合为主主，物理理结合、、扩散结结合、冶冶金结合合、晶体体外延等等综合作作用也有有一定效效果。415、热喷喷涂材料料热喷涂材材料是涂涂层的原原始材料料，在很很大程度度上决定定了涂层层的物理理和化学学性能。。在此主主要介绍绍热喷涂涂线材、、热喷涂涂粉末和和复合材材料粉末末。1）.热喷涂线线材线材包括括碳钢丝丝、不锈锈钢丝、、铝丝、、铜丝、、复合喷喷涂丝及及镍、铜铜、铝的的合金丝丝等。2）.热喷涂粉粉末粉末材料料可以分分为金属属及合金金粉末、、陶瓷粉粉、复合合材料粉粉末和塑塑料颗粒粒等。4243FlamesprayingPrinciple:Intheseprocesses,aconsumable(usuallyapowderorawire)isheatedandpropelledontoasubstratetoformacoating.SchematicofthepowderflamesprayprocessSchematicofthewireflamesprayprocess44CharacteristicsofflamesprayingFlamesprayingistheoldestofthethermalsprayingprocesses.Awidevarietyofmaterialscanbedepositedascoatingsusingthisprocessandthevastmajorityofcomponentsaresprayedmanually.Flamesprayinghasdistinctadvantages,includingeaseofapplicationandlowcost,comparedwiththeothersprayingprocesses.Thesebenefitsmakeitawidelyusedprocess.Flamesprayingusestheheatfromthecombustionofafuelgas(usuallyacetyleneorpropane)withoxygentomeltthecoatingmaterial,whichcanbefedintothesprayinggunasapowder,wireorrod.Theconsumabletypesgiverisetothetwoprocessvariants:Powderflamespraying:Forthepowderflamesprayingprocess,powderisfeddirectlyintotheflamebyastreamofcompressedairorinertgas(argonornitrogen).Alternatively,Itisimportantthatthepowderisheatedsufficientlyasitpassesthroughtheflame.Thecarriergasfeedspowderintothecentreofanannularcombustionflamewhereitisheated.Asecondouterannulargasnozzlefeedsastreamofcompressedairaroundthecombustionflame,whichacceleratesthesprayparticlestowardsthesubstrateandfocusestheflame.WireflamesprayingInthewireflamesprayingprocess,thewirefeedrateandflamesettingsmustbebalancedtoproducecontinuousmeltingofthewiretogiveafineparticulatespray.Theannularcompressedairflowatomisesandacceleratestheparticlestowardsthesubstrate.46ApplicationsofflamesprayingFlamesprayingiswidelyusedwherelowercoatingcostsaredesiredandalowercoatingqualitycanbetolerated.Sometypicalapplicationsinclude:Corrosionprotectionofstructuresandcomponents(e.g.bridges,offshoreplatforms,LPGbottles)withaluminiumorzinccoatings.Aluminiumismoreexpensive,buthasresistancetoacidicgaseousatmospheres(suchasthoseassociatedwiththeproductsoffossilfuelcombustion),aswellasneutralsolutions,suchassaltwater.Zinchasresistancetoalkalinecorrosion.Flamesprayingisalsousedtospraycorrosionresistantthermoplasticpolymercoatings.Reclamationofwornshafts,particularlyofbearingareaswithmaterialssuchasstainlesssteelorbronzealloys.Thecoatingsproducedarequiteporousandlubricantscanbeabsorbedintothecoating,enhancingtheperformanceofthebearing.50ArcsprayingPrinciple:Arcsprayingisthehighestproductivitythermalsprayingprocess.ADCelectricarcisstruckbetweentwocontinuousconsumablewireelectrodesthatformthespraymaterial.Compressedgas(usuallyair)atomisesthemoltenspraymaterialintofinedropletsandpropelsthemtowardsthesubstrate.51ArcsprayingCharacteristics:Theprocessissimpletooperateandcanbeusedeithermanuallyorinanautomatedmanner.Itispossibletosprayawiderangeofmetals,alloysandmetalmatrixcompositesinwireform.Inaddition,alimitedrangeofcermetcoatings(withtungstencarbideorotherhardmaterials)canalsobesprayedincoredwireform,wherethehardceramicphaseispackedintoametalsheathasafinepowder.Acombinationofhigharctemperatureandparticlevelocitiesgreaterthan100m.sec-1givesarcsprayedcoatingssuperiorbondstrengthsandlowerporositylevelswhencomparedwithflamesprayedcoatings.However,useofcompressedairfordropletatomisationandpropulsiongivesrisetohighcoatingoxidecontent.52Thetypicalperformanceofarcsprayingcomparedwithotherthermalsprayingprocesses

Particlevelocity

m.s-1Adhesion

MPaOxidecontent(inmetals)

%Porosity

%Depositionrate

kg.hr-1Typicaldepositthickness

mmFlame40<810-1510-151-100.2-10Arc10010-3010-205-106-600.2-10Plasma200-30020-701-35-101-50.2-2HVOF600-1000>701-21-21-50.2-253ApplicationsArcsprayinghasthehighestdepositionrateofthethermalsprayingprocessesandcanbeusedtospraylargeareasorlargenumbersofcomponentsonrepetitiveproductionlineoperations.Typicalapplicationsinclude:Sprayingoflargestructuressuchasbridgesandoffshorefabricationswithzincandaluminiumtogivecorrosionprotection.Reclamationofengineeringcomponentssuchasjournals,bearingsandshaftswithsteelandbronzealloys.Sprayingofelectroniccomponenthousingswithcopper,zincandaluminiumtogiveconductivecoatingswhichprovideshieldingfromelectromagneticinterference.Camshaftbearingrecoveredbyarcsprayingwith13%Crsteel54RisksandprecautionsAswithallthethermalsprayingprocessesthereareparticularhealthandsafetyissuesthatmustbeaddressedbeforesprayingExtractionofdustandfume-Allthermalsprayingprocessesproducedustandfume.Therefore,adequateextractionorventilationtoremovethisdustandfumefromtheparticularworkingenvironmentshouldbeprovided.Inaddition,iftheoperatorisexposedtothisenvironment,thensuitablebreathingequipmentshouldbeconsidered.Arceye-ArcsprayingproduceslargeamountsofUVradiationandweldingtypeeyeprotectionisneeded.Thecorrectgradeofweldingscreenmustbeused.UsersshouldrefertoEN169whichspecifiesarangeofpermanentfiltershadesofgraduallyincreasingopticaldensitywhichlimitexposuretoradiationemittedbydifferentprocessesatdifferentcurrents.Itmustbestressedthatshadenumbersindicatedinthestandardandthecorrespondingcurrentrangesareforguidanceonly.Fireorexplosionofdustandfume-Buildupofsomemetalsintheformofdustcanleadtofireandexplosions.Thisisofconcernforpowdersofaluminiumandzinc.Toavoidthis,adequateprovisionforextractionandfiltrationofthespraydust,alongwithregularcleaning,shouldbeprovided.Thedustshouldnotbeallowedtogetdampasthiscanleadtoevolutionofhydrogengas.Additionally,sourcesofignitionshouldbeavoidedsuchasstaticchargesfromrotatingequipment,forexamplefansintheducting.56PlasmasprayingPrinciple:TheplasmasprayingprocessusesaDCelectricarctogenerateastreamofhightemperatureionisedplasmagas,whichactsasthesprayingheatsource.Thecoatingmaterial,inpowderform,iscarriedinaninertgasstreamintotheplasmajetwhereitisheatedandpropelledtowardsthesubstrate.Becauseofthehightemperatureandhighthermalenergyoftheplasmajet,materialswithhighmeltingpointscanbesprayed.Characteristicsofplasmaspraying:Plasmasprayingproducesahighqualitycoatingbyacombinationofahightemperature,highenergyheatsource,arelativelyinertsprayingmediumandhighparticlevelocities,typically200-300m.sec-1.However,someairbecomesentrainedinthespraystreamandoxidationofthespraymaterialmayoccur.Thesurroundingatmospherealsocoolsandslowsthespraystream.Vacuumplasma(VPS)orlowpressureplasmaspraying(LPPS)reducestheseproblemsbysprayinginvacuumoralowpressure,inertgasenvironment.Plasmasprayingiswidelyappliedintheproductionofhighqualitysprayedcoatings.58ApplicationofplasmasprayingSprayingofsealringgroovesinthecompressorareaofaeroengineturbineswithtungstencarbide/cobalttoresistfrettingwear.Sprayingofzirconia-basedthermalbarriercoatings(TBCs)ontoturbinecombustionchambers.Sprayingofwearresistantaluminaandchromiumoxideceramicontoprintingrollsforsubsequentlaseranddiamondengraving/etching.Sprayingofmolybdenumalloysontodieselenginepistonrings.Biocompatiblehydroxyapatitecoatingsforprostheses.59ExamplesofplasmasprayingAeroengineturbineductwithathermalbarriercoatingPrinciple:isbasicallythesameasthecombustionpowdersprayprocess(LVOF)exceptthatthisprocesshasbeendevelopedtoproduceextremelyhighsprayvelocity.ThereareanumberofHVOFgunswhichusedifferentmethodstoachievehighvelocityspraying.OnemethodisbasicallyahighpressurewatercooledHVOFcombustionchamberandlongnozzle.Fuel(kerosene,acetylene,propyleneandhydrogen)andoxygenarefedintothechamber,combustionproducesahothighpressureflamewhichisforceddownanozzleincreasingitsvelocity.PowdermaybefedaxiallyintotheHVOFcombustionchamberunderhighpressureorfedthroughthesideoflavaltypenozzlewherethepressureislower.Anothermethodusesasimplersystemofahighpressurecombustionnozzleandaircap.Fuelgas(propane,propyleneorhydrogen)andoxygenaresuppliedathighpressure,combustionoccursoutsidethenozzlebutwithinanaircapsuppliedwithcompressedair.ThecompressedairpinchesandacceleratestheflameandactsasacoolantfortheHVOFgun.Powderisfedathighpressureaxiallyfromthecentreofthenozzle.HighVelocityOxygenFuelThermalSprayProcess-HVOF61CharacteristicsofHVOFThecoatingsproducedbyHVOFaresimilartothoseproducebythedetonationprocess.HVOFcoatingsareverydense,strongandshowlowresidualtensilestressorinsomecasescompressivestress,whichenableverymuchthickercoatingstobeappliedthanpreviouslypossiblewiththeotherprocesses.TheveryhighkineticenergyofparticlesstrikingthesubstratesurfacedonotrequiretheparticlestobefullymoltentoformhighqualityHVOFcoatings.Thisiscertainlyanadvantageforthecarbidecermettypecoatingsandiswherethisprocessreallyexcels.HVOFcoatingsareusedinapplicationsrequiringthehighestdensityandstrengthnotfoundinmostotherthermalsprayprocesses.Newapplications,previouslynotsuitableforthermalspraycoatingsarebecomingviable.62Highvelocityoxyfuel(HVOF)sprayingtheversatile,highdepositionratethermalsprayingprocessfordense,highperformancecoatingsPrinciple:TheDetonationgunbasicallyconsistsofalongwatercooledbarrelwithinletvalvesforgasesandpowder.Oxygenandfuel(acetylenemostcommon)isfedintothebarrelalongwithachargeofpowder.Asparkisusedtoignitethegasmixtureandtheresultingdetonationheatsandacceleratesthepowdertosupersonicvelocitydownthebarrel.Apulseofnitrogenisusedtopurgethebarrelaftereachdetonation.Thisprocessisrepeatedmanytimesasecond.Thehighkineticenergyofthehotpowderparticlesonimpactwiththesubstrateresultinabuildupofaverydenseandstrongcoating.DetonationThermalSprayingProcessColdspraycoatingprocessDrAntolliPapyrinandcolleaguesattheRussianAcademyofScienceswerethefirsttodemonstratethecoldsprayprocessinthemid-1980s.Principle:TheColdSprayprocessbasicallyusestheenergystoredinhighpressurecompressedgastopropelfinepowderparticlesatveryhighvelocities(500-1500m/s).Compressedgas(usuallyhelium)isfedviaaheatingunittothegunwherethegasexitsthroughaspeciallydesignednozzle(lavaltypemostly)atveryhighvelocity.Compressedgasisalsofedviaahighpressurepowderfeedertointroducepowdermaterialintothehighvelocitygasjet.Thepowderparticlesareacceleratedandmoderatelyheatedtoacertainvelocityandtemperaturewhereonimpactwithasubstratetheydeformandbondtoformacoating.Aswiththeotherprocessesafinebalancebetweenparticlesize,density,temperatureandvelocityareimportantcriteriatoachievethedesiredcoating.66CharacteristicsofcoldsprayprocessTheparticlesremaininthesolidstateandarerelativelycold,sothebulkreactiononimpactissolidstateonly.Theprocessimpartslittletonooxidationtothespraymaterial,sosurfacesstaycleanwhichaidsbonding.Nomeltingandrelativelylowtemperaturesresultinverylowshrinkageoncooling,pluswiththehighstraininducedonimpact,thecoatingstendtobestressedincompressionandnotintensionlikeliquid/solidstatereactionsofmostoftheotherthermalsprayprocesses.Lowtemperaturesalsoaidinretainingtheoriginalpowderchemistryandphasesinthecoating,withonlychangesduedeformationandcoldworking.Bondingreliesonsufficientenergytocausesignificantplasticdeformationoftheparticleandsubstrate.Underthehighimpactstressesandstains,interactionoftheparticleandsubstratesurfacesprobablycausedisruptionofoxidefilmspromotingcontactofchemicallycleansurfacesandhighfrictiongeneratingveryhighlocalisedheatingpromotingbondingsimilartofrictionorexplosivewelding.Coatingsatpresentarelimitedtoductilematerialslikealuminium,stainlesssteel,copper,titaniumandalloys.Hardandbrittlematerialslikeceramicscannotbesprayedinthepureform,butmaybeappliedascompositeswithaductilematrixphase.Substratematerialsarealsolimitedtothosethatcanwithstandtheaggressiveactionofthesprayparticles.Softorfriablesubstrateswilleroderatherthanbecoated.Thecoldsprayprocessisstillprimarilyintheresearchanddevelopmentstageandonlynowbecomingcommerciallyavailable.67ColdSprayProcessAdvantages:Lowtemperatureprocess,nobulkpaticlemeltingretainscomposition/phasesofinitialparticlesverylittleoxidationhighhardness,coldworkedmicrostructureeliminatessolidificationstresses,enablesthickercoatingslowdefectcoatingslowerheatinputtoworkpiecereducescoolingrequirementpossibleeliminationofgritblastsubstratepreparationNofuelgasesorextremeelectricalheatingrequiredReduceneedformasking68ColdSprayProcessDisadvantagesHardbrittlematerialslikeceramicscannotbesprayedwithoutusingductilebindersNotallsubstratematerialswillacceptcoatingHighgasflows,highgasconsumption.Heliumveryexpe