表面涂层类型
来源: | 作者:陈帅丽 | 发布时间: 2023-11-24 | 130 次浏览 | 分享到:

涂层是涂覆在物体(即基材)表面的覆盖层,可具有不同的功能,例如:装饰性、功能性或两者兼有。

表面涂层示例:

• 为保护建筑物和房屋的内外墙而开发的建筑涂料。

为保护机械零件免受化学腐蚀和天气条件的影响而开发的工业涂层。

• 为促进接触表面的低摩擦和提高耐磨性而开发的摩擦涂层。

对于在基材上构建的聚合物涂层,它们一开始以涂料的形式呈现,以共形的方式应用于零件的几何结构上。然后涂料经过干燥和固化,形成最终的功能性涂层

表面涂层类型

金属涂层

金属涂层通常由金属基材的保护层组成,该保护层具有抗腐蚀性,并保护表面免受环境条件的影响。这是通过改变金属表面本身的性质来实现的。

在表面涂覆金属涂层的技术多种多样。金属涂层应用/使用技术的一些示例如下:

• 热浸镀锌是指在高温下将铁质材料浸入熔融锌液,用锌层涂覆铁质材料的工艺。在工艺结束时,材料表面含有碳酸锌(ZnCO3),由于其强度和稳定性,它能够保护钢表面免受腐蚀和划伤。
• 电镀:通过电解将其他金属涂覆在金属表面,以增强金属基材的抗腐蚀性。
• 阳极氧化:这是一种使用电解钝化法促进金属天然氧化物层厚度增加的工艺。因在电解池系统中作为“阳极”部件处理,因而出现了“阳极氧化”(“Anodization”)这一术语。

类金刚石碳(DLC)涂层

DLC或类金刚石碳结构是非晶碳(以sp3的形式呈现)的亚稳态形态,具有较高的机械阻力和耐化学性、或多或少的柔性以及取决于所用非晶碳的光学性能[1]。DLC涂层由于应用范围广泛,已成为最常用的碳涂层之一。它可以用作光学窗、磁性存储磁盘、汽车零件等的保护涂层。

这些涂层通常采用物理气相沉积工艺生产,如溅射、离子束、脉冲激光沉积和阴极真空电弧系统。这些技术大多基于沉积技术,其中碳原子以恒定的已知能量充电,然后被“轰击”到基材上。每单位离子的能量因各沉积技术而异。因此,采用不同沉积技术制备的DLC涂层具有不同的特性。

因为具有较高的耐磨料磨损/抗粘着磨损性能,在高接触压力条件下表现优异,因此最近有报道将DLC涂层称为摩擦涂层。然而,在铁基材料中,重要的是确保涂层不会暴露在高温下,否则基材(或摩擦对偶面)则会渗碳,吸收涂层中的碳形态并降低其硬度。

陶瓷涂层

陶瓷涂层可以在保持其陶瓷特性的同时在成分上大相径庭。

这些涂层也可以通过物理气相沉积或化学气相沉积工艺形成,但也适用于通过高速火焰喷涂(HVOF)等热喷涂技术或冷喷涂进行应用。

由氧化铝(Al3O2)和碳化硅(SiC)组成的氧化铝涂层是一种众所周知的陶瓷涂层,但这种涂层的种类非常广泛,并且仍在不断扩大。

混合陶瓷-聚合物涂层

杂化陶瓷-聚合物涂层由合成二氧化硅或其主要结构中的二氧化硅基成分制备而成。通常,这些涂层通过溶胶-凝胶技术生产。

杂化陶瓷-聚合物涂层的特点是具有较高的耐划伤性和硬度,以及较高的化学稳定性和热稳定性、可控的孔隙率、生物惰性和高透明度[2]。

因具有可调节的能力,这些涂层可用于不同类型的应用。溶胶-凝胶工艺本身就是一种具有成本效益的方法,可以使表面功能化并赋予其更高的性能。

聚合物涂层

聚合物涂层是聚合物薄膜(通常称为塑料),将其在表面上涂覆一层,为涂层表面提供功能、装饰或保护的性能。

聚合物材料多功能、低成本和可定制的特点,因而应用广泛。尽管聚合物合成技术能够对本体形式的聚合物材料的性能进行极好的控制,但当涉及到理解表面相互作用和涂层形式的聚合物时,仍有大量变化尚在研究。这些材料在涂层形式中的所有适应性、与基材和对偶面的相互作用(在摩擦学应用中)都是由表面科学决定的,它可以贯穿聚合物涂层“涂料”的配方至其制造和应用。

可以用作聚合物薄膜基底的聚合物(或聚合物混合物)以及对涂层有能动功能的填料(有机或无机)具有很大的可变性。例如,颜料(通常是无机的)能够改善涂层的颜色和不透明度,或聚四氟乙烯、PTFE(有机的)能够减少涂层表面的摩擦。

(在聚合物涂层中)涂料的定义

涂料是不同成分(如颜料、树脂/粘合剂/基材、载体/溶剂和添加剂)以液体或膏状形态混合/悬浮的总称。

有两种不同类型的涂层:
• 粉末涂层:由100%粉末形态的活性材料混合物组成。
• 液体涂层:由包含4种成分的混合物组成。

1、填料(可包括颜料)提供功能性和/或美学特性。

2、粘合剂将填料“粘合”在一起,形成漆膜。

3、溶剂/载体*是悬浮成分的液体,允许在表面涂敷涂料,并在涂料干燥/固化的过程中完全释放。溶剂可以是有机溶剂或水。

4、添加剂可提供特定的涂层性能和/或可改善漆膜质量。

*-有一种粘合剂不需要溶剂/载体,并可保持液体形态与其他添加剂相融合。
在液体涂层的类别中,有两种不同的形式的粘合剂值得一提:
• 溶液基涂层:粘合剂材料最初溶解形成液体树脂,然后与其他成分相融合。
• 分散体基涂层:粘合剂材料不能溶解于所有工业用溶剂中,必须分散到溶剂中,然后与填料相融合。在该步骤中,粘合剂材料必须具有形成和构建薄膜的能力,例如聚醚醚酮(PEEK)一类的热塑性聚合物材料。

涂料通常可以用刷子、滚筒或喷雾器涂覆在物体表面,形成一层轻薄的干膜。

[1] Robertson, J. (2002). "Diamond-like amorphous carbon". Materials Science and Engineering: R: Reports. 37 (4–6): 129–281. doi:10.1016/S0927-796X(02)00005-0.

[2] Handbook of Nanomaterials for Manufacturing Applications. A volume in Micro and Nano Technologies Book, 2020

(来源:GGB)