涂層

依據(jù)美國F.N.LONGO對熱噴涂涂層的分類方法,涂層按功能可分為:

1、耐磨損涂層

包括抗粘著磨損、表面疲勞磨損涂層和耐沖蝕涂層。其中有些情況還有抗低溫(<538℃)磨損和抗高溫(538～843℃)磨損涂層之分。

2、耐熱抗氧化涂層

該種涂層包括高溫過程(其中有氧化氣氛、腐蝕性氣體、高于843℃的沖蝕及熱障)和熔融金屬過程(其中有熔融鋅、熔融鋁、熔融鐵和鋼、熔融銅)所應用的涂層。

3、抗大氣和浸漬腐蝕涂層

大氣腐蝕包括工業(yè)氣氛、鹽性氣氛、田野氣氛等造成的腐蝕;浸漬腐蝕包括飲用淡水、非飲用淡水、熱淡水、鹽水、化學和食品加工等造成的腐蝕。

4、電導和電阻涂層

該種涂層用于電導、電阻和屏蔽。

5、恢復尺寸涂層

該種涂層用于鐵基(可切削與可磨削的碳鋼和耐蝕鋼)和有色金屬(鎳、鈷、銅、鋁、鈦及他們的合金)制品。

6、機械部件間隙控制涂層

該種涂層可磨。

7、耐化學腐蝕涂層

化學腐蝕包括各種酸、堿、鹽,各種無機物和各種有機化學介質(zhì)的腐蝕。

上述各涂層功能中,與冶金工業(yè)生產(chǎn)有密切關系的是耐磨損涂層、耐熱抗氧化涂層和耐化學腐蝕涂層。

涂層蒙皮涂層

能防護鋁合金不受高速飛行時風沙和雨水沖蝕，不受海水和航空燃料的腐蝕并能改善空氣動力學性能。涂層應經(jīng)得住 200°C左右瞬間溫度變化和強烈的日光輻照。飛機體積很大，烘烤條件受到限制，必須選用自干固化涂料，如丙烯酸或聚氨酯涂料。

涂層發(fā)動機涂層

整臺發(fā)動機，從風扇到尾噴管的主要部件無不使用涂層。發(fā)動機涂層按用途分為抗氧化耐腐蝕涂層、隔熱涂層、耐磨涂層和封嚴涂層。

①抗氧化耐腐蝕涂層：早期發(fā)動機因工作時間短而高溫合金又含有足夠的鉻、本身能抗氧化，所以不施加涂層。然而，隨著發(fā)動機壽命的延長和溫度的提高，以及高溫鎳基合金中鉻含量降到原有的50%，已不能抵抗高溫氧化和熱腐蝕，需要涂層防護。高溫氧化和熱腐蝕是渦輪葉片損壞的主要原因,可使工作壽命縮短到300小時。涂覆涂層后高溫部件工作壽命可延長2～3倍。壓氣機轉(zhuǎn)子和靜子葉片使用含鋁磷(鉻)酸鹽涂層保護。燃燒室既可使用高溫搪瓷又可涂覆含鋁磷(鉻)酸鹽涂層。渦輪轉(zhuǎn)子和靜子葉片多用加有鉻、鈦、硅、釔等改性元素的鋁化物擴散涂層或擴散障涂層。加力燃燒室使用高溫搪瓷或陶瓷涂層。 發(fā)展中的金屬-鉻-鋁-釔包覆涂層的使用壽命比擴散涂層增加一倍以上，使用溫度達1100°C。這種涂層常與氧化鋯基隔熱涂層組合使用，可降低溫度50～100°C。

②耐磨涂層：影響發(fā)動機壽命的另一個因素是高溫磨損，包括撞擊磨損和微振磨損。爆炸噴涂或等離子噴涂碳化鎢-鈷、碳化鉻-鎳鉻涂層最為有效。涂覆后，零件的耐磨損壽命可延長7～100倍，已在大型運輸機的發(fā)動機上廣泛使用。

③封嚴涂層：涂覆在發(fā)動機氣流通道的間隙部分。渦輪的徑向間隙每增大0.13毫米，發(fā)動機單位耗油量約增加0.5%；反之,減少0.25毫米,渦輪效率提高1%。另外，減少壓氣機的徑向間隙還可以提高發(fā)動機的抗喘振能力，從而改善飛行安全性。常用的封嚴涂層要求硬度適中,既有強度又便于刮削?；弁繉雍玩?石墨涂層已獲應用。正在研制中的氧化鋯涂層能承受1300°C的高溫。

涂層溫控涂層

航天器在太空的熱環(huán)境十分惡劣，背陽面溫度可達-100°C，向陽面可達 120°C左右。為保證航天員的生命安全和儀器設備的正常運轉(zhuǎn)，在航天器表面涂敷溫控涂層可以平衡與空間的熱交換，維持艙內(nèi)的正常溫度。已經(jīng)獲得應用的溫控涂層有有機硅氧化鋅、硅酸鉀氧化鋯和氧化鋁涂層。

涂層火箭發(fā)動機涂層

液體火箭發(fā)動機一般采用再生冷卻，不需要涂層保護，但有時為了增加溫降，在燃燒室內(nèi)壁噴涂氧化鋁或氧化鋯隔熱涂層。姿態(tài)控制火箭發(fā)動機多使用鈮、鉬等難熔合金，必須有防氧化涂層的保護才能工作?！鞍⒉_”號飛船指揮艙和登月艙的姿態(tài)控制火箭采用涂有二硫化鉬涂層的小型鉬合金發(fā)動機。

涂層偽裝涂層

用以隱蔽軍事目標。現(xiàn)代偵察儀器探測能力已大大提高，偽裝涂料不僅要求顏色和外形與背景協(xié)調(diào)，而且要有與背景接近的光譜反射性能。偽裝涂層按適用的波段分為：反紫外、反可見光、反近紅外、反中紅外、反無線電波以及發(fā)展中的反多光譜照相偽裝涂料。飛行器可用單色保護迷彩偽裝，為使輪廓在復雜背景地區(qū)更難辨別，常采用變形迷彩。

涂層紡織涂層

是一種均勻涂布于織物表面的高分子類化合物。它通過粘合作用在織物表面形成一層或多層薄膜，不僅能改善織物的外觀和風格，而且能增加織物的功能，使織物具有防水，耐水壓，通氣透濕，阻燃防污以及遮光反射等特殊功能。

涂層硬質(zhì)合金涂層

在切削加工中，刀具性能對切削加工的效率、精度、表面質(zhì)量有著決定性的影響。硬質(zhì)合金刀具性能的兩個關鍵指標—硬度和強度之間總存著矛盾，硬度高的材料強度低，而提高強度往往是以硬度的降低為代價。為了解決硬質(zhì)合金材料中存在的這種矛盾，更好地提高刀具的切削性能，比較有效的一種方法是采用各種涂層技術在硬質(zhì)合金基體上涂覆上一層或多層高硬度、高耐磨損性能的材料。硬質(zhì)合金刀具表面上的涂層作為一個化學屏障和熱屏障，減少了硬質(zhì)合金刀具的月牙洼磨損，可以顯著地提高加工效率、提高加工精度、延長刀具使用壽命、降低加工成本。

涂層的特點是涂層薄膜與刀具基體相結(jié)合，提高刀具的耐磨性而不降低基體的韌性，從而降低刀具與工件的摩擦因素，延長刀具的使用壽命。此外，由于涂層自身的熱傳導系數(shù)比刀具基體和加工材料低的多，能有效減少摩擦所產(chǎn)生的熱量，形成熱屏障，改變熱量的散失途徑，從而降低刀具與工件、刀具與切削之間的熱沖擊和力沖擊，有效地改善刀具的使用性能。

刀具磨損機理研究表明，在高速切削時，刀刃溫度最高可達900℃，此時刀具磨損不僅是機械摩擦磨損(刀具后面磨損)，還有粘結(jié)磨損、擴散磨損、摩擦氧化磨損(刀具刀刃磨損及月牙洼磨損)和疲勞磨損，這5種磨損直接影響刀具的使用壽命。

涂層刀具涂層

刀具涂層技術通?？煞譃榛瘜W氣相沉積（CVD）技術和物理氣相沉積（PVD）技術兩大類，分別評述如下。

一、CVD技術的發(fā)展

二十世紀六十年代以來，CVD技術被廣泛應用于硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀具的表面處理。由于CVD工藝氣相沉積所需金屬源的制備相對容易，可實現(xiàn)TiN、TiC、TiCN、TiBN、TiB2、Al2O3等單層及多元多層復合涂層的沉積，涂層與基體結(jié)合強度較高，薄膜厚度可達7～9μm，因此到八十年代中后期，美國已有85%的硬質(zhì)合金工具采用了表面涂層處理，其中CVD涂層占到99%；到九十年代中期，CVD涂層硬質(zhì)合金刀片在涂層硬質(zhì)合金刀具中仍占80%以上。

盡管CVD涂層具有很好的耐磨性，但CVD工藝亦有其先天缺陷：一是工藝處理溫度高，易造成刀具材料抗彎強度下降；二是薄膜內(nèi)部呈拉應力狀態(tài)，易導致刀具使用時產(chǎn)生微裂紋；三是CVD工藝排放的廢氣、廢液會造成較大環(huán)境污染，與目前大力提倡的綠色制造觀念相抵觸，因此自九十年代中期以來，高溫CVD技術的發(fā)展和應用受到一定制約。

八十年代末，Krupp.Widia開發(fā)的低溫化學氣相沉積（PCVD）技術達到了實用水平，其工藝處理溫度已降至450～650℃，有效抑制了η相的產(chǎn)生，可用于螺紋刀具、銑刀、模具的TiN、TiCN、TiC等涂層，但迄今為止，PCVD工藝在刀具涂層領域的應用并不廣泛。九十年代中期，中溫化學氣相沉積（MT-CVD）新技術的出現(xiàn)使CVD技術發(fā)生了革命性變革。MT-CVD技術是以含C/N的有機物乙腈（CH3CN）作為主要反應氣體、與TiCL4、H2、N2在700～900℃下產(chǎn)生分解、化學反應生成TiCN的新工藝。采用MT-CVD技術可獲得致密纖維狀結(jié)晶形態(tài)的涂層，涂層厚度可達8～10μm。這種涂層結(jié)構具有極高的耐磨性、抗熱震性及韌性，并可通過高溫化學氣相沉積（HT-CVD）工藝在刀片表面沉積Al2O3、TiN等抗高溫氧化性能好、與被加工材料親和力小、自潤滑性能好的材料。MT-CVD涂層刀片適于在高速、高溫、大負荷、干式切削條件下使用，其壽命可比普通涂層刀片提高一倍左右。目前，CVD（包括MT-CVD）技術主要用于硬質(zhì)合金車削類刀具的表面涂層，涂層刀具適用于中型、重型切削的高速粗加工及半精加工。采用CVD技術還可實現(xiàn)α-Al2O3涂層，這是PVD技術目前難以實現(xiàn)的，因此在干式切削加工中，CVD涂層技術仍占有極為重要的地位。

二、PVD技術的發(fā)展

PVD技術出現(xiàn)于二十世紀七十年代末，由于其工藝處理溫度可控制在500℃以下，因此可作為最終處理工藝用于高速鋼類刀具的涂層。由于采用PVD工藝可大幅度提高高速鋼刀具的切削性能，所以該技術自八十年代以來得到了迅速推廣，至八十年代末，工業(yè)發(fā)達國家高速鋼復雜刀具的PVD涂層比例已超過60%。

PVD技術在高速鋼刀具領域的成功應用引起了世界各國制造業(yè)的高度重視，人們在競相開發(fā)高性能、高可靠性涂層設備的同時，也對其應用領域的擴展尤其是在硬質(zhì)合金、陶瓷類刀具中的應用進行了更加深入的研究。研究結(jié)果表明：與CVD工藝相比，PVD工藝處理溫度低，在600℃以下時對刀具材料的抗彎強度無影響；薄膜內(nèi)部應力狀態(tài)為壓應力，更適于對硬質(zhì)合金精密復雜刀具的涂層；PVD工藝對環(huán)境無不利影響，符合現(xiàn)代綠色制造的發(fā)展方向。

隨著高速切削加工時代的到來，高速鋼刀具應用比例逐漸下降、硬質(zhì)合金刀具和陶瓷刀具應用比例上升已成必然趨勢，因此，工業(yè)發(fā)達國家自九十年代初就開始致力于硬質(zhì)合金刀具PVD涂層技術的研究，至九十年代中期取得了突破性進展，PVD涂層技術已普遍應用于硬質(zhì)合金立銑刀、鉆頭、階梯鉆、油孔鉆、鉸刀、絲錐、可轉(zhuǎn)位銑刀片、異形刀具、焊接刀具等的涂層處理。

依據(jù)所用涂料的種類而有不同的稱呼，如底漆的涂層稱為底漆層，面漆的涂層稱為面漆層。一般涂料所得涂層較薄，約在20~50微米，厚漿型涂料則一次可得厚達1毫米以上的涂層。

是為了防護，絕緣，裝飾等目的，涂布于金屬，織物，塑料等基體上的塑料薄層。

高溫電絕緣涂層

用銅、鋁等金屬做成的導線外面，或有絕緣漆、或有塑料、橡膠等絕緣包皮。然而，絕緣漆、塑料、橡膠都怕高溫，一般超過200℃就會集化，失去絕緣性能。而許多電線正需要在高溫下工作，那該怎么辦呢"para" label-module="para">

高溫電絕緣涂層根據(jù)其化學成分的不同，可分為許多種類。如石墨導體表面上的氮化硼或氧化鋁、氟化銅涂層，到400℃仍有良好的電絕緣性能。金屬導線上的搪瓷到700℃，磷酸鹽為基的無機粘結(jié)劑涂層到1000℃，等離子噴涂氧化鋁涂層在1300℃，都仍保持著良好的電絕緣性能。

高溫電絕緣涂層已在電力、電機、電器、電子、航空、原子能、空間技術等方面獲得了廣泛的應用。

1、 PA涂層，又叫AC膠涂層，即丙烯酸涂層，是最普通最常見的一種涂層，涂后可增加手感，防風，有垂感。

2、 PU涂層，即聚氨酯涂層，涂后織物手感豐滿，有彈性，表面有膜感。

3、防絨涂層，即指防羽絨涂層，涂后能防止羽絨跑絨，適合做羽絨服面料。但涂層中凡有水壓要求的PA涂層也叫防絨涂層。

4、 PA白膠涂層，即在織物表面涂一層白色的丙烯酸樹脂，能增加布面的遮蓋率，不透色，并使布面顏色更鮮艷

5、 PU白膠涂層，即在織物表面涂一層白色聚氨酯樹脂，作用基本同PA白膠，但是PU白膠涂后手感更豐滿，織物更有彈性，牢度更好。

6、 PA銀膠涂層，即在織物表面涂一層銀白色膠，使織物具有遮光，防輻射的功能，一般多用于窗簾、帳篷、服裝。

7、 PU銀膠涂層，基本功能同PA銀膠涂層。但PU涂銀織物具有更好的彈性、更好的牢度，對于帳篷等要求高水壓的面料，PU涂銀相對PA涂銀更好。

8、珠光涂層，通過對織物表面珠光涂層，使織物表面具有珍珠般光澤，有銀白色和彩色的。做成服裝非常漂亮。也有PA珠光和PU珠光之分，PU珠光比PA珠光更加平整光亮，膜感更好，更有“珍珠皮膜”的美稱。

9、油光涂層，涂后表面光滑油亮，一般適用做臺布桌布。

10、有機硅高彈涂層，又叫紙感涂層。對于薄型棉布很適合做襯衣面料，手感豐滿，很脆又富有彈性，具有很強的回彈性，抗皺。對于厚型的面料，彈性好，牢度好。

11、皮膜涂層，通過對織物表面進行壓光和涂層，使織物表面形成皮膜，完全改變織物的風格。一般皮膜面做成服裝的正面，有皮衣的風格。有亞光和有光兩種，并可在涂層中添加各種顏色做成彩色皮膜，非常漂亮。

12、阻燃涂層，通過對織物浸軋或涂層處理，使織物具有阻燃效果。并可在織物表面涂成顏色或銀色。一般用做窗簾、帳篷、服裝等。

13、特富龍三防處理，通過對織物用杜邦特富龍?zhí)幚恚箍椢锞哂蟹浪?、防油和防污的功能?

14、抗紫外線涂層，通過對織物進行抗紫外線處理，使織物具有抗紫外線的功能，即阻止紫外線穿透的能力。一般淺色較難做，深色比較容易達標 。