第十一章涂装技术

10.3渗碳和渗氮钢铁的渗碳、渗氮处理可使钢件表面具有很高的硬度和耐磨性，而心部仍然保持良好的塑性和韧性。10.3.1渗碳1、渗碳应用为了增加钢件表层的含碳量并获得一定的碳浓度梯度，将钢件置于渗碳介质中加热和保温，使碳原子渗入表面的工艺称渗碳。渗碳是钢材化学热处理中应用最广泛的一种工艺，主要用于表面受严重磨损并承受较大冲击载荷的零件。2、渗碳工艺渗碳分为固体渗碳、液体渗碳和气体渗碳。固体渗碳生产效率低，质量不易控制；液体渗碳环境污染大、劳动条件差。气体渗碳是在密封的可控气氛加热炉中进行，在含碳气氛中将低碳（合金）钢加热到奥氏体化的高温（>900℃），碳原子吸附在工件表面并渗入钢的内部，然后经淬火+低温回火使工件表面具有高硬度和高耐磨性，而心部仍保持较较好的塑性和韧性。工艺成熟，是一种最常用的渗碳方法；被处理的材料是价格低廉的低碳钢，处理成本低；渗碳后的零件性能合理；应用面广，如齿轮、轴类等。2工艺特点（1）渗碳气氛液态渗碳介质（如煤油、丙酮等）或气态渗碳介质（如甲烷、城市煤气等）在渗碳炉内高温分解，析出活性碳原子CH4→2H2+[C]－18.1kcal2CO→CO2+[C]+41.2kcalCH4渗碳能力很强，在900℃为了使钢表面达到1.1％的含碳量，CO需95％，而CH4只要1.5％就够了。CO2、H2或O2等是脱碳气体，它们在渗碳气氛中的含量必须控制在0.5%以下。3影响气体渗碳的工艺因素渗碳温度越高，渗碳层越深

式中X－渗层深度（mm)；τ－时间（h)；T－温度(K)提高渗碳温度可显著加速渗碳过程。但过高的温度将导致晶粒粗化，表层高的碳浓度易形成网状碳化物，增加淬火变形开裂倾向。一般渗碳温度为900～950℃。（2）渗碳温度随着渗碳时间的延长，渗碳层的厚度呈非线性增加，一般渗碳时间为2~30小时。（3）渗碳时间合金元素对碳在奥氏体中的扩散有显著的影响。碳化物形成元素（Cr、W、Mo等）能降低碳的扩散系数，增大碳的浓度梯度。而非碳化物形成元素（Si、Co、Ni等）则提高碳的扩散系数。Mn对碳的扩散系数几乎没有影响。钢的化学成分对钢的淬透性和限制晶粒长大的能力有着重要的影响，是渗碳钢的两项重要指标。渗碳钢中加入合金元素的目的是提高钢的心部强度、提高钢的淬透性（Si、Mn、Cr、Ni、Mo等）和细化晶粒（Ti、V、Mo等）。如20Cr、20CrMnTi等（4）钢的化学成分对渗碳层的影响按渗碳层厚度分为浅层（<0.7mm）；常规（0.7~1.5mm）；深层（>1.5mm）渗碳。3气体渗碳的主要方式10.3.2渗氮1、渗氮的应用渗氮也称氮化，是指在一定温度下使活性氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺。渗氮在机械工业中获得了广泛应用，主要用于耐磨性和精度都要求较高的零件，或要求耐热、抗蚀的耐磨件。用氨（NH3）作为渗氮气体，氨在金属表面（催化）分解形成的原子氮被钢件表面吸附，并扩散到钢件内部。氮与金属之间的吸附是化学吸附，氮原子和金属原子组成共价键和离子键M－N(M指金属)。2、渗氮工艺气体渗氮过程（2）（1）氨分子吸附在金属表面；（2）氨分子在界面上分解成氮原子和氢原子；（6）最终的氮化层为ε相和γ‘相。渗氮过程（3）（3）吸附在金属表面的活性氮原子溶解于α-Fe中，从外向内扩散形成一定的浓度梯度；（4）当α-Fe中氮的浓度超过一定值后生成氮化物；（5）氮化物沿金属表面的垂直方向和平行方向长大增厚；(1)渗氮温度：一般在500～580℃左右。温度越高渗氮层越厚。温度过高使氮化物聚集长大，降低渗氮层的硬度。(2)渗氮时间：渗氮层厚度的增长是先快后慢。主要渗氮工艺参数（1）(3)氨分解率：某一温度下氨分解出的氮、氢混合气体占整个炉气的体积百分数。过高或过低都降低渗氮速度。一般氨分解率在15～40％时钢吸收氮的速度最快。气体渗氮温度低、渗氮周期长、成本高、渗层薄，当表面有白亮化合物层时会增加渗氮工件的脆性。主要渗氮工艺参数（2）第十一章涂装技术涂装是将有机涂料通过一定的方法涂覆于物体表面并干燥成膜的过程。涂装所用的有机涂料称为“涂料”或俗称“油漆”。11.1涂料11.1.1涂料的基本组成涂料是一种有机混合物，一般由成膜物质、颜料、溶剂和助剂四部分组成。成膜物质是组成涂料的基础组分，是决定涂料性能的主要因素。涂料一般有天然油脂、天然树脂和合成树脂。涂料的成膜物质主要分为两类：1）非转化型成膜物质：在涂料成膜过程中的组成结构不发生变化，即涂膜的组成结构与成膜物质相同。特点：涂膜具有热塑性，受热软化，冷却后又变硬，多具有可溶、可熔性；2）转化型成膜物质：在成膜过程中的组成结构发生变化，形成与原来组成结构完全不相同的涂膜。现代涂料很少使用单一品种作为成膜物质，而经常是采用几个树脂品种互相补充或互相改性，以适应多种方面性能要求。11.1.2涂料的分类和命名1）按主要成膜物质分：1、涂料的分类：2）按涂料的形态分：粉末涂料、溶剂型涂料、无溶剂型涂料和水溶性涂料；3）按干燥方法分：烘烤涂料、自干涂料、强制干燥涂料、潮气固化涂料、催化干燥涂料、紫外线固化涂料、电子束固化涂料；4）按施工工序分：底漆、腻子、二道漆（中间漆）、面漆、罩光漆；5）按涂装方法分：刷漆、浸漆、流漆、喷漆、烘漆、电泳漆、静电漆；6）按涂料用途分：汽车漆、飞机蒙皮漆、木器漆、桥梁漆、玻璃漆、皮革漆、纸张漆；7）按使用目的分：防锈漆、耐酸漆、耐火漆、耐油漆、绝缘漆。2、涂料产品的命名1）涂料的命名原则涂料产品的全名=颜料或颜色名称+成膜物质名称+基本名称2）涂料的型号涂料型号=成膜物质+基本名称+序号3）辅助材料的型号辅助材料的型号由两部分组成：第一部分为辅助材料的种类，用汉语拼音字母表示；第二部分为序号。11.1.3涂料成膜机理涂装就是涂料在物体表面涂覆并成膜的过程。由非转化型成膜物质组成的涂料以物理方法成膜；有转化膜成膜物质组成的涂料以化学方式成膜。1、物理成膜方法依靠涂料内的溶剂直接挥发或聚合物粒子凝聚获得涂膜的过程，称为物理成膜方式。1）溶剂挥发成膜方式：溶剂挥发使涂料干燥成膜的过程，这是液态涂料在成膜过程中必须经过的一种形式。这一过程中，成膜物质没有发生化学变化，通常在大气室温下就能迅速完成，也不需固化剂。这类涂料常常又称为挥发性漆。2）聚合物凝聚成膜方式：指涂料中的高聚物粒子在一定条件下互相凝聚成为连续的固态涂膜的过程，这是分散型涂料的主要的成膜方式。2、化学成膜方法化学成膜过程是通过化学反应而交联固化成膜。1）涂料与空气中的成分发生交联固化反应：指涂料与空气中的氧或水蒸气发生化学反应而交联固化成膜。2）涂料中组成之间的交联固化反应：a.单组分涂料：涂料中的组分在常温下不发生反应，当被加热或受到辐射等作用时才发生反应。b.双组分或多组分涂料：将具有相互反应活性的组分分装于不同容器中，施工前才按比例进行混合；施涂过程和施涂后，各组份间发生交联反应成膜。11.2涂装技术11.2.1涂装工艺1、涂前表面预处理：表面整平→除油→除锈→化学处理2、涂料涂覆3、涂膜干燥固化：自然干燥和人工干燥自然干燥节约能源，但干燥时间长，质量不稳定，应用受到一定限制；人工干燥分为加热干燥和照射固化11.2.2涂装方法1、一般涂装方法1）刷涂法2）浸镀法3）淋镀法4）空气喷涂法5）高压无气喷涂2、静电喷涂静电喷涂法是以接地工件作为阳极，以涂料雾化器作为阴极接负高压（60~100kV），此时在两极间形成高压静电场，在阴极上产生电晕放电。3、电泳涂装电泳涂装实际上就是在水中进行的静电涂装，即利用直流电使带电的树脂粒子在电场的作用下，电沉积在被涂件表面。电泳涂装有阳极电泳和阴极电泳。无论是阳极电泳还是阴极电泳涂装，都涉及复杂的电化学过程，主要由电解、电泳、电沉积和电渗四个过程配合进行。1）电解2）电泳：指分散在极性介质中的带电涂料胶体粒子向带电荷相反的电极方向移动。3）电沉积4）电渗：在电场的作用下，树脂胶体粒子向阳极移动并沉积时，水和助溶剂从阳极附近穿过沉积的涂膜进入溶液中，使涂膜脱水并致密化。这种相对移动称为电渗。电泳涂装的优点：可实现自动化连续生产，劳动强度低，效率高；电泳涂料以水做稀释剂，无中毒和火灾危险，对大气污染小，涂料利用率高达95%以上；电泳涂膜表面均匀，附着力好，适合复杂形状的工件涂装，内腔表面也可沉积膜层。缺点：设备复杂，投资大，涂料品种受限，目前仅限于水溶性涂料和水乳化漆，颜色仅限于深色底漆或单层底面两用漆，而白色及浅色交困难。4、粉末涂装粉末涂装是把粉末涂料涂布在工件表