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涂层

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涂层是应用于物体（通常称为基体）表面的覆盖物。涂覆涂层的目的可以是为了装饰、为了功能或两者兼有。涂层本身可以是完全覆盖基体的全涂层，也可以仅覆盖基体的一部分。比如说，许多饮料瓶上的产品标签就是包含所有这些类型涂层的一个例子是——一面具有全覆盖的功能涂层(粘合剂)，另一面具有一个或多个适当图案的装饰涂层(印花)，以形成文字和图像。

油漆和天然漆是一般是具有保护基体和装饰性双重用途的涂层，尽管一些艺术漆仅用于装饰而大型工业管道上的油漆大概率只是为了防腐。

功能涂层可以用来改变基体的表面性质，像粘附性、润湿性、耐腐蚀性或是耐磨性。在其他情况下，比如在半导体器件制造(其中衬底是晶片)中，涂层增加了全新的性能（例如磁响应性或电导率），以及组成了成品的基本部分。

大多数涂布工艺主要考虑的是涂层的涂覆厚度可控，并且许多不同的工艺都被用来实现这种控制，从涂覆墙壁的简单刷子到在电子工业中涂覆涂层的一些非常昂贵的机器。“非全覆盖”涂层要进一步考虑去控制涂层的涂覆位置。非全涂层工艺中很多都是印刷工艺。

许多工业涂布工艺包括将功能材料薄膜贴到像纸、织物、薄膜、箔或片这些基体上。如果基体通过轧辊完成涂布，该过程可以称为“辊对辊”或“网纹”涂布。一卷基材卷绕通过涂布机时，通常被称为卷材。

涂层可应用于液体、气体或固体上。

1 涂料的功能编辑

  • 用作粘合剂——胶带、压敏标签、贴衬织物
  • 改变粘合性能
    • 不粘涂层，聚四氟乙烯涂层烹饪锅
    • 防粘涂层，例如用于许多易粘产品上含硅橡胶涂层的离型纸
    • 底漆，有助于后续涂层更好地粘附(有时兼具防腐性能)
  • 用作光学涂层
    • 反射涂层，用于镜子
    • 防反射涂层，如用于眼镜
    • 紫外线吸收涂层，用于保护眼睛或延长基体寿命
    • 着色涂层，用于一些彩色照明、有色玻璃窗或太阳镜
  • 用作催化涂层，例如一些自清洁玻璃
  • 用作感光涂层，以前用于制作摄影胶片
  • 防护涂层
    • 大多数表面涂层或涂料可以在一定程度上保护基材，比如
      • 木材的密封与防水
      • 混凝土表面的密封
        • 成膜密封剂和地板漆
        • 无缝聚合物/树脂地面材料
        • 外滩墙/保护罩内衬
      • 混凝土墙的防水和防潮
      • 屋顶涂层
      • 混凝土桥面涂层
      • 砌体的密封和防水
      • 机械、设备和建筑的保护 [1]
        • 金属、合金和混凝土的防护涂层/涂料
        • 耐蚀涂层
      • 耐磨涂层
        • 滚动元件轴承的减摩、耐磨擦磨损涂层[2]
        • 塑料和其他材料(如氮化钛)上的硬质防刮伤涂层，以减少刮伤和磨损损失
        • 易受侵蚀/磨蚀的混凝土、金属和合金上的阻隔涂层
    • 防腐涂层 [3]-尽可能延长金属部件的寿命。
      • 汽车车身底部密封胶
      • 许多电镀产品
      • 防止设备和结构钢退化
      • 结构钢的保温层和防火保护层
    • 被动防火
    • 隔离
    • 防水织物和防水纸
    • 防涂鸦
    • 抗菌表面
    • 除污和防污
  • 赋予磁性，如盒式磁带、软盘和一些公共车票等磁介质
  • 赋予电学性质或电子特性
    • 共形天线，例如塑料机身上的金属涂层
    • 导电涂层，例如制造某些类型的电阻器
    • 绝缘涂层，例如变压器中使用的电磁线
  • 赋予气味特性，如刮痕和嗅探贴纸和标签
  • 赋予装饰特性——通常赋予特定的颜色，但也能产生特定的反射性质，如亮光或哑光

2 涂层分析编辑

评估涂层的方法有很多，其中有破坏性和非破坏性方法。最常见的破坏方法是对涂层和基体的粘合截面进行显微镜检查。最常见的无损技术有超声波测厚、XRF涂层测厚和超微硬度测试。

3 涂层工艺编辑

涂层工艺可分为以下几类:

3.1 蒸镀法

化学气相沉积法

  • 金属有机物气相外延法
  • 静电喷涂辅助气相沉积法
  • 粉镀锌技术
  • 一些外延法
    • 分子束外延

物理气相沉积法

  • 阴极电弧沉积
  • 电子束外延物理气相沉积
  • 离子电镀法
  • 离子束辅助沉积(IBAD)
  • 磁控溅射
  • 脉冲激光沉积
  • 溅射沉积
  • 真空镀膜
  • 真空蒸镀，蒸镀(沉积)
  • 脉冲电子沉积(PED)

3.2 化学和电化学技术

  • 转化膜处理
    • 自动电镀，专门为黑色金属基体设计的专利系列自动沉积涂层法的注册商标[4]
    • 阳极电镀
    • 铬酸盐转化涂层
    • 等离子电解氧化
    • 磷酸盐(涂层)
  • 离子束混合
  • 钝化和涂油，一种钢板涂层
  • 镀层
    • 化学镀
    • 电镀

3.3 喷雾法

  • 喷涂
  • 高速火焰喷涂(HVOF)
  • 等离子喷涂
  • 热喷涂
  • 冷喷涂
  • 等离子转移弧热喷涂
  • 常见的粉末喷涂

3.4 辊对辊涂布工艺

常见的辊对辊涂覆工艺包括:

  • 气刀涂层
  • 网纹涂布
  • 柔版印刷
  • 间隙涂层
    • 刀辊涂布
  • 照相凹板涂布
  • 热熔胶涂布-通过温度而不是聚合物溶液等来达到必要的涂层粘度。一般来说，这种方法要求槽模的涂布温度高于室温，但也可能有热熔胶-辊涂布；热熔胶-计量棒涂布等
  • 浸渍涂布
  • 吻合涂布
  • 计量棒(迈耶棒)涂布
  • 滚筒式涂布
    • 正向涂布
    • 反向辊涂
  • 丝网涂布
    • 圆网印花
  • 槽模涂布——槽模涂布法最早应用于20世纪50年代。[5] 槽模涂布不仅操作成本低，易于规模化加工，还可以快速沉积薄而均匀的薄膜，同时能最大限度地减少材料浪费。[6] 槽模涂布技术是将各种液体化学物质沉积到各种材料的基体上，例如玻璃、金属和聚合物。方法是通过精确测量加工液体，并在涂布模相对于基材精确移动的同时将其以控制好的速率分配。[7] 传统槽模复杂的内部几何形状需要用机械来加工或者可以通过3D打印来实现。[8]
  • 挤出涂布——通常压力高，温度高，而且网纹的运动速度比挤出聚合物的速度快得多。
    • 幕帘涂布-粘度低，槽模垂直位于卷材上方，槽模和卷材之间有间隙。
    • 滑珠涂布，开槽模具和涂珠之间有一定角度的滑动。常用于摄影的工业中多层涂层。
    • 槽模珠涂布-通常带辊支撑的卷材，槽模和卷材之间的间隙非常小。
    • 张力控制条缝涂布-卷材无背衬。
  • 喷墨打印
  • 平版印刷
  • 橡胶板印刷

3.5 物理涂层工艺

  • LB膜法[9]
  • 旋涂法
  • 浸涂法

参考文献

  • [1]

    ^S. Grainger and J. Blunt, Engineering Coatings: Design and Application, Woodhead Publishing Ltd, UK, 2nd ed., 1998, ISBN 978-1-85573-369-5.

  • [2]

    ^Mutyala, Kalyan C.; Singh, Harpal; Evans, R. D.; Doll, G. L. (23 June 2016). "Effect of Diamond-Like Carbon Coatings on Ball Bearing Performance in Normal, Oil-Starved, and Debris-Damaged Conditions". Tribology Transactions. 59 (6): 1039–1047. doi:10.1080/10402004.2015.1131349..

  • [3]

    ^Mutyala, Kalyan C.; Ghanbari, E.; Doll, G.L. (August 2017). "Effect of deposition method on tribological performance and corrosion resistance characteristics of Cr x N coatings deposited by physical vapor deposition". Thin Solid Films. 636: 232–239. doi:10.1016/j.tsf.2017.06.013. ISSN 0040-6090..

  • [4]

    ^Fristad, W. E. (2000). "Epoxy Coatings for Automotive Corrosion Protection". doi:10.4271/2000-01-0617..

  • [5]

    ^US2681294A, "Method of coating strip material", issued 1951-08-23.

  • [6]

    ^Beeker, L.Y. (March 2018). "Open-source parametric 3-D printed slot die system for thin film semiconductor processing". Additive Manufacturing. 20: 90–100. doi:10.1016/j.addma.2017.12.004. ISSN 2214-8604..

  • [7]

    ^"Slot Die Coating - nTact". nTact (in 英语). Retrieved 2018-11-24..

  • [8]

    ^"Open Source 3D printing cuts cost from $4,000 to only $0.25 says new study - 3D Printing Industry". 3dprintingindustry.com (in 英语). Retrieved 2018-11-24..

  • [9]

    ^"What and why: Langmuir-Blodgett films" (PDF)..

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