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各类涂层的加工、分类及应用

涂层材料按照涂层材料可分为金属涂层（包括各类金属，如铜、铝、镍等）、非金属涂层（油漆、树脂、陶瓷及有色矿物等）及复合材料涂层，按照功能划分可以分为防腐涂层、耐磨涂层、特殊涂层等。

涂层的加工制备

现有的涂层制备方法有电镀、溶胶凝胶、原位反应、热喷涂、化学热处理、气相沉积、表面粘涂、热浸镀等方法。

电镀法制备涂层

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处理方法。镀层性能不同于基体金属,具有新的特征。根据镀层的功能分为防护性镀层,装饰性镀层及其它功能性镀层。

该过程为氧化还原过程。现代电镀法分为合金电镀、单金属电镀、单层电镀、多层组合电镀、复合电镀等几大类。在电镀涂层时，首先进行表面准备，即为对基体表面进行相应的清洗，进而进行镀层的设计，然后进行镀层镀覆。

图1-1（a）电镀化学原理 图1-1（b）电镀加工

电镀的应用广泛，该技术应用于各种金属及非金属的装饰防护、及赋予这些金属和非金属的各种需要的特殊性能或者功能，且广泛应用于汽车工业、航空航天等各个部门，适合大批量生产。

化学镀技术

化学镀是一种不需要通电，依据氧化还原反应原理，利用强还原剂在含有金属离子的溶液中，将金属离子还原成金属而沉积在各种材料表面形成致密镀层的方法。

该技术不外加电流二利用异相（固相、液相）表面受控自催化还原反应在基

体上获得所需性能的连续、均匀附着沉积过程的统称，又称化学沉积、非电解沉积、自催化沉积。

化学镀技术是比电镀技术更为年轻的表面覆盖技术，正式由于化学镀技术的发展才使得印刷线路板、计算机软盘和塑料电镀以及非金属表面金属化成为可能。

应用部门

基体金属

厚度/μm

使用原因

汽车工业 制造原件

钢

10-15

耐磨、耐蚀和润滑

模具和铸模 锌铸模

合金钢

25

耐磨和零件脱模

纺织机件 喷丝头

不锈钢

25

耐蚀、耐磨

化学和石油工业 压气机和转子叶

钢/铝

125

耐蚀、耐磨

片

航空和航天工业 直升飞机桨叶及

钢

25-30

耐磨，耐应力腐蚀

安全螺栓

电子工业 手机外壳

AL-Mg合金

10-12黑Ni

耐蚀、耐磨、装饰

材料加工工业 挤压柱和筒

钢

25

耐蚀、耐磨和润滑

印刷工业 印刷辊筒

钢

50

光滑、耐磨、耐蚀

矿山机械 矿井支柱

钢

40

耐蚀、耐磨

其他 设计运动枪开关

铝

30

耐蚀、耐磨保持花

及手柄

纹美观

表1-1化学镀的应用

1.1.3 溶胶凝胶技术

金属有机盐或者无机盐溶液，低温时经过水解、缩聚等化学反应，从溶液转变成为凝胶，进而合成玻璃、陶瓷等涂层。

图1-2（a）溶胶凝胶技术 图1-2（b）溶胶凝胶技术应用

溶胶-凝胶法的机理为水解反应及聚合反应，其中水解反应中，金属盐在水中的性质手金属离子半径、电负性，配位数等因素影响，如Si，Al盐，他们溶解与纯水中畅电力出Mn+，并溶剂化。聚合反应为硅、碘及许多金属元素的醇盐或者无机盐在水解的同时均会发生聚合反应。

1.1.4 热喷涂技术

图1-3溶胶-凝胶技术原理图

热喷涂技术是利用某种热源把细微而分散的金属和非金属喷涂材料加热到溶化或者半溶化状态，并高速喷向基体材料表面，从而形成各种所需的涂层的一种技术。这种喷涂工艺几乎可以喷涂所有的工程材料，如硬质合金、陶瓷、金属、石墨和金属陶瓷等。

涂层介绍

图1-4热喷涂法的温度速度图

涂层的种类多种多样，下面就防腐涂层，耐磨涂层及特殊涂层分别进行举例介绍。

防腐涂层

防腐涂层主要应用于金属防腐中，一般的防腐涂层的构成为：防污涂料+粘结层+防腐涂料+碳钢基体。涂层防护，即在金属表面涂覆一层保护层，通过保护层的屏蔽作用隔绝腐蚀介质与金属接触，或者通过涂层本身的缓蚀、电化学保护等对金属基材进行腐蚀防护。其中，有机涂层防护由于选择性宽、可用范围广、

施工方便、制造成本低廉等优点，是迄今为止最有效、最经济实用和应用最广泛的腐蚀防护手段。

4涂层对金属基材的腐蚀防护主要有三种机理。第一种是物理屏蔽作用，涂层通过阻绝或者延缓水、氧气等腐蚀介质渗透到基材表面。第二种是缓蚀作用，通过涂层中缓蚀剂的作用减缓腐蚀反应速率，常见的有红丹防锈漆，其中的含油介质氧化生成低分子脂肪酸，与红丹反应生成的金属皂的分解物具有较强的缓蚀作用，含铬酸盐的涂层，在服役过程中与腐蚀介质接触释放出高价铬酸根离子，其强烈的氧化能力使金属表面发生钝化。但在腐蚀介质中存在cr-或so2-离子

4

时,将会阻碍铬酸根离子的钝化能力。这两种都含有重金属离子会造成环境污染，目前正在减少使用。第三种就是富锌涂层的阴极保护作用。当水、氧气等腐蚀介质渗透到涂层中，锌粉与钢基材之间形成原电池，由于锌拥有更低的电极电位