噴涂技術
關注創建者：匿名 創建時間：2021-09-27
噴涂技術的實例教程
臺灣科技大學 多功能材料制造實驗室 / 陳品杰 研究生
(轉載自繁體版ACMT電子技術月刊No.091)
前言
過去幾年修復的技術一直是以傳統的焊接和鑄造等方式為主，過程既費時又費力。面對材料的腐蝕及破損，時常會遇到難以透過傳統方式修復的狀況，而現在冷噴涂技術的出現對國防、太空科技、民間生活皆帶來巨大的影響，我們只需要將原材料的粉末透過特殊的噴嘴進行噴涂即可修復材料，或進行不同種類的涂層鍍膜，例如防蝕和防銹等。除此之外，冷噴涂不僅攜帶方便、成本便宜，又可以增加材料的機械強度，可說是近期鍍膜技術的亮點之一。
冷噴涂的原理簡介
冷噴涂技術，又稱冷氣動力噴涂或冷氣動能噴涂，在冷噴涂過程中，我們會施加低壓氣體至氣體加熱器，使空氣進行加熱，之后通入預室使氣流更加平滑順暢。當氣體經過冷噴嘴喉部時，會進行加速，并在粉末供應器部分形成負壓，使粉末流入噴嘴中，并以超音速撞擊基材。，其核心原理是當金屬粒子超過一定速度（臨界速度）時，在撞擊時附著在基材表面。相對于傳統的熱噴涂技術，冷噴涂技術的工作溫度較低，可以有效避免材料氧化和熔化，從而保證涂層的質量和性能。
圖1：(a)為冷噴涂的簡易示意圖；(b)冷噴涂系統的架設
冷噴涂的優點
冷噴涂技術具有噴涂效率高、涂層附著力強、成本較低等特點，使其在各行業中得到廣泛應用。
冷噴涂的主要優勢之一是低溫處理，有助于避免熱應力和相變，保持基材和涂層材料的物理特性。冷噴涂能實現高附著力，顆粒以高沖擊速度發生塑性變形，導致涂層和基材之間的機械鎖合，確保非常高的附著力，使涂層堅固耐用。冷噴涂還能產生低孔隙率的致密涂層，這對于需要耐腐蝕的應用尤為有利。再來冷噴涂的多樣性也是一大優勢，可以處理各種材料，包括高熔點材料和難以處理的材料，如鈦和鎳基合金。
展開 翻譯：上海安世亞太
引言
近十年以來，熱噴涂技術在機械部件上應用亞微米和納米結構層的運用顯著增多。傳統的HVOF噴涂工藝已不再適合捕捉亞微米和納米顆粒。因此，為達到期望的優異機械和物理性能，高速懸浮火焰噴涂 (HVSFS) 已開發用于納米結構噴涂材料的加工，實現精細化結構的超聲速高密度面層。然而，HVSFS反應流場中發生的化學和熱力學現象是一個具有挑戰性的多學科問題。本研究旨在基于CFD模型，分析和探討HVSFS燃燒和動力學流動系統。該模型涉及了以下現象：(預混合)燃料氣體的燃燒、火焰和懸滴(有機溶劑和顆粒)之間的能量傳遞以及懸浮有機溶劑(非預混合)的噴射、蒸發和燃燒。
目前熱噴涂技術面臨的巨大挑戰之一是納米結構涂層和功能表面的制造。有發現證明該材料的性能在強度、硬度、延展性和可燒結性方面，均有優于傳統金屬或陶瓷涂層材料的性能，因此促進了制造發展。另外，將涂覆材料的晶粒尺寸從常規水平(即，金屬中< 10μm，陶瓷中< 1-2μm) 減小到納米結構水平(即，< 100 nm) 可顯著提高其機械強度和硬度。
由納米顆粒（< 100 nm）組成的粉末在處理和加工過程中是極其關鍵的。這些材料對健康構成危險的可能性尚未得到全面檢查和充分了解。并且納米顆粒容易在空氣中分布，穿透人體皮膚或通過呼吸道和肺，最終進入血液循環。簡而言之，不能用傳統粉末進料器技術進料亞微米或甚至納米粉末，不僅僅是出于安全考慮，禁止在慣用條件下進行任何再填充、清潔等，而且由于粉末顆粒的強烈附聚會妨礙良好的流動性，所以實際上不可能進行機械進料。以懸浮液形式處理粉末(在水性或有機溶劑中)解決了這些問題，操作方便并且可以通過相當簡單的熱噴涂技術實現液體進料。
目前，納米結構材料研究的焦點正從粉末合成轉向使用超音速熱噴涂工藝處理納米結構涂層。
展開 簡而言之，不能用傳統粉末進料器技術進料亞微米或甚至納米粉末，不僅僅是出于安全考慮，禁止在慣用條件下進行任何再填充、清潔等，而且由于粉末顆粒的強烈附聚會妨礙良好的流動性，所以實際上不可能進行機械進料。以懸浮液形式處理粉末(在水性或有機溶劑中)解決了這些問題，操作方便并且可以通過相當簡單的熱噴涂技術實現液體進料。
目前，納米結構材料研究的焦點正從粉末合成轉向使用超音速熱噴涂工藝處理納米結構涂層。為了形成薄且致密的涂層，這種基于傳統高速氧化物燃料 (HVOF) 熱噴涂的新方法包括以高超音速噴涂亞微米或納米顆粒的方法。HVOF噴涂是除火焰、電弧線或大氣等離子噴涂外的一種長期存在的技術。與等離子體噴涂工藝相比，HVOF熱噴涂工藝在相對低的氣體溫度條件下具有極高的氣體和顆粒速度。HVOF應用的主要陶瓷涂層被廣泛地改進為耐腐蝕、防腐蝕、防粘合、耐磨表面層或這些涂層的組合，以延長產品壽命、提高性能并減少時間和成本。然而，傳統的HVOF熱噴涂系統僅適用于微尺度粉末的加工，并且由于粉末供應和上述幾個困難，在粉末尺寸上具有明顯的限制。這意味著納米級粉末的加工需要對HVOF工藝進行一些調整。
與SPS和SPPS相比，高速懸浮火焰噴涂 (HVSFS) 也使用液體溶劑作為載體流體來處理納米材料。在這些技術（SPS、SPPS、HVSFS）中，涂層材料是以懸浮液的形式加工的。懸浮液是含有固體顆粒和溶液的非均勻混合物。在本研究所（IFKB）中，使用水性和有機溶劑（乙醇、異丙醇）制備了各種懸浮液。這包括將粉末與溶劑混合并用適當的分散劑 (i.作為Trukem的Trusan 471）和穩定劑（檸檬酸、乙酸）以確保穩定的分散體。固體含量在10–15 wt.%之間。以蒸餾水、乙醇和異丙醇為溶劑。隨后使用研磨機 (Dispermat SL，Getzmann) 研磨懸浮液以防止任何結塊形成。
展開 熱噴涂3D打印技術原理示意圖以及大尺寸Fe基非晶合金及復合材料樣件
圖2. 熱噴涂3D打印成形非晶合金及復合材料的顯微結構表征（SEM、TEM）
圖3. 熱噴涂3D打印非晶合金及復合材料的壓縮性能與斷裂韌性
圖4. 熱噴涂3D打印非晶合金及復合材料的斷裂與增韌機理分析
圖5. 采用模板輔助熱噴涂3D打印技術制備的形狀復雜的非晶合金及復合材料構件
【小結】
在這個工作中，研究人員開發出一種新型熱噴涂3D打印技術，成功制備出大尺寸Fe基非晶合金及其復合材料，該材料具有高強度（>1.8 GPa）及良好的斷裂韌性（13-21 MPa 1/2）。
在此基礎上，輔以預制模板，打印出形狀較為復雜的三維非晶零件。本研究成果不僅提供了一種制備大尺寸、高韌性非晶合金及復合材料的新方法，也為促進高性能非晶合金及復合材料的工業應用奠定基礎。該研究得到了國家自然科學基金項目（51531003；51471074）以及科技部973項目（2015C856801）等資助。
文獻鏈接：Cheng Zhang, Wei Wang, Yi-Cheng Li, Yan-Ge Yang, Yue Wu, Lin Liu. 3D printing of Fe-based bulk metallic glasses and composites with large dimensions and enhanced toughness by thermal spraying. Journal of Materials Chemistry A, 2018, DOI: 10. 1039/C8TA00405F.
展開 基于公司具有冷噴涂增材制造實施技術，且具有一定的工程應用潛力， 2017年，公司作為起落架大梁裂紋修復技術攻關的主要技術實施單位，參與了我國某飛機再延壽項目的部件修復研制工作，形成了冷噴涂試修能力。公司通過上述技術體系的建立和工藝環節的突破，解決了先進冷噴涂增材制造技術工程化、商業化的關鍵瓶頸，實現了公司增材制造技術在航空機體結構再制造業務的突破。與此同時，公司研發并掌握了超韌超硬碳化鎢涂層技術，為公司高溫高壓航空緊固件的生產制造打下堅實基礎。
3、冷噴涂增材制造技術的進一步提升及應用范圍的進一步拓展階段（ 2019年至今）
為拓展冷噴涂增材制造技術的應用范圍，公司針對飛機各部位、不同結構的差異化修復需求，分別開發了對應的冷噴涂增材制造技術，包括損傷部位探測成像、非損傷部位防護、損傷部位創面清理、數控建模、噴涂增材路徑設置等，形成了冷噴涂增材制造技術體系的完整構建。該階段，公司冷噴涂增材制造技術制備的鋁合金涂層更致密，涂層強度可達 400MPa，較 2017 年公司冷噴涂技術實現的涂層強度 120MPa 有了顯著提升，極大提升了公司噴涂塊可承受的應力范圍，使得公司修復的大梁結構試驗件飛行起落次數超過該機型設定壽命指標的 3倍，實現了冷噴涂增材制造技術的跨越。
2020 年，公司以冷噴涂增材制造技術對多型號戰斗機起落架大梁疲勞裂紋實施修復再制造的修復效果得到了由空軍裝備部、實戰部隊、我國航空航天高等院校及科研院所以及基地級大修廠的專家組成的技術評審團的狀態鑒定，實現了冷噴涂增材制造技術在飛機關鍵主承力結構原位修復的工業級應用。在此階段，公司也將冷噴涂增材制造技術應用于靶材制造，解決了傳統熱壓粉末冶金制品存在較多孔隙、內氧化、夾雜等性能缺陷，實現了粉末無模具低溫成形的技術成果。
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三、涂層與裝飾技術
1、噴涂技術
借助噴槍將涂料霧化后均勻附著于塑件表面，經固化形成防護裝飾層。可分為手工噴涂（適合小批量、復雜形狀）和自動噴涂（適合大批量生產），涂料類型包括水性涂料（環保）、溶劑型涂料（光澤好）、UV固化涂料（固化快）。能實現啞光、高光、金屬質感等效果，還可修飾表面細微缺陷，適用于家電外殼、汽車內飾、玩具等產品。
對于AL6063，陽極氧化是首選技術，能獲得優異的裝飾和防護效果；其次可選擇電泳涂裝、粉末噴涂等技術。
這就是今天要為大家科普的 PEEK噴涂技術。
01、認識“塑料之王”：PEEK
PEEK（聚醚醚酮），被譽為“塑料之王”，它絕非普通塑料，而是集長期耐高溫（260℃）、耐強腐蝕、自潤滑耐磨、高機械強度、優異絕緣性于一身的超級工程塑料。
02、PEEK噴涂—給金屬穿上 “微米級防護戰衣”
PEEK噴涂的精髓在于“好鋼用在刀刃上”。
相對于傳統的熱噴涂技術，冷噴涂技術的工作溫度較低，可以有效避免材料氧化和熔化，從而保證涂層的質量和性能。
圖1：(a)為冷噴涂的簡易示意圖；(b)冷噴涂系統的架設
冷噴涂的優點
冷噴涂技術具有噴涂效率高、涂層附著力強、成本較低等特點，使其在各行業中得到廣泛應用。
鏈接：doi.org/10.1016/j.apsusc.2023.157457
總結：該文提出了一種簡單的電紡絲-電噴涂技術，用于制備具有雙組分納米片填充納米纖維三維橋接結構的高導熱絕緣納米復合膜。rGO作為連接相鄰堆疊的BNNS層的橋梁，PI/50BNNS@2.5rGO納米復合紙的面內導熱系數達到16.92 W/m?K。
提出了一種簡單的電紡絲-電噴涂技術，用于制備具有雙組分納米片填充納米纖維三維橋接結構的高導熱絕緣納米復合膜。通過闡明雙組分多通道三維網絡的導熱機理，優化納米片納米纖維膜的堆疊結構，與PI/50BNNS相比，PI/50BNNS@2.5rGO納米纖維復合膜的力學性能提高了168%。這是由于BNNS和rGO之間的堆積效應和界面相互作用。
近日，西北工業大學孫佳副教授團隊通過成分調控設計出一種由(Hf
0.5Zr
0.5)B
2-SmB
6-ErB
4-YB
6組成的多元復相硼化物（HZRB），利用超音速等離子噴涂技術在C/C復合材料表面制備HZRB陶瓷涂層。
免噴涂技術能節約大量的時間和勞動力成本，提高產品質量和耐久性，同時也滿足了消費者對產品外觀的美學需求。隨著人們對環保意識的增強，相信免噴涂技術將會得到更多的應用，更有效地幫助企業提升市場競爭力。
能實現多品種并行生產，采用“三明治”重構工裝技術、雙飛翼式全自動天車換模技術等實現柔性生產，其多色彩開發和噴涂技術實現涂料利用率接近100%。
智能化的新型工廠 采用信息化系統、智能裝備和大數據應用，實現新型智能制造模式，開發?了智能化生產調度系統、智能化質量管理系統、沖壓自適應配方技術、設備智能運維系統和大數據云化數據中臺，建立了業務數據分析模型及導航式自動評審模型等。
涂裝設備及生產線：噴涂機器人、油漆涂裝、粉末涂裝、噴涂設備、熱噴涂技術及設備、機械手涂裝、彩涂板與熱鍍鋅真空及無氣噴涂、磨擦靜電噴涂、電暈噴涂、往復噴涂機、噴涂室、固化爐、運輸帶、工程服務等。
