第十一章涂裝技術(shù)

10.3滲碳和滲氮鋼鐵的滲碳、滲氮處理可使鋼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韌性。10.3.1滲碳1、滲碳應(yīng)用為了增加鋼件表層的含碳量并獲得一定的碳濃度梯度，將鋼件置于滲碳介質(zhì)中加熱和保溫，使碳原子滲入表面的工藝稱滲碳。滲碳是鋼材化學(xué)熱處理中應(yīng)用最廣泛的一種工藝，主要用于表面受?chē)?yán)重磨損并承受較大沖擊載荷的零件。2、滲碳工藝滲碳分為固體滲碳、液體滲碳和氣體滲碳。固體滲碳生產(chǎn)效率低，質(zhì)量不易控制；液體滲碳環(huán)境污染大、勞動(dòng)條件差。氣體滲碳是在密封的可控氣氛加熱爐中進(jìn)行，在含碳?xì)夥罩袑⒌吞迹ê辖穑╀摷訜岬綂W氏體化的高溫（>900℃），碳原子吸附在工件表面并滲入鋼的內(nèi)部，然后經(jīng)淬火+低溫回火使工件表面具有高硬度和高耐磨性，而心部仍保持較較好的塑性和韌性。工藝成熟，是一種最常用的滲碳方法；被處理的材料是價(jià)格低廉的低碳鋼，處理成本低；滲碳后的零件性能合理；應(yīng)用面廣，如齒輪、軸類等。2工藝特點(diǎn)（1）滲碳?xì)夥找簯B(tài)滲碳介質(zhì)（如煤油、丙酮等）或氣態(tài)滲碳介質(zhì)（如甲烷、城市煤氣等）在滲碳爐內(nèi)高溫分解，析出活性碳原子CH4→2H2+[C]－18.1kcal2CO→CO2+[C]+41.2kcalCH4滲碳能力很強(qiáng)，在900℃為了使鋼表面達(dá)到1.1％的含碳量，CO需95％，而CH4只要1.5％就夠了。CO2、H2或O2等是脫碳?xì)怏w，它們?cè)跐B碳?xì)夥罩械暮勘仨毧刂圃?.5%以下。3影響氣體滲碳的工藝因素滲碳溫度越高，滲碳層越深

式中X－滲層深度（mm)；τ－時(shí)間（h)；T－溫度(K)提高滲碳溫度可顯著加速滲碳過(guò)程。但過(guò)高的溫度將導(dǎo)致晶粒粗化，表層高的碳濃度易形成網(wǎng)狀碳化物，增加淬火變形開(kāi)裂傾向。一般滲碳溫度為900～950℃。（2）滲碳溫度隨著滲碳時(shí)間的延長(zhǎng)，滲碳層的厚度呈非線性增加，一般滲碳時(shí)間為2~30小時(shí)。（3）滲碳時(shí)間合金元素對(duì)碳在奧氏體中的擴(kuò)散有顯著的影響。碳化物形成元素（Cr、W、Mo等）能降低碳的擴(kuò)散系數(shù)，增大碳的濃度梯度。而非碳化物形成元素（Si、Co、Ni等）則提高碳的擴(kuò)散系數(shù)。Mn對(duì)碳的擴(kuò)散系數(shù)幾乎沒(méi)有影響。鋼的化學(xué)成分對(duì)鋼的淬透性和限制晶粒長(zhǎng)大的能力有著重要的影響，是滲碳鋼的兩項(xiàng)重要指標(biāo)。滲碳鋼中加入合金元素的目的是提高鋼的心部強(qiáng)度、提高鋼的淬透性（Si、Mn、Cr、Ni、Mo等）和細(xì)化晶粒（Ti、V、Mo等）。如20Cr、20CrMnTi等（4）鋼的化學(xué)成分對(duì)滲碳層的影響按滲碳層厚度分為淺層（<0.7mm）；常規(guī)（0.7~1.5mm）；深層（>1.5mm）滲碳。3氣體滲碳的主要方式10.3.2滲氮1、滲氮的應(yīng)用滲氮也稱氮化，是指在一定溫度下使活性氮原子滲入工件表面的化學(xué)熱處理工藝。滲氮在機(jī)械工業(yè)中獲得了廣泛應(yīng)用，主要用于耐磨性和精度都要求較高的零件，或要求耐熱、抗蝕的耐磨件。用氨（NH3）作為滲氮?dú)怏w，氨在金屬表面（催化）分解形成的原子氮被鋼件表面吸附，并擴(kuò)散到鋼件內(nèi)部。氮與金屬之間的吸附是化學(xué)吸附，氮原子和金屬原子組成共價(jià)鍵和離子鍵M－N(M指金屬)。2、滲氮工藝氣體滲氮過(guò)程（2）（1）氨分子吸附在金屬表面；（2）氨分子在界面上分解成氮原子和氫原子；（6）最終的氮化層為ε相和γ‘相。滲氮過(guò)程（3）（3）吸附在金屬表面的活性氮原子溶解于α-Fe中，從外向內(nèi)擴(kuò)散形成一定的濃度梯度；（4）當(dāng)α-Fe中氮的濃度超過(guò)一定值后生成氮化物；（5）氮化物沿金屬表面的垂直方向和平行方向長(zhǎng)大增厚；(1)滲氮溫度：一般在500～580℃左右。溫度越高滲氮層越厚。溫度過(guò)高使氮化物聚集長(zhǎng)大，降低滲氮層的硬度。(2)滲氮時(shí)間：滲氮層厚度的增長(zhǎng)是先快后慢。主要滲氮工藝參數(shù)（1）(3)氨分解率：某一溫度下氨分解出的氮、氫混合氣體占整個(gè)爐氣的體積百分?jǐn)?shù)。過(guò)高或過(guò)低都降低滲氮速度。一般氨分解率在15～40％時(shí)鋼吸收氮的速度最快。氣體滲氮溫度低、滲氮周期長(zhǎng)、成本高、滲層薄，當(dāng)表面有白亮化合物層時(shí)會(huì)增加滲氮工件的脆性。主要滲氮工藝參數(shù)（2）第十一章涂裝技術(shù)涂裝是將有機(jī)涂料通過(guò)一定的方法涂覆于物體表面并干燥成膜的過(guò)程。涂裝所用的有機(jī)涂料稱為“涂料”或俗稱“油漆”。11.1涂料11.1.1涂料的基本組成涂料是一種有機(jī)混合物，一般由成膜物質(zhì)、顏料、溶劑和助劑四部分組成。成膜物質(zhì)是組成涂料的基礎(chǔ)組分，是決定涂料性能的主要因素。涂料一般有天然油脂、天然樹(shù)脂和合成樹(shù)脂。涂料的成膜物質(zhì)主要分為兩類：1）非轉(zhuǎn)化型成膜物質(zhì)：在涂料成膜過(guò)程中的組成結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化，即涂膜的組成結(jié)構(gòu)與成膜物質(zhì)相同。特點(diǎn)：涂膜具有熱塑性，受熱軟化，冷卻后又變硬，多具有可溶、可熔性；2）轉(zhuǎn)化型成膜物質(zhì)：在成膜過(guò)程中的組成結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，形成與原來(lái)組成結(jié)構(gòu)完全不相同的涂膜。現(xiàn)代涂料很少使用單一品種作為成膜物質(zhì)，而經(jīng)常是采用幾個(gè)樹(shù)脂品種互相補(bǔ)充或互相改性，以適應(yīng)多種方面性能要求。11.1.2涂料的分類和命名1）按主要成膜物質(zhì)分：1、涂料的分類：2）按涂料的形態(tài)分：粉末涂料、溶劑型涂料、無(wú)溶劑型涂料和水溶性涂料；3）按干燥方法分：烘烤涂料、自干涂料、強(qiáng)制干燥涂料、潮氣固化涂料、催化干燥涂料、紫外線固化涂料、電子束固化涂料；4）按施工工序分：底漆、膩?zhàn)?、二道漆（中間漆）、面漆、罩光漆；5）按涂裝方法分：刷漆、浸漆、流漆、噴漆、烘漆、電泳漆、靜電漆；6）按涂料用途分：汽車(chē)漆、飛機(jī)蒙皮漆、木器漆、橋梁漆、玻璃漆、皮革漆、紙張漆；7）按使用目的分：防銹漆、耐酸漆、耐火漆、耐油漆、絕緣漆。2、涂料產(chǎn)品的命名1）涂料的命名原則涂料產(chǎn)品的全名=顏料或顏色名稱+成膜物質(zhì)名稱+基本名稱2）涂料的型號(hào)涂料型號(hào)=成膜物質(zhì)+基本名稱+序號(hào)3）輔助材料的型號(hào)輔助材料的型號(hào)由兩部分組成：第一部分為輔助材料的種類，用漢語(yǔ)拼音字母表示；第二部分為序號(hào)。11.1.3涂料成膜機(jī)理涂裝就是涂料在物體表面涂覆并成膜的過(guò)程。由非轉(zhuǎn)化型成膜物質(zhì)組成的涂料以物理方法成膜；有轉(zhuǎn)化膜成膜物質(zhì)組成的涂料以化學(xué)方式成膜。1、物理成膜方法依靠涂料內(nèi)的溶劑直接揮發(fā)或聚合物粒子凝聚獲得涂膜的過(guò)程，稱為物理成膜方式。1）溶劑揮發(fā)成膜方式：溶劑揮發(fā)使涂料干燥成膜的過(guò)程，這是液態(tài)涂料在成膜過(guò)程中必須經(jīng)過(guò)的一種形式。這一過(guò)程中，成膜物質(zhì)沒(méi)有發(fā)生化學(xué)變化，通常在大氣室溫下就能迅速完成，也不需固化劑。這類涂料常常又稱為揮發(fā)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條件下互相凝聚成為連續(xù)的固態(tài)涂膜的過(guò)程，這是分散型涂料的主要的成膜方式。2、化學(xué)成膜方法化學(xué)成膜過(guò)程是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)而交聯(lián)固化成膜。1）涂料與空氣中的成分發(fā)生交聯(lián)固化反應(yīng)：指涂料與空氣中的氧或水蒸氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而交聯(lián)固化成膜。2）涂料中組成之間的交聯(lián)固化反應(yīng)：a.單組分涂料：涂料中的組分在常溫下不發(fā)生反應(yīng)，當(dāng)被加熱或受到輻射等作用時(shí)才發(fā)生反應(yīng)。b.雙組分或多組分涂料：將具有相互反應(yīng)活性的組分分裝于不同容器中，施工前才按比例進(jìn)行混合；施涂過(guò)程和施涂后，各組份間發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)成膜。11.2涂裝技術(shù)11.2.1涂裝工藝1、涂前表面預(yù)處理：表面整平→除油→除銹→化學(xué)處理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節(jié)約能源，但干燥時(shí)間長(zhǎng)，質(zhì)量不穩(wěn)定，應(yīng)用受到一定限制；人工干燥分為加熱干燥和照射固化11.2.2涂裝方法1、一般涂裝方法1）刷涂法2）浸鍍法3）淋鍍法4）空氣噴涂法5）高壓無(wú)氣噴涂2、靜電噴涂靜電噴涂法是以接地工件作為陽(yáng)極，以涂料霧化器作為陰極接負(fù)高壓（60~100kV），此時(shí)在兩極間形成高壓靜電場(chǎng)，在陰極上產(chǎn)生電暈放電。3、電泳涂裝電泳涂裝實(shí)際上就是在水中進(jìn)行的靜電涂裝，即利用直流電使帶電的樹(shù)脂粒子在電場(chǎng)的作用下，電沉積在被涂件表面。電泳涂裝有陽(yáng)極電泳和陰極電泳。無(wú)論是陽(yáng)極電泳還是陰極電泳涂裝，都涉及復(fù)雜的電化學(xué)過(guò)程，主要由電解、電泳、電沉積和電滲四個(gè)過(guò)程配合進(jìn)行。1）電解2）電泳：指分散在極性介質(zhì)中的帶電涂料膠體粒子向帶電荷相反的電極方向移動(dòng)。3）電沉積4）電滲：在電場(chǎng)的作用下，樹(shù)脂膠體粒子向陽(yáng)極移動(dòng)并沉積時(shí)，水和助溶劑從陽(yáng)極附近穿過(guò)沉積的涂膜進(jìn)入溶液中，使涂膜脫水并致密化。這種相對(duì)移動(dòng)稱為電滲。電泳涂裝的優(yōu)點(diǎn)：可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)，勞動(dòng)強(qiáng)度低，效率高；電泳涂料以水做稀釋劑，無(wú)中毒和火災(zāi)危險(xiǎn)，對(duì)大氣污染小，涂料利用率高達(dá)95%以上；電泳涂膜表面均勻，附著力好，適合復(fù)雜形狀的工件涂裝，內(nèi)腔表面也可沉積膜層。缺點(diǎn)：設(shè)備復(fù)雜，投資大，涂料品種受限，目前僅限于水溶性涂料和水乳化漆，顏色僅限于深色底漆或單層底面兩用漆，而白色及淺色交困難。4、粉末涂裝粉末涂裝是把粉末涂料涂布在工件表