第五章 表面涂覆技术-part2

《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。

现代表面技术钱苗根，姚寿山，张少宗编著第一章表面技术概论1．表面技术的主要提高路径：施加各种覆盖层（电镀，化学镀，涂装，粘结，堆焊，熔结，热喷涂，塑料粉末涂覆，热浸镀，真空蒸镀，溅射镀，离子镀，化学气相沉积，分子束外延，离子束合成薄膜技术等）和表面改性技术（喷丸强化，表面热处理，化学热处理，等离子扩渗处理，激光表面处理，电子束表面处理，高密度太阳能表面处理，离子注入表面改性等）。

第二章表面科学的某些基本概念和理论1．固体材料的界面有三种：表面（固体材料与气体或液体的分界面）；晶界，或亚晶界（多晶材料内部成分、结构相同而取向不同晶粒或亚晶之间的界面）；相界（固体材料中成分、结构不同的两相之间的界面）2．表面的两种对象：清洁表面（是指不存在任何污染的化学纯表面，即不存在吸附、催化反应或杂质扩散等一系列物理、化学效应的表面）、实际表面（暴露在未加控制的大气环境中的固体表面，或者经过一定加工处理保持在常温和常压下的表面）。

3．清洁表面在几个原子层范围内的偏离三维周期性结构的主要特征有：表面弛豫、表面重构和表面台阶结构。

4．实际表面的一些重要情况：①表面粗糙度，是指加工表面上具有较小间距的峰和谷所组成的微观几何形状特征；②贝尔比层和残余应力，具有较高的耐磨性和耐蚀性；③表面氧化和吸附、沾污，吸附有物理和化学吸附。

第三章电镀和化学镀1．电镀是指在含有欲镀金属的盐类溶液中，以被镀基体金属为阴极，通过电解作用使镀液中欲镀金属的阳离子在基体金属表面沉积出来，形成镀层的一种表面加工方法。

2．电镀液的组成及作用：主盐，提供金属离子；络合剂，形成络合物，提高阳极开始钝化电流密度；附加盐，提高电镀液的导电性；缓冲剂，稳定溶液酸碱度的物质；阳极活化剂，提高阳极开始钝化的电流密度，从而保证阳极处于活化状态而能正常的溶解；添加剂，显著改善镀层的物质。

3．电镀溶液的分散能力是指电镀液中所具有的使金属镀层厚度均匀分布的能力，也称均镀能力；镀液的分散能力越好，在不同阴极部位所沉积出的金属层厚度就越均匀。

金属材料的表面涂覆技术金属材料是现代工业制造中不可或缺的一种材料。

但是，金属材料在制作过程中存在一些缺陷，如易生锈、易腐蚀、表面硬度低等问题，这些问题不仅影响了产品的使用寿命，还会对产品的质量和市场竞争力造成影响。

为了解决这些问题，人们发明了金属材料的表面涂覆技术。

表面涂覆技术是将其他材料涂覆到金属材料的表面，以改变其表面性能，如提高耐腐蚀性、耐磨性和耐热性等。

表面涂覆技术不仅可以延长金属材料的使用寿命，还可以节约原材料和提高生产效率。

表面涂覆技术常用的材料有：镀层、喷涂和覆盖层等。

下面分别介绍一下这几种技术。

一、镀层技术镀层技术是将金属材料表面涂覆一层金属镀层，以提高其表面性能。

常用的镀层材料有铬、镍、锌、铜、锡等。

镀层工艺可以分为电镀、化学镀和真空镀三种。

1. 电镀电镀是通过电化学反应在金属材料表面沉积一层金属镀层，形成电化学反应的条件有电解质、电源和阳极、阴极。

电镀具有镀层厚度均匀、耐腐蚀性好、外观美观等优点。

但是电镀的缺点是需要大量的电能和净水资源，而且生产过程中还可能产生一些对环境有害的废水。

2. 化学镀化学镀是在金属材料表面化学反应形成金属镀层，而不需要通过电化学反应。

常用的氧化还原反应和亲和性反应。

化学镀层具有成本低、生产效率高、环保等优点，但缺点是镀层厚度不均匀、容易出现表面缺陷。

3. 真空镀真空镀是在真空环境下通过蒸发和电弧等方式，将金属材料表面涂覆一层金属镀层。

真空镀技术可以制备多层复合镀层，镀层具有良好的耐磨性、耐腐蚀性和耐高温性能等。

真空镀的缺点是生产成本高、工艺复杂。

二、喷涂技术喷涂技术是通过气体或液体等物质将涂层喷涂到金属材料表面，形成一层均匀的涂层。

喷涂技术分为热喷涂和冷喷涂两种。

1. 热喷涂热喷涂是将涂层材料加热融化，然后通过气体喷枪将融化的涂层材料喷涂到金属材料表面，形成一层均匀的涂层。

热喷涂技术可以制备各种不同种类的涂层，对金属材料及其固体材料有良好的附着性、高强度、高孔隙度等。

表面涂层技术表面涂层技术是一种有着重要作用的金属处理工艺，在目前的工业应用中，有着广泛的应用，如包括汽车、航空航天、机械、石油化工、冶金等工业部门。

表面涂层的定义是：将其他的材料分散在被处理物的表面，产生一层不同于原有物质的薄层，以达到材料结构的改善与性能的改善。

涂层的厚度一般在1~100μm之间，而厚度大约小于10微米的涂层叫做超薄涂层。

表面涂层技术是利用一定条件下高温、高压、电阻等方式，在金属基体表面或其它物体表面，将金属粉末、金属纤维和其它粉末材料熔化溶体、气体等混合材料精确涂覆，形成结构均匀的非金属薄膜层的一种工艺。

表面涂层技术具有广泛的应用可能性，主要有以下几种用途：一是空气阻力表面涂层。

空气阻力表面涂层是一种金属表面，能够有效抗氧化、防锈、减少空气摩擦力和改善表面精度的处理技术。

二是抗腐蚀表面涂层。

抗腐蚀表面涂层是一种利用化学特性，以保护金属表面不受腐蚀的技术。

三是耐热表面涂层。

耐热表面涂层指的是利用高温耐性和良好的绝缘效果，对那些需要长期经受高温环境的物体进行保护的表面处理技术。

四是金属表面涂层。

金属表面涂层简单地说，就是在金属表面施加一层金属的薄膜，以保护表面不受腐蚀、抗氧化、防锈等。

表面涂层技术广泛应用于不同行业，且广泛应用于多种表面处理，具有改善性能，降低摩擦系数，提高表面硬度，延长使用寿命，改善耐热性等优点。

但是由于涂层材料易尘埃堆积和脱落，所以需要经常进行清洁和维护。

此外，涂层技术也有一定的成本，必须进行严格的评估，以确保质量和性能。

表面涂层技术的应用范围极其广泛，能够解决很多表面处理技术的问题。

只有理解清楚涂层技术，以及其应用范围和评估成本，才能使用涂层技术正确解决表面处理问题。

第五章表面处理与涂层技术表面处理与涂层技术是从金属材料与腐蚀介质的界面处着手，从而得到防腐蚀的目的，主要包括金属表面处理、金属涂镀层和非金属涂层。

§5.1 金属表面处理[1,2]主要包括铝及铝合金的氧化、钢铁的氧化和磷化以及不锈钢的钝化等三部分。

一．铝及铝合金的氧化铝及铝合金在大气中虽然能够自然形成一层氧化膜，但膜薄（4~5nm）而疏松多孔，为非晶态、不均匀、不连续的膜层，不能作为可靠的防护—装饰性薄膜。

随着铝制品加工工业的不断发展，在工业上越来越广泛地采用化学氧化或阳极氧化的方法，在铝及铝合金制件表面形成一层氧化膜，以达到防护—装饰目的。

经化学氧化处理获得的氧化膜，厚度一般在0.3~4μm，质地柔软，耐磨和抗蚀性能均低于阳极氧化膜。

所以，除有特殊用途外，很少单独使用。

但因为它多孔且具有较好的吸附能力，在其表面再涂漆，可以有效地提高铝及铝合金制品的耐蚀性和装饰性。

经阳极氧化处理获得的氧化膜，厚度一般在5~20μm，硬质阳极氧化膜厚度可达60~250μm，膜层具有以下特性：（1）硬度较高（见表5-1）。

纯铝氧化膜的硬度比铝合金氧化膜的硬度高。

通常它的硬度大小与铝合金的成份、电解液组成及阳极氧化时的工艺条件有关。

阳极氧化膜不仅硬度高，而且具有较好的耐磨性，尤其是表面层多孔的氧化膜具有吸附润滑剂的能力，可进一步改善表面的润滑性能。

表5-1 几种材料的硬度比较材料名称显微硬度，HV未经氧化的纯铝30~40铝合金的阳极氧化膜400~600纯铝合金氧化膜1200~1500经淬火的工具钢1100硬铬镀层600~800刚玉2000（2）有较高的耐蚀性。

这是由于阳极氧化膜有较高的化学稳定性。

经测试，纯铝的阳极氧化膜比铝合金的阳极氧化膜耐蚀性好。

这是由于合金成分夹杂或形成金属化合物不能被氧化或被溶解，使得氧化膜不连续或产生空隙，从而导致氧化膜耐蚀性降低。

所以一般经阳极氧化后所得膜必须进行封闭处理，才能提高其耐蚀性。

表面涂层技术表面涂层技术是当今重要的工艺流程之一，它可将一种特殊材质涂到物体表面，从而改变了物体本身的性能。

近年来，随着新材料和新技术的出现，表面涂层技术发展迅速，为很多领域的应用提供了方便，其中包括航空、航天、军事、电子、医疗等领域。

表面涂层技术的基本原理是在物体表面上涂装一种特定的涂料，从而改变物体本身的性能。

然而，为了得到一种质量高、性能稳定的涂料，需要完善的技术流程。

以下是表面涂层技术的基本步骤：1.喷涂：首先，将涂料注入涂装机，并对其进行对应的加热，以达到最佳的喷涂状态，然后将涂料喷涂到物体表面。

2.烘烤：涂装后，将物体放置在特定的烘烤箱中，以达到特定的温度、湿度、压力等条件，以使涂料表面可以完全固化。

3.研磨：在烘烤后，将涂装物体放置在研磨机中，进行研磨，以去除表面涂层中不必要的粉末和有害物质，以使涂料表面光洁平整。

4.检测：最后，对物体表面进行质量检测，确保其涂层表面质量满足要求，生产出合格的涂层物体。

表面涂层技术的应用十分广泛，其中包括航空、航天、军事、电子及医疗等领域。

航空航天领域：表面涂层技术可以在航空航天领域中使用，将特殊的保护涂料涂到飞机和其他航天器的表面，以防止外界环境的侵蚀和热损伤，延长使用寿命。

军事领域：军事领域中也广泛使用表面涂层技术，主要是为了改变装备的外观，使其不易被发现，以增加战斗力。

电子领域：电子领域中也大量使用表面涂层技术，主要用于改善电子元器件的耐腐蚀性，以增加电子元件的使用寿命和可靠性。

医疗领域：在医疗领域，表面涂层技术用于生产一些特殊的药物涂层设备，以提高药物的稳定性和可控性。

如今，随着新材料和新技术的出现，表面涂层技术将进一步完善和发展，为各行各业提供全面的表面改性技术，为人们提供更完善的服务。

总之，表面涂层技术具有广泛的用途，并已成为当今不可忽视的重要技术流程之一。

它通过对物体表面的涂装，可改变物体本身的性能，并且可以应用于航空航天、军事、电子和医疗等领域，为一系列的行业提供方便。