隨著工業(yè)的發(fā)展，合成樹脂逐步取代了植物油，所以現(xiàn)在把涂裝物面的各種材料統(tǒng)稱為涂料。涂料作為一個(gè)工業(yè)部門僅有百年的歷史，但其應(yīng)用卻非常廣泛。在我們的周圍，可以說涂料無處不在，從室內(nèi)的墻壁、冰箱、櫥柜和家具，甚至錄音錄象帶和光盤上，到戶外的房屋、汽車、船舶、橋梁、飲料罐以及口香糖包裝等等地方隨處可見。下面江蘇大堯化工技術(shù)部就途料的組成、分類和成膜的基本原理作一簡單介紹。

涂料：涂料(coating)是一種用于涂裝物體表面形成涂膜，從而起到保護(hù)、裝飾標(biāo)志和其他特殊功能(如絕緣、防污、減阻、隔熱、耐輻射、導(dǎo)電、電磁等)的材料。

一、涂料的組成：涂料的組成按功能包括4部分：成膜物質(zhì)、顏料、溶劑和助劑。

1、成膜物質(zhì)：是在涂料中能形成涂膜的主要物質(zhì)，是決定涂料性能的主要因素，有時(shí)也叫基料或漆料。主要有油酯、天然樹脂、天然高分子及合成樹脂等。

2、顏料：顏料通常是固體粉末，雖然本身不能成膜，但它始終留在涂膜中，能使涂膜呈現(xiàn)色彩和具有遮蓋力，還能增強(qiáng)涂膜的耐老性和耐磨性及增強(qiáng)膜的防蝕、防污等能力。顏料的種類很多，如白色顏料有鈦白粉(TiO2)、鋅白(氧化鋅)等，黑色顏料有炭黑、氧化鐵黑(Fe3O4)、彩色顏料有鉻黃(PbCrO4)、鐵紅(Fe2O3)、鐵藍(lán)(普魯土藍(lán)FeK[Fe(CN)6]?H2O)等，還有金屬顏料如鋁粉(俗稱銀粉)、防銹顏料如磷酸鋅等等。除些之外，還在大量的有機(jī)物顏料。

3、溶劑：涂料中加入溶劑，為的是溶解或分散成膜物質(zhì)，降低成膜物質(zhì)的粘稠度，以便施DD工得到均勻而有有機(jī)溶劑和水。

4、助劑：在涂料在應(yīng)用的助劑越來越多，其用量往往很小，占總配方的百分之幾，甚至千分之幾，但它們在改善性能，延長貯存期限，擴(kuò)大應(yīng)用范圍和便于施工等方面常常起很大的作用。包括催干劑、增稠劑、觸變劑、消光劑、抗靜電劑、紫外線吸收劑、消泡劑、流平劑等等。

二、涂料的分類

經(jīng)過長期的發(fā)展，涂料的品種特別繁雜，用途也各異，有許多分類方法，主要介紹下面3種：

①根據(jù)主要成膜物質(zhì)可分為有機(jī)涂料和無機(jī)涂料，有機(jī)涂料中根據(jù)成膜樹脂類型又可分為醇酸、環(huán)氧、丙烯酸涂料等。

②按照溶劑類型又可分為溶劑型(以有機(jī)溶劑為分散劑，又分為低固化份和高固化份兩種)涂料、水性(以水為溶劑)涂料、涂末涂料、輻射固化涂料等。未來涂料發(fā)展的方向?qū)Ⅲw現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：一是向更加環(huán)保、綠色方向發(fā)展，將不斷開發(fā)出高固體份、水性、粉末和輻射固化的涂料;二是向更加功能化的方向發(fā)展，各種功能化特種涂料產(chǎn)品將不斷問世。表1給出了世界主要工業(yè)化地區(qū)涂料產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。

③按照用途涂料可分為3大類：建筑涂料、產(chǎn)品涂料和特種涂料。建筑涂料主要包括用于裝飾和保護(hù)建筑物外壁和內(nèi)壁和涂料，占涂料總量的50%左右，其中乳膠漆戰(zhàn)友70%以上。產(chǎn)品涂料通常也叫工業(yè)漆，是在工廠里施工于汽車、家電、電磁線、飛機(jī)、家具、金屬罐等等上的涂料，占涂料總產(chǎn)量的30%左右。其余20%左右的是特種涂料，它是指在工廠外施工的工業(yè)涂料和一些其他涂料，如防火涂料、防水涂料、耐高溫腐蝕的陶瓷涂料，示溫涂料、導(dǎo)電涂料、磁性涂料、路面標(biāo)線涂料、防霉滅蟲涂料、耐磨涂料、海洋重防腐涂料等等。特種涂料不僅要滿足國防尖端產(chǎn)品和高科技發(fā)展的特殊需要，而且還要滿足國民經(jīng)濟(jì)各部門新發(fā)展的特種要求。

三、涂料成膜的基本原理

生產(chǎn)和使用涂料的目的是為了得到符合需要的涂膜，涂料形成涂膜的過程直接影響興翻蓋能否充分發(fā)揮預(yù)定的效果以及所得涂層的各種性能是否能充分表面出來。涂膜的固化機(jī)理一般有3種類型。

①物理機(jī)理干燥：只靠涂料中涂體(溶劑或分散相)蒸發(fā)而得到干硬興稻草原干燥過程即為物理機(jī)理干燥。在干燥過程中，高聚物不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

②涂料與空氣發(fā)生反應(yīng)的交聯(lián)固化。所以在貯存期間，涂料罐必須密封良好，與空氣隔絕。

③涂料組分之間發(fā)生反應(yīng)的交聯(lián)固化 涂料在貯存期間必須保持穩(wěn)定，可以用雙組分包裝涂料法或是選用在常溫下互不發(fā)生反應(yīng)，只是在高溫下或受到輻射時(shí)才發(fā)生反應(yīng)的組分，比如，紫外光固化興翻蓋是一種單組分、無溶劑的涂料，涂覆時(shí)接受紫外光的照射，液體興翻蓋將會(huì)在零點(diǎn)幾秒到幾十秒的時(shí)間內(nèi)固化成膜。

2、 電化學(xué)及化學(xué)沉積

電化學(xué)及化學(xué)沉積表面技術(shù)中，常見的有電鍍、刷鍍和化學(xué)鍍技術(shù)。

電鍍：電鍍是應(yīng)用電解的方法將一種金屬覆蓋到另一種金屬表面的過程，需要在電解槽中進(jìn)行。其過程是將經(jīng)過除油、除銹前處理的金屬鍍件作為陰極、鍍層金屬作為陽極、以鍍層金屬的鹽溶液作為電解液，通電后進(jìn)行電解。如電鍍鋅、電鍍銅等。為了使鍍層結(jié)晶細(xì)致，厚薄均勻，與基體結(jié)合牢固，電鍍液通常不能用簡單的金屬鹽溶液，而是用形成配合物的溶液，如鍍鋅時(shí)通常采用堿性鋅酸鹽或鋅的氰化物作為電解液。

近年來流行的合金鍍，如鍍黃銅(銅梓合金)、可焊性合金(錫鉛合金)、耐蝕合金(鋅鎳合金)、仿金電鍍(銅鋅合金或銅鋅錫合金)等，其基本原理都是通過用加入配位劑以生成不同的配合物的方法，來控制溶液中不同金屬離子的濃度，使電極電勢代數(shù)值較大的金屬離子濃度稍低，而電極電勢代數(shù)值較小的離子濃度較高，從而使不同的金屬離子以相等或相近的電勢，使多種金屬離子同時(shí)在陰極上區(qū)得電子并同時(shí)沉積在作為陰極的工件表面，形成合金鍍層。

電刷鍍：電刷鍍是近年來發(fā)展起來的一種修復(fù)機(jī)械零部件的新技術(shù)。它的基本原理與電鍍相同，只是不用鍍槽，而是將電解液浸在包著陽極(稱為鍍筆)的棉花包套中，刷鍍時(shí)，接通電源后，用浸滿鍍液(即電解液)的鍍筆與工件(陰極)直接接觸，在陽極與陰極的相對運(yùn)動(dòng)中，即可獲得鍍層，且鍍層隨刷鍍時(shí)間的延長而增厚，只不過是用鍍筆浸取除油或除銹液進(jìn)行處理。刷鍍主要用于修復(fù)被磨損或加工超差的零件，也可用于印制板和電器接點(diǎn)的維修與防護(hù)。由于電刷鍍技術(shù)能以很小的代價(jià)，修復(fù)價(jià)值較高的機(jī)械的局部損壞部位，被譽(yù)為“機(jī)械的起死回生術(shù)”而得到廣泛應(yīng)用。

化學(xué)鍍：化學(xué)鍍是一個(gè)不外加電源，在金屬表面的催化作用下經(jīng)控制化學(xué)還原法進(jìn)行了的金屬沉積過程。因不用外電源，故又稱為無電鍍(Electroless plating、Non electrolytic)。由于金屬的沉積過程是鈍化學(xué)反應(yīng)，所以將這種金屬沉積工藝稱為“化學(xué)鍍”最為恰當(dāng)，這樣它才能充分反映工藝過程的本質(zhì)。所以Chemical、Non electrolytic、Electroless3個(gè)詞就是一個(gè)意義了。目前“化學(xué)鍍”這個(gè)詞在國內(nèi)外已被大家認(rèn)同采用。

化學(xué)鍍過程必須要有催化劑?；w往往可以作為催化劑，但當(dāng)基體被完全覆蓋后，要想使沉積過程繼續(xù)進(jìn)行下去，其催化劑只能是沉積金屬本身。所以化學(xué)鍍可以說是一種沉積金屬的、可控制的、自催化的化學(xué)反應(yīng)過程?；瘜W(xué)鍍鍍層厚度與時(shí)間成正比，理論上認(rèn)為可以產(chǎn)生很厚的沉積層。

一個(gè)能夠進(jìn)行化學(xué)鍍的溶液，必須包含以下的物質(zhì)：①欲鍍覆單質(zhì)的來源——通常是金屬的鹽類；②把欲鍍金屬的離子還原成單質(zhì)的還原劑；③為了維持化學(xué)氐液的穩(wěn)定性而加入的一種或多種配位劑，它們與欲鍍覆金屬的離子形成配合物，同時(shí)還可防止生成氫氧化物及亞磷酸鹽沉淀。④包含有維持鍍液pH值恒定的緩沖劑和提高鍍液穩(wěn)定性、增加鍍液壽命的穩(wěn)定劑。

以目前應(yīng)用最為廣泛的化學(xué)鍍鎳—磷合金為例，金屬鹽一般用硫酸鎳，常用的還原劑是次亞酸鈉(NaH2PO2)。用次亞磷酸鈉作還原劑的化學(xué)鍍鎳層除含鎳外，還含有一部分磷，形成Ni-P合金，故稱其為化學(xué)鍍Ni-P合金，通常所稱的化學(xué)鍍鎳實(shí)際上即是化學(xué)鍍Ni-P合金。

化學(xué)鍍的前處理與電鍍相同，也需要除油、除銹。其一般工藝流程如下：

清洗→除油→水洗→酸蝕→水洗→化學(xué)鍍→水洗→鍍后處理

除油的目的是除去工件表面的機(jī)械加工或存儲(chǔ)過程中殘留的潤滑油、防銹油、拋光膏等油脂或污物以免鍍層不均勻或漏鍍。主要的除油方式有有機(jī)溶劑除油、堿液除油、電化學(xué)除油，乳化劑除油、超聲波除油等。

酸蝕也叫酸洗，是將金屬工件浸入酸或酸性溶液中，除去金屬表面的氧化膜、氧化皮及銹蝕過程。經(jīng)過前處理后的鍍件即可放入化學(xué)鍍液中進(jìn)行施鍍。

與電鍍相比，化學(xué)鍍鎳—磷層有以下優(yōu)點(diǎn)：

① 均鍍能力和深鍍能力好，可以在開關(guān)復(fù)雜的表面上產(chǎn)生均勻厚度的鍍層;包括盲孔、深孔零件和長徑比很大的管件，有“無孔不入”的特點(diǎn)。②鍍層致密，孔隙少;③不需要電源，設(shè)備簡單，操作容易;④除金屬之外還可在其它非金屬表面上鍍覆;⑤非晶態(tài)合金，鍍鎳層具有特殊的機(jī)械、物理和化學(xué)性能，其硬度指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出電鍍鎳，且具有高的耐磨性、耐蝕性。⑥ 鍍層與基體有良好的結(jié)合力。

我國化學(xué)鍍技術(shù)應(yīng)用的步伐雖也很快，但由于起步較晚，目前我國化學(xué)鍍鎳的最大用戶還是采油業(yè)和石油化工業(yè)，離國際水平尚有較大的差距，巨大的市場等待我們?nèi)ラ_發(fā)。

除了化學(xué)鍍鎳—磷合金以外，還有其他一些鍍種，如化學(xué)鍍銅、化學(xué)鍍鈷、化學(xué)鍍貴金屬、化學(xué)鍍多無合金，化學(xué)復(fù)合鍍等，

3.表面改性：表面改性的技術(shù)有很多種，在此只介紹陽極氧化和化學(xué)熱處理的原理及應(yīng)用。

①陽極氧化：有些金屬在空氣中能生成氧化物保護(hù)膜，而使內(nèi)部金屬在一般情況下逸遭腐蝕。如鋁及其合金表面很容易生成一層極薄的氧化膜(0.01～1μm)在大氣中有一定的抗腐蝕能力，但由于這層氧化膜是非晶體，它使鋁件表面失去原有的光澤。此外，氧化膜疏松多孔，不均勻，抗蝕能力不強(qiáng)，且容易沾染污跡，因此鋁及其合金制品通常需進(jìn)行氧化處理。

陽極氧化即是一種電化學(xué)的氧化處理方法。它是將金屬置于電解液中作為陽極，使金屬表面形成幾十至幾百微米的氧化膜的過程，這層氧化膜的形成比金屬在空氣中自然氧化形成的氧化膜具有更好的防腐、耐磨性能。

如鋁及其合金的陽極氧化，是用工件作為陽極，別的鋁板作為陰極，用稀硫酸(或鉻酸)溶液作電解液。通電后，發(fā)生下列電解反應(yīng)：

陽極(工件)：2Al+6OH-(aq) = Al2O3+3H2O+6e (主要反應(yīng))

4OH-(aq) = 2H2O + 2O2(g) + 4e (次要反應(yīng))

陰極：2H+ + 2e = H2

從而在鋁及其合金工件表面生成了與鋁基體結(jié)合牢固的Al2O3氧化膜。

②化學(xué)熱處理：化學(xué)熱處理是將金屬或合金工件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種元素滲入它的表層，以改變其化學(xué)成分、組織和性能的工藝?；瘜W(xué)熱處理的種類很多，包括滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲硼及滲不同金屬。這種工藝不僅可用于材料的防護(hù)與強(qiáng)化，提高耐腐蝕、耐磨損、抗氧化與抗疲勞性能，而且可根據(jù)需要賦予材料及其制品具有光學(xué)、磁學(xué)、隔熱、裝飾等多種功能，也可為高新技術(shù)及產(chǎn)品的發(fā)展提供一系列新型材料與復(fù)合金屬板材。

化學(xué)熱處理的基本原理：滲碳是使碳原子滲入金屬表面使其形成金屬碳化物的過程。作為滲碳的工作介質(zhì)繁多，但滲碳過程都包括三個(gè)基本步驟：工作介質(zhì)(滲碳劑)在高溫下分解生成活性碳原子，如滲碳劑CH4在高溫1173～120K下的滲碳爐內(nèi)經(jīng)過一系列反應(yīng)生成活性碳原子;②活性碳水化合物原子被金屬表面吸收：③碳原子向金屬內(nèi)層擴(kuò)散而形成滲碳層。

4.化學(xué)氣相沉積

化學(xué)氣相沉積工藝是將金屬的碳化物、氮化物、硼化物或氧化物直接沉積在金屬材料的表面的過程。例如，在鋼鐵工件上沉積TiC的化學(xué)氣相沉積工藝中，可以將TiC4蒸氣在氫氣載帶下通入裝有工件的高溫(一般為900～1200℃)反應(yīng)爐內(nèi)，并與烴類進(jìn)行一系列反應(yīng)最終生成TiC沉積在工件表面。

化學(xué)氣相沉積工藝所達(dá)到的目的與化學(xué)熱處理相似，但經(jīng)化學(xué)氣相沉積產(chǎn)生的沉積層具有與基體金屬結(jié)合牢固、沉積層厚度均勻、結(jié)構(gòu)致密、質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。此外，這類沉積層還具有類似于潤滑油墨的作用。因此可作為無油潤滑減摩層，使工件的磨損大大降低。

化學(xué)氣相沉積，激光輔助化學(xué)氣相沉積的出現(xiàn)，能夠達(dá)到的沉積工作溫度在逐漸升高，可沉積的物質(zhì)種類在不斷擴(kuò)大，沉積層性能的范圍也在逐漸擴(kuò)大?？梢哉f，表面技術(shù)已達(dá)到不僅可以改變物體表面的化學(xué)組成、組織結(jié)構(gòu)，還可以賦予物體一個(gè)全新的表面，更可觀的是還可以根據(jù)性能需要任意選擇沉積層。

江蘇大堯化工材料有限公司