1、 表面工程與技術課程設計 表面粘涂技術學生姓名： 吳志峰 專 業： 金屬材料工程專業 班 級： 金材1301班 學 號： 1310440115 指導教師： 劉先蘭 職稱 教授 完成時間： 2016年5月 湖南工學院表面工程與技術課程設計課題任務書學院：機械工程學院 專業：金屬材料工程專業 指導教師劉先蘭學生姓名吳志峰課題名稱表面粘涂技術內容及任務1、目標：（1）閱讀15篇以上相關文獻；（2）撰寫出一篇5000字左右的小論文（格式要求按學校畢業設計論文規定的格式進行，詳見教務系統表格下載）。2、內容：（1）了解表面技術的原理、特點；（2）擬定工藝程序（3）分析處理過程和結果；（4）結論。3、要求

2、：（1）必須嚴肅認真，刻苦鉆研，一絲不茍，精益求精。（2）應在教師指導下獨立完成。學生必須發揮主觀能動性，積極思考問題，而不應被動地依賴教師查資料、給數據、定方案。（3）要正確處理參考已有資料與創新的關系。利用已有資料避免許多重復工作，但不能盲目地抄襲資料，必須具體分析，創造性地設計。（4）應按設計進程要求保質保量的完成設計任務。主要參考資料1姜銀方.現代表面工程技術(第2版). 北京：化學工業出版社，2014. 2王振廷.材料表面工程技術(第1版). 哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，2011. 3宣天鵬.表面工程技術的設計與選擇(第1版). 北京：機械工業出版社，2011. 3徐濱士.表面工程

3、的理論與技術(第2版). 北京：國防工業出版社，2010. 教研室意見 教研室主任：（簽字）年 月 日摘 要 本文先介紹了表面工程的發展歷程，及其與維修工程和表面粘涂技術的關系。然后分別從粘涂層的組成、表面粘涂技術的特點、主要技術性能、粘涂層的粘附理論四個方面詳細的介紹了表面粘涂技術。其中耐磨、耐腐蝕、耐熱、抗壓的技術性能在設備的修復與維護方面到了廣泛的應用。之后對表面粘涂技術進行了分類，并且對表面粘涂技術的工藝過程進行了著重的介紹。隨后介紹了表面粘涂技術在零件的潤滑、防腐蝕、磨損及尺寸超差的修復、零件的密封堵漏等方面的應用。顯示出了表面粘涂技術在設備修復與維護方面的重要作用與影響。最后介紹了

4、表面粘涂技術在現代社會的發展，其中粘涂材料與粘涂工藝方面的進展尤為突出，為表面粘涂技術的發展起到了促進的作用，使表面工程的發展向前邁了一大步。 關鍵詞：表面粘涂技術；發展歷程；特點；性能；應用；設備維修ABSTRACTThe technology in this paper, we first introduce the surface engineering development process, and maintenance engineering and surface adhesive coating technology. Then from the sticky coating

5、 composition, surface adhesive coating technology characteristics, main technical performance, sticky coating adhesion of the theory in detail introduced the surface adhesive coating technology. The wear resistance, corrosion resistance, heat-resistant, compression performance in equipment repair an

6、d maintenance to a wide range of applications. The surface adhesive coating technique for the classification, and the surface adhesive coating technique process were emphatically introduced. Then introduce the surface adhesive coating technology in parts of lubrication, corrosion, wear and size of r

7、epair, spare parts Sealing plugging, etc. the application. The surface adhesive coating technology in equipment repair and maintenance of the important function and influence. Finally, this paper introduces the surface adhesive coating technology in the development of modern society and progress of

8、the adhesive coating materials and adhesive coating process is particularly prominent, the promoting role for the development of surface adhesive coating technology, the development of surface engineering of a big step forward. Key words : surface coating technology;development;characteristics;prope

9、rties目 錄 摘 要IABSTRACTII1 表面工程發展歷程11.1表面工程11.2 表面工程與維修工程11.3 表面粘涂技術與表面工程12 表面粘涂技術22.1 粘涂層的組成2 粘料2 固化劑2 填料22.1.4 其他輔助材料22.2 表面粘涂技術的特點22.3 表面粘涂技術的主要技術性能3 粘接強度3 耐磨性3 耐腐蝕性3 耐熱性3 抗壓強度32.4 粘涂層的粘附理論3 機械結合理論3 吸附理論3 靜電理論4 擴散理論4 化學鍵理論43 表面粘涂技術的種類與粘涂工藝過程43.1表面粘涂技術分類43.2 粘涂工藝過程5粘接準備5 表面處理5 配膠5 粘涂涂層5 固化54 表面粘涂技術的

10、應用64.1 零件的潤滑64.2 零件的防腐蝕64.3 零件磨損及尺寸超差的修復64.4 零件密封堵漏65 表面粘涂技術新進展65.1 粘涂材料新進展65.1.1 改進現有膠粘劑的性能6 研制開發新的膠粘劑品種75.2 粘涂工藝新進展75.2.1 微膠囊技術7 固化新技術7 涂膠和包裝上的新技術75.3 粘附理論新進展7參考文獻81 表面工程發展歷程1.1表面工程 表面工程是經表面預處理后,通過表面涂覆,表面改性或多種表面工程技術復合處理,改變固體金屬表面或非金屬表面的形態、化學成分、組織結構和應力狀態,以獲得所需要表面性能的系統工程。工業現代化的發展對設備零部件表面性能的要求越來越高,特別是

11、在高速、高溫、高壓、重載、腐蝕介質等條件下,零部件材料的破壞往往自表面開始,如磨損、腐蝕、高溫氧化等。表面的局部損壞又往往造成整個零件失效,最終導致設備停產。改善材料的表面性能,會有效地延長其使用壽命。表面工程學科發展的重要標志是1983年英國伯明翰大學沃福森表面工程研究所的建立和1985年表面工程國際刊物的發行。近十幾年來,表面工程在中國的發展異常迅速,我國表面工程的研究與應用多從維修入手并逐步擴展到新設備與新產品的設計和制造中。自第六個五年計劃以來,通過在設備維修領域和制造領域推廣應用表面工程取得了幾百億元的經濟效益。1.2 表面工程與維修工程 表面工程支持了維修工程的發展,諸多表面工程技

12、術已逐步發展成為維修技術重要組成部分。由于在維修中采用了一些在設計與制造階段因技術水平限制而未能采用的表面工程新技術,因此,維修后不僅恢復了失效零件原來的性能,而且恢復后的性能往往大大超過新品。 (1)重載車輛軸承內外圈配合面采用刷鍍技術修復后,其相對耐磨性比新品高6.5倍。 （2)變速箱的輸出法蘭盤采用超音速火焰噴涂(HVOF)修復后,其使用壽命是新品的2.26倍。 （3)聚乙烯生產線上的造粒模板,進口價為3萬美元。由于磨損,使用1年后即需要更新。采用激光熔敷技術進行修復所需費用不足進口價的1/10。1.3 表面粘涂技術與表面工程 表面粘涂技術是表面工程技術的重要組成部分,它是通過以高分子聚

13、合物與功能填料(如金屬粉末、陶瓷粉末、石墨、二硫化鉬、纖維材料等)組成的復合材料涂敷于零部件的工作表面或配合表面以實現某種用途或功能的新技術,與簡單的傳統粘接有很大的區別。 表面粘涂技術和堆焊、熱噴涂、電刷鍍相比,工藝簡便,不需專門設備,無需消耗熱能和電能,修補劑涂敷于清理好的待修表面固化后,可進行各種機械加工,以滿足零件耐磨、耐蝕、尺寸恢復、缺陷填補、密封、堵漏等要求。修補劑一般可室溫固化,對零件無熱影響區,不產生熱變形,并可現場作業,減少停機時間。表面粘涂技術是一項簡便易行、低成本、高效、可靠、安全的維修新技術。2 表面粘涂技術2.1 粘涂層的組成 粘涂層的基本組成可歸納為：粘料、固化劑、

14、填料和輔助材料等四種組分。 粘料粘料也稱基料、膠料，是決定膠粘劑性能的主要成分；合成高分子化合物是膠粘劑中性能最好用量最多的粘料。粘料的功能是把涂層中的各種材料緊密結合在一起并牢固地粘著在基體表面形成堅固的涂層。 固化劑 固化劑同粘料發生化學反應，使膠粘劑固化,并改變粘料自身的結構, 對涂層的粘接強度有著十分重要的影響。對固化劑的要求是固化物的硬度高、韌性好、耐磨性好;室溫固化, 固化時間短。 填料填料是一種非粘性的固化物質, 特殊涂層如抗磨、減磨、絕緣、導電、耐蝕等要加入與之相應的特殊填料以獲得所需的性能。 其他輔助材料其它輔助材料如:促進劑、增韌劑、穩定劑等, 主要作用是改善涂層韌性、抗老

15、化性以及降低粘度, 提高涂敷質量等。2.2 表面粘涂技術的特點 (1)粘涂層應力分布均勻, 粘涂應用范圍廣, 能粘涂各種不同材料如金屬、陶瓷、塑料、水泥等制品。 (2)粘涂層厚度可以從幾十微米到幾十毫米,涂層具有良好的結合強度。 (3)粘涂一般是在較低溫度下進行的, 使被粘涂零件可以避免應力和熱變形的產生, 尤其適合薄壁零件和受熱敏感、有爆炸危險(如礦井下設備、油氣管道等)的零件修復。 (4)緊急修復現場操作不停機, 不停產;修復時間短, 有效提高生產率。(5)粘涂工藝簡單, 不需專門復雜設備;但在涂層質量控制方面, 檢測手段還不完善, 尤其是無損檢測缺乏準確可靠的手段。2.3 表面粘涂技術的

16、主要技術性能 粘接強度粘接強度是指涂層與基體的結合強度, 可用抗拉強度和剪切強度表示, 一般要求抗拉強度在30MPa 以上, 剪切強度為10MPa 以上。如德國“MM” 聚合金屬的抗壓強度為200MPa , 抗拉強度為80MPa ,剪切強度為31MPa , 抗彎強度為78MPa 。 耐磨性耐磨性包括兩個方面, 一是涂層表面同與之相摩擦的表面有很好的保護能力;二是涂層本身有盡可能高的耐磨性。涂層的耐磨性將主要取決于填料的性能。 耐腐蝕性涂層的防腐蝕性能主要有兩個方面, 一方面是防止涂層外部腐蝕物質進入基體;另一方面是靠防磨填料和粘料對腐蝕起抑制作用, 他們共同擔負起對涂層的防腐作用。 耐熱性涂層

17、的耐熱性是指在高溫(或低溫條件下)涂層不出現裂紋、脫落、氧化、分解等。耐熱性的關鍵因素是高溫下分子結構的穩定性和填料的熔點。有機膠粘劑耐熱性不高, 一般不超過450 , 無機膠粘劑可耐1 000 高溫, 陶瓷膠粘劑耐熱達2 000 以上,但質地易變脆。 抗壓強度抗壓強度是指涂層固化后, 涂層不產生塑性變形所承受的最大應力。一般粘接涂層的抗壓強度為80MPa 以上, 高的可達200MPa 以上甚至更高。2.4 粘涂層的粘附理論 機械結合理論機械結合理論認為：由于膠粘劑分子具有無孔不入的本領，粘涂時，大批的膠粘劑分子，一起朝被粘表面上的孔、縫里鉆，通過固化過程，像許多小鉤子似的使涂層與基體表面互相

18、咬合起來（互鎖）。 吸附理論 吸附理論認為，膠粘劑與被粘物表面結合，不需要什“手”。任何物質分子之間像是有感情似的，它們本來就具有一種吸引力，這種力是分子間力，即所謂的范德華力和氫鍵。分子間力是粘接力泛存在于所有的粘涂體系中。 靜電理論 靜電理論認為，當膠粘劑和被粘物體系恰好是電子的供需雙方這一組合時，它們互相一接觸，就會在界面的兩側產生性質相反的靜電荷，即形成雙電層。由于異性相吸，從而產生靜電引力，這就是粘附力。實驗證明了靜電作用的存在，但這種作用僅存在于能夠形成雙電層的粘涂層體系中，因此不具有普遍性。2.4.4 擴散理論 擴散理論認為，分子或鏈段的熱運動（微布朗運動）產生了粘劑和被粘物分子

19、之間的互相擴散，從而使一個物體的分子跑到另一個物體的表面層里，中間的界面逐漸淡化，最終二者親如一家，彼此1牢牢地結合在一起。擴散理論實質上是膠粘劑與被粘物在界面處發生互溶，所以它只是用于解釋與膠粘劑互溶的鏈狀高分子材料的粘涂，并受熱力學條件的限制。對于金屬、陶瓷等無機物的粘涂，擴散理論是無能為力的。 化學鍵理論化學鍵理論認為，粘涂過程中，膠粘劑與被粘物表面發生化學反應，而在界面上形成化學鍵結合，像鐵鏈一樣，把兩者牢固的連接起來。化學鍵的強度要比范德華力高得多。膠粘劑與被粘物之間如果能形成化學鍵，無疑對提高粘涂層的性能會大有好處。化學鍵的形成不僅可以提高粘涂層的結合強度，而且可以改善涂層抵抗各種

20、環境作用的能力。3 表面粘涂技術的種類與粘涂工藝過程3.1表面粘涂技術分類 粘涂層的種類很多, 一般常按用途分類。 (1)填補涂層。主要用于修補鑄造缺陷、尺寸超差、劃傷等。 (2)密封堵漏涂層。主要用于裂紋修補、端蓋密封、及水、油氣管道的堵漏和防腐等。 (3)耐磨涂層。包括應用于磨料磨損和沖蝕磨損的抗磨涂層和應用于機床導軌、各種軸瓦、活塞、滑塊的摩擦磨損零件。 (4)耐蝕涂層。主要用于化工泵、腐蝕液槽、輸送酸堿管道、箱體等腐蝕件及預保護涂層。(5)其它如導電涂層、耐溫涂層、導磁、絕緣、抗輻射等特殊涂層。3.2 粘涂工藝過程粘接流程：粘接準備表面處理配膠刮膠涂布壓緊后處理粘接準備先準備好粘接時所

21、必須的工具及做好勞動保護。具體物品可根據使用不同粘接劑進行選擇：一次性塑料手套、口鼻罩、刮板、調膠桶（勺、板）、取膠勺（板）、丙酮（酒精）、干凈抹布、鏟刀、砂布、拋光打磨機、塑料布、電子稱、膠槍。 表面處理表面處理一般有陽極氧化、機械打磨表面、底涂處理3種情況。確保被粘接表面潔凈，無灰塵、無油污等。后2種情況可以同時使用。（1）陽極氧化：可增加粘接強度，涂膠前，一般用酒精擦拭被粘接表面。 （2）機械打磨：用拋光機或砂紙將要粘接面打毛，去除粘接面表層污物及氧化物等，確保粘接效果。 （3）底涂：在機械打磨后，用丙酮（或酒精）擦拭干凈，及時涂上專用涂劑，為后續涂膠做好準備。一般在有特殊要求的情況下才

22、使用。 配膠配膠原則：現用現配 粘涂涂層 （1）刮涂法 刮涂法是先把膠粘劑涂在清洗好的零件表面，然后用金屬或者非金屬刮刀把多余的膠粘劑掛掉，以達到要求的尺寸。 （2）刷涂壓印法 先把膠粘劑涂敷在清洗好的表面上，再用制好的與之配對摩擦副壓制成型。這種方法不需要后續加工。 （3）模具成形法模具成形法分為模具涂覆成形法和模具注射成形法兩種。是先在模具上涂脫模劑，待固化后脫模，一次成型。 固化不同的粘結劑，固化劑的固化條件不同。有的需要光的照射而引起固化，如光敏粘結劑；有的需要隔絕空氣固化，如厭氧膠；有的經加熱處理后結合強度得到提高。4 表面粘涂技術的應用4.1 零件的潤滑 粘涂技術獲得的涂層在零件減

23、摩潤滑方面的應用日益廣泛，通常稱這類涂層為粘接固體潤滑膜。粘接固體潤滑膜在空間技術方面得到了廣泛的應用，例如，人造衛星上的天線驅動系統、星箭分離機構、衛星搭載機械及火箭、飛機等的高溫發動機的滑動件、汽缸、利用粘接固體潤滑膜已經解決了許多潤滑難題。4.2 零件的防腐蝕 腐蝕是導致設備零件失效，發生事故的重要因素之一，給國民經濟造成重大損失。特別是石油化工行業，以及在海洋大氣環境下尤為突出。采用表面有機涂層防腐，是目前行之有效的防腐蝕措施之一。表面粘涂可廣泛應用于腐蝕部位的修復和預保護。例如，化工管道、貯液池、反應釜、船舶殼體和螺旋漿等，均可采用表面粘涂層防腐。4.3 零件磨損及尺寸超差的修復 零

24、件磨損約占機械零件失效形式的70%，采用表面粘涂技術，將零件尺寸恢復到設計要求簡單易行，不需加熱，并且涂層厚度不受限制。工藝簡便可靠，修復速度快。4.4 零件密封堵漏 “滴、冒、漏、滲”一直是化工行業經常遇到的現象，這些問題用表面粘涂方法解決，十分安全可靠，不僅可以停車堵漏、密封，而且可以在不影響生產的前提下帶溫、帶壓堵漏，給企業挽回巨大經濟損失，經濟效益十分顯著。5 表面粘涂技術新進展5.1 粘涂材料新進展 改進現有膠粘劑的性能 水乳型粘料和熱熔型粘料是當前最有發展前途的粘料品種。為了改善它們的性能以適應不同的使用要求，采用共聚、共混和交聯方法對其進行改性。從而改善了共聚物的力學性能和耐老化

25、性能。當前發展較快的乳液有聚乙酸乙烯及其共聚物和丙烯酸酯共聚乳液。 研制開發新的膠粘劑品種 我國已研制成功的系列厭氧膠，已達到國際同類產品的性能指標，現已廣泛用于鎖緊防松裝配固定、密封堵漏等方面。納米級微粉在膠粘劑中的應用研究已展開。5.2 粘涂工藝新進展 微膠囊技術 發展單組分包裝的膠粘劑一直為人們所關注，通常采用兩個途徑：一是用潛伏性固化劑提高貯存期；另一途徑是將固化劑或促進劑包封在微膠囊中，配制成穩定的單組分膠液。使用時通過加壓等方式使膠囊破裂。固化劑或促進劑與主體膠接觸而迅速固化。 固化新技術 目前有些國家正在本著節能、快速固化、無公害、低成本、高性能的目標，大力采用紫外線或電子束固化

26、新技術，并已投入小批量生產。一般來說，紫外線固化設備簡單，投資少。但由于紫外線能量低，穿透力差，所以要求被粘材料之一要有透光性，同時還必須加光引發劑，吸收紫外線形成激發態分子或活性自由基， 從而導致不飽和高聚物進行接枝、交聯等反應，達到固化目的。電子束固化需有發生器設備，投資費用大但電子束能量大、穿透力強，對被粘材料不要求透光性，也不需要光引發劑，并可用于較厚的膠層或涂膜。此外，國外在采用微機調配配方、機器人涂膠等方面的技術也在興起。 涂膠和包裝上的新技術 采用雙液混噴的新技術，可得到較好的效果。其中一液是以丙烯酸乳液為基礎的主劑，另一液是以能使乳液產生凝聚的有機金屬鹽溶液，涂布時采用雙頭噴槍， 二者分別從兩個噴頭噴出，在空氣中混合，涂布于被粘物表面上，從而很快凝聚產生初粘力，可以達到與溶劑型相似的效果。此法已用于汽車頂板、冰箱、冷庫等隔熱層的粘涂。5.3