飛刷塗抹裝置設計原理

A. 自動化擦黑板機論文

自動化擦黑板機論文

擦拭黑板產生的粉塵「滿天飛舞」，而且漂浮在空中的時間長，落得滿地都是，尤其是黑板下面的凸台，經常堆滿了粉塵也無人清除，嚴重污染了環境。以下是我整理好的自動化擦黑板機論文，歡迎大家閱讀參考！

摘要： 粉筆和黑板為人類教育事業做出了重大貢獻，然而傳統的清潔方式污染教室環境，加速現代教學儀器和設備的老化，危害到師生的身心健康。利用自動化技術研究新的黑板清潔方案，提高黑板清潔的自動化程度，既保留了傳統的粉筆和黑板的優勢，又避免了環境污染，延長了現代化教學儀器和設備的使用壽命，確保了師生的身心健康。

關鍵詞： 粉筆；黑板；粉塵；自動化技術；黑板清潔方案 文獻標識碼：A

1 粉筆的「功」與「過」

粉筆和黑板是從小學課堂到大學課堂的必備教學工具，它從誕生之日起就為人類教育事業的發展做出了巨大貢獻，盡管現在出現了各種各樣的現代化的教學工具和設備，但是粉筆和黑板仍然是不可替代的。

當然，粉筆和黑板給人類教育事業做出巨大貢獻的同時，也給教室環境、師生的身心健康等方面帶來了巨大的危害，主要原因是傳統的黑板擦和擦黑板的方法存在諸多不足：

1.1 效率低

傳統黑板擦雖然小巧、使用方便靈活，然而正因為其佔地面積小，導致擦拭整個黑板所需要的時間長，效率低下。

1.2 勞動強度大

黑板使用時間一長，黑板的擦拭效果就會越來越差，如果寫在黑板上的字跡不及時擦除，粉塵就會沉積在黑板表面，導致很難擦除，經常需要使用較大的力度去擦除陳舊的字跡，很消耗體力。

1.3 擦不幹凈

黑板擦使用時間一長，毛刷表面就會沉積很多粉塵，導致擦拭黑板的時候，雖然把字跡擦除掉了，但是卻留下很多粉塵在黑板表面，導致黑板出現「大花臉」現象，從而影響書寫效果和觀看效果。

1.4 污染環境

擦拭黑板產生的粉塵「滿天飛舞」，而且漂浮在空中的時間長，落得滿地都是，尤其是黑板下面的凸台，經常堆滿了粉塵也無人清除，嚴重污染了環境。

1.5 影響設備使用壽命

粉塵像空氣一樣，無孔不入，它沉積在電腦、投影儀及其他教學設備和實驗儀器上，嚴重影響了這些設備和儀器的使用壽命。

1.6 影響師生的身心健康

教師在擦拭黑板的過程中，手上、手臂上、身上都沾滿了粉塵，整個人都「籠罩」在粉塵當中，極易引起塵肺以及其他慢性呼吸道疾病，就是我們所熟知的「職業病」。除了教師之外，坐在靠前排的學生也深受其害。

2 黑板清潔方案現狀

為了緩解上述矛盾，部分同學在老師的.指導下進行了黑板清潔方案的研究，主要包含兩個方面：

2.1 對無塵黑板的探索

武昌工學院的夏凡等同學、內蒙古工業大學的彭亞洲等同學將原來的硬板黑板設計成軟體黑板，在書寫過後，可以將軟體黑板有字的一面轉到另一邊清除粉塵，清除完畢後再轉回原位使用。江南大學的熊雪梅等同學設計了箱式無塵黑板，黑板書寫以後，整個粉塵的清除過程在密閉的箱體裡面完成，以此來減少粉塵污染問題。除此之外，還有其他一些類似的處理方案。無塵黑板的設計考慮到了擦拭黑板這一最主要功能，也防止了粉塵的「漫天飛舞」，但是這些設計方案都是需要黑板本身發生運動，且結構類似於一個箱體，因此體積較大，如果裝在牆上，會顯得比較突出，將會占據教室相對較大的空間，可能不太美^。

2.2 對黑板擦的創新

貴州理工學院的林棟同學依據吸塵器的原理設計了一種可以擦拭黑板並吸收粉塵的黑板擦。南京科技職業學院的楊偉偉設計了一款擦拭黑板和吸收粉塵的自動黑板擦清理器的基本結構。西南科技大學的王佳佳等同學設計了一種智能吸塵黑板刷，可以通過遙控使得黑板刷在黑板上自由遊走，從而擦拭黑板並吸收粉塵。這些關於黑板清潔方案的研究都涉及到了擦拭黑板和吸收粉塵兩個主要功能，但是有的僅停留在設計階段，有的付之實施，但是效果還未可知。

總的來說，市場上暫未見上述處理方案的產品出現，說明這些方案還不成熟，還需要繼續深入研究，從而為黑板清潔提出一個切實可行的解決方案，徹底改變目前教學條件的現狀，為師生創造一個清新的學習環境。

3 黑板清潔方案功能需求分析

根據前述目前黑板清潔方式帶來的危害性及親身經歷，針對黑板的自動清潔方案應該至少包含以下三個方面的功能：

3.1 黑板擦拭功能

在課堂上，黑板書寫以後，如何快速干凈地擦掉粉塵，以供老師再次板書，是最為基本最為重要的功能，因此必須將黑板擦拭功能放在首位考慮，確保能夠快速干凈地清除粉塵。

3.2 粉塵收集功能

正如上述分析，擦拭黑板的過程必然造成粉塵的「漫天飛舞」現象，這也是危害根源。因此，在擦拭黑板的同時，必須考慮如何將粉塵限定在一個封閉的區域內，並收集到一個容器當中，防止出現粉塵「漫天飛舞」的場面，確保教室有一個清新的環境。

3.3 黑板清洗功能

在黑板實際的使用過程中發現，經過長期書寫的黑板會出現粉塵沉積難以清除的現象，從而導致黑板出現「大花臉」。因此為進一步強化粉塵清除的力度，確保黑板一直處於最佳的使用狀態，可以設計一個自動清洗功能。該功能只在晚上、周末等相對較長時間不使用黑板的時候開啟，用水將黑板徹底清洗干凈，盡量延長黑板的使用壽命，提高使用效果。

4 黑板清潔方案設計

根據上述功能需求分析，並綜合考慮黑板本身的結構尺寸和安裝方式等因素，項目組初步確定了基於自動化技術的黑板清潔方案：設計一種黑板擦拭機器人實現黑板清潔過程中的三大主要功能，並對該裝置的總體結構、機械系統和控制系統等三大主要功能模塊分別進行了設計。

4.1 總體結構設計

總體結構設計及安裝如圖1所示。以黑板縱向尺寸為基本設計尺寸，將黑板擦拭機器人設計成一個長方體結構。擦拭黑板、收集粉塵、清洗黑板等主要功能都集成在這裡面。整個系統由機械繫統和控制系統兩大部分組成。 4.2 機械繫統設計

機械繫統主要由行走機構、擦拭機構、粉塵收集機構、清洗機構等部分組成。

行走機構由齒輪齒條傳動、由步進電機驅動，完成黑板擦拭機器人的左右來回行走動作；擦拭機構採用三角柱體結構，三角柱體三面均安裝有可拆卸的毛刷，可以實現轉位擦拭，也由步進電機驅動。毛刷可以清洗也可以更換；確保毛刷本身不沉積粉塵，從而保證擦拭黑板的效果；粉塵收集機構採用軸流風扇配過濾袋的方式，擦拭時自動開啟風扇吸收粉塵，並將粉塵輸送到容器中存儲起來，以防粉塵隨風漂流，污染環境；清洗機構採用水箱儲水、水泵供水，毛刷刷洗的結構。但上課時間不用，以防黑板不能及時晾乾，影響書寫而出現「大花臉」的現象。只有在周末等較長時間不使用黑板時，才進行噴水徹底清洗，並留夠充足的時間讓黑板自行晾乾，以盡可能保證黑板的使用效果。

4.3 控制系統設計

控制系統主體採用PLC的控制方式。其中操作界面採用電容式彩色觸摸屏，並搭配急停開關等按鈕的控制模式；控制軟體採用PLC梯形圖的方式，整個系統穩定可靠、操作簡單。

5 結語

該項目是一個典型的機電一體化系統，既可以作為高職院校機電一體化技術專業、機器人專業項目化教學的實施案例，又可以解決教學中的實際問題。研製出的樣機經過測試合格後可以批量生產而應用於實踐當中，從而實現產業化產生經濟效益和社會效益。從目前各類學校對黑板的使用情況可知，全國大、中、小學以及其他培訓場所使用的粉筆和黑板的數量是非常可觀的，若全部配上自動擦拭黑板的機器人，將產生極大的經濟效益。除此之外，擦拭黑板的機器人本身是為了解決粉塵污染環境、影響教學設備及儀器的使用壽命、傷害師生身心健康的問題而開發的，這些價值也至關重要，而且是用金錢無法購買的。

參考文獻

[1] 夏凡，李銘，張融，等.自動無塵黑板關鍵技術的研 究[J].機械工程與自動化，2015，（5）.

[2] 彭亞洲，劉慶，王亞茹，等.自動清理無塵黑板的設 計研究[J].中小企業管理與科技，2016，（21）.

[3] 熊雪梅，許興竹，朱立佳，等.箱式無塵黑板[J].機 械工程師，2014，（10）.

[4] 林.一種無塵黑板擦的設計研究[J].科技傳播， 2016，1（下）.

[5] 楊偉偉.基於UG軟體的自動黑板擦清理器設計方案 探討[J].中國新技術新產品，2016，2（下）.

[6] 王佳佳，唐雪梅，高遠.一種新型智能吸塵黑板刷 [J].機械，2014，（8）.

B. 塗布機的工作原理

塗布機工作原理及特點：
塗布機用於BOPP封箱膠粘帶的塗布生產。將成卷的基材塗上一層特定功能的膠、塗料或油墨等，並烘乾後收卷。它採用專用的高速塗布頭，能有效降低氣泡的產生，塗布機的收放卷均配置全速自動接膜機構，張力閉環自動控制。
塗布機的工作流程：將成卷的基材，如：紙張、布匹、皮革、鋁箔、塑料薄膜等，塗上一層特定功能的膠、塗料或油墨等，並烘乾後收卷。
塗布機
塗布機自動塗布機的工作原理：用於網印製版的自動塗布機的工作原理是相同的，但其性能根據不同的機型及不同的生產廠家而不同。絲網塗布機在垂直的機架上都設有能夾緊網框的裝置。絲網區的前後是水平的塗布機構，這個塗布機構由塗布槽，以及控制塗布槽角度和壓力的機械部件或氣動部件組成。
塗布機構兩端裝在塗布機的垂直支撐臂上，通過皮帶、鏈條或電纜的傳動，使塗布機構上下運動，沿絲網的表面塗布。傳動機構連接在伺服或變頻電機上，使其操作平穩，並能夠精確控制塗布機構的位置。
塗布前，將清潔的，綳好網的網版從塗布機前面裝入，有的機型也可從側面裝入網版。在為大幅面網框設計的機型中，側面裝版更為常見，因為網框大且笨重，側面裝版，可使抬升量和搬動量小一些。在自動絲網塗布機與其他自動絲網處理設備（如清潔設備、再生設備、乾燥裝置和顯影機）聯機運行時，從側面裝版更為便利。不管網版是如何裝上的，一旦網版處於正確的位置，氣動夾緊裝置或機械式夾緊裝置即閉合，將網版鎖定。為了操作更為方便，許多機型都有腳踏板控製版夾動作，操作人員可以騰出雙手來控制網版。安裝完網版，向自動塗布機灌入相應的感光乳劑後，即可開始塗布。根據控制系統和設備所具有的功能，設備可同時對絲網的兩面進行塗布。塗布方式有兩種，一是通過多次濕壓濕的操作在絲網上塗布感光乳劑；或是在每次塗布之後加上乾燥的過程。在材料表面上定量塗布粘合劑或塗料等液體（或熔體）高分子材料的機械。
適用於PVC/PE膜等軟性基材的生產
簡單的說就是把膠塗在薄膜上。具體的包括塗膠、烘乾、收卷和張力的控制。薄膜可以是PVC,PE,PET...也可以是一些紙張，例如再離型紙上塗上熱熔膠塗布機是為適應貨物集裝化儲存、運輸及機械化裝卸作業的包裝要求，設計製造了托盤式塗布機、壓頂式阻拉型塗布機、預拉型自動薄膜塗布機系列產品，廣泛使用與外貿出口、食品飲料、制灌、造紙、染料、塑膠化工、玻璃陶瓷、機電鑄件等產品的集裝成本，提高生產效率，又能防止貨物在搬運過程的損壞，並起到防塵，防潮及保潔作用。塗布機械工作原理是將被纏繞物體放置於轉盤中央，啟動轉盤電機轉動，自然地帶動轉盤轉動，使物體實現了外圍的纏繞膜機。與此同時升降機電機也啟動，帶動纏繞捆紮機整個組合體做上下運動，達到物體高度方向的纏繞，這就實現了物體整個外表的纏繞包裝。這樣
不僅有利於貨物儲存、運輸及機械化裝卸作業的包裝要求，又能防止貨物在搬運過程的損壞，起到防塵，防潮及保潔作用，也降低了生產成本，提高了生產效率。在纏繞過程中主要的是對薄膜拉緊力的調整以及穿膜。一般通過調整轉盤轉速和調節電機的轉速就能達到薄膜張緊程度。只要知道轉盤轉速越快，電機轉動越慢，膜就會越緊，反之越松這個原理就不難操作了。
塗布機的用途：
適用於鞋材、電子行業、海棉、EVA、PE、布料等塗膠。

C. 除塵黑板擦該怎樣製作

實用無塵黑板擦沿殼體四個內側面附設柔質彈性濾塵片，在殼體內中間位置設置柔體材料，即柔體材料四周與殼體四個內側面有槽隔開，擦黑板時，柔體材料在黑板上擦動，擦掉的粉筆塵被濾塵片阻擋後落在槽里，待擦完黑板後，再把槽里的粉筆塵倒在垃圾桶里，從而達到控制粉筆塵到處飛揚和垂地而下，凈化了教室空氣和保持地面清潔的目的。實用無塵黑板擦的結構與現有的黑板擦的結構大致相似，原材料基本相同，

收塵式黑板擦屬於教學用具。在注塑殼體的內側，與殼體兩邊平行鑄有兩棱骨、四塊限位擋板，殼體上端面開有通孔，注塑的板擦固定架的螺桿上端車有螺紋，板擦體鑲嵌在固定架下端面凹槽內，固定架位於限位擋板中間，螺桿穿過殼體的通孔與鑲有彈簧的上壓蓋以螺紋連接，毛刷安裝在棱骨的凹槽內，收塵片安裝在殼體無棱骨對應的一邊上。優點是防止粉塵飛揚，保持環境清潔，將粉塵隨擦隨著收集起來。

設計了一種適用於我國教育系統黑板-黑板擦-粉筆構架的負壓式黑板擦吸塵器,該黑板擦吸塵器由外殼、清灰裝置、過濾袋總成、氣流分布裝置、連接風管、引風機、風機電機、排氣管、電源開關組成.清灰裝置、過濾袋總成及氣流分布裝置支承於外殼的內凸台上,引風機與風機電機支承於外殼的底部,連接風管連接引風機的出風口與氣流分布裝置的進風口,排氣管與電源開關安裝在外殼的側壁上.本文所設計的黑板擦吸塵器具有重力沉降與氣流過濾雙重收塵機制、收塵效率高、結構簡單、清灰方便、成本低、可靠性高等特點.

無塵粉筆的配方：是將原料鈣鹽，鋇鹽與水按比例混合、攪拌、成型、烘乾即得成品
CaSo4，Baso4，H2O＝36．2％，37．6％，26．2％，並加入適量粘結劑。

材料：噴霧劑用的空瓶子；普通板擦的石棉材料
做法：給瓶子灌上清水，然後把石棉材料貼在瓶體上 就OK了!
用法:先用噴嘴給黑板上噴點水霧,不要太多!然後用石棉擦就可以了
原理:因為噴出來的是水霧,所以不會把粉塵弄成糨糊,同時又避免粉塵揚起.
聲明:專利保護,批量生產的話 要給我交稅!謝謝

黑板擦是那種可以在包一層布的類型的話，那麼建議你在黑板擦外麵包一塊滌綸面料（裁剪時注意大小適中）。試試看，因為這種材料應該是比較容易產生靜電。

吸塵器主要由起塵、吸塵、濾塵三部分組成，一般包括串激整流子電動機、離心式風機、濾塵器（袋）和吸塵附件。一般吸塵器的功率為400-1000W或更高，攜帶型吸塵器的功率一般為250W及其以下。

吸塵器能除塵，主要在於它的「頭部」裝有一個電動抽風機。抽風機的轉軸上有風葉輪，通電後，抽風機會以每秒500圈的轉速產生極強的吸力和壓力，在吸力和壓力的作用下，空氣高速排出，而風機前端吸塵部分的空氣不斷地補充風機中的空氣，致使吸塵器內部產生瞬時真空，和外界大氣壓形成負壓差，在此壓差的作用下，吸入含灰塵的空氣。灰塵等雜物依次通過地毯或地板刷、長接管、彎管、軟管、軟管接頭進入濾塵袋，灰塵等雜物滯留在濾塵袋內，空氣經過濾片凈化後，由機體尾部排出。因氣體經過電機時被加熱，所以吸塵器尾部排出的氣體是熱的。

吸塵器的吸塵桶內裝有一個收集灰塵的盒子，塵垢便留在集塵盒裡，盒子裝滿後，可取出用水刷洗清理。吸塵器配上不同的部件，可以完成不同的清潔工作，如配上地板刷可清潔地面，配上扁毛刷可清潔沙發面、床單、窗簾等，配上小吸嘴可清除小角落的塵埃和一些家庭器具內的塵垢。

D. 電動車控制器防飛車保護裝置及原理

這個裝置用來控制電動車電機的啟動、運行、進退、速度、停止以及電動車的其它電子器件的核心控制器件，就像是電動車的大腦，是電動車上重要的部件。

其原理是在一塊集成片上把存貯器、有變換信號語言的解碼器、鋸齒波發生器和脈寬調制功能電路以及能使開關電路功率管導通或截止、通過方波控制功率管的的導通時間以控制電機轉速的驅動電路、輸入輸出埠等集成在一起。

(4)飛刷塗抹裝置設計原理擴展閱讀

失效原因：

1、功率器件損壞；

功率器件的損壞，一般有以下幾種可能：電機損壞引起的；功率器本身的質量差或選用等級不夠引起的；器件安裝或振動松動引起的；電機過載引起的；功率器件驅動電路損壞或參數設計不合理引起的。

2、控制器內部供電電源損壞；

控制器內部電源的損壞，一般有以下幾種可能：控制器內部電路短路；外圍控制部件短路；外部引線短路。

E. 簡述熱噴塗技術的原理，種類和技術特點以及主要的應用領域

1
熱噴塗技術概述
眾所周知, 除少數貴金屬外,金屬材料會與周圍介質發生化學反應和電
化學反應而遭受腐蝕. 此外,金屬表面受各種機械作用而引起的磨損也極為
嚴重.大量的金屬構件因腐蝕和磨損而失效, 造成極大的浪費和損失. 據一些
工業發達國家統計, 每年鋼材因腐蝕和磨損而造成的損失約占鋼材總產量的
10 %, 損失金額約占國民經濟總產值的2 - 4 %. 如果將因金屬腐蝕和磨損
而造成的停工、停產和相應引起的工傷、失火、爆炸事故等損失統計在內的
話, 其數值更加驚人. 因此, 發展金屬表面防護和強化技術, 是各國普遍關
心的重大課題.
隨著尖端科學和現代工業的發展,各工業部門越來越多地要求機械設備
能在高參數(高溫、高壓、高速度和高度自動化)和惡劣的工況條件(如嚴重的
磨損和腐蝕)下長期穩定的運行.因此,對材料的性能也提出更高要求. 採用
高性能的高級材料製造整體設備及零件以獲得表面防護和強化的效果, 顯然
是不經濟的,有時甚至是不可能的。所以, 研究和發展材料的表面處理技術就
具有重大的技術和經濟意義。而表面處理技術也在這種需求的推動下獲得了
飛速的發展和提高.
熱噴塗技術就是這種表面防護和強化的技術之一, 是表面工程中一門重
要的學科. 所謂熱噴塗, 就是利用某種熱源, 如電弧、等離子弧、燃燒火焰
等將粉末狀或絲狀的金屬和非金 屬塗層材料加熱到熔融或半熔融狀態, 然
後藉助焰流本身的動力或外加的高速氣流霧化並以一定的速度噴射到經過預
處理的基體材料表面, 與基體材料結合而形成具有各種功能的表面覆蓋塗層
的一種技術。
一. 熱噴塗技術的分類
根據熱源的種類熱噴塗技術主要分類為：
熱 源 溫 度 ℃ 噴 塗 方 法
粉末火焰噴塗(焊)
火 絲材火焰噴塗
約3000 陶瓷棒材火焰噴塗
焰 高速火焰噴塗(HVOF)
爆炸噴塗(D - GUN)
電 弧 約5000 電弧噴塗
大氣等離子噴塗(APS)
等離子弧 10000 以上 低壓等離子噴塗(LPPS)
水穩等離子噴塗
2
各種熱噴塗方法的熱源溫度和流速
二. 熱噴塗設備
雖然因熱噴塗的方法不同其設備也各有差異, 但依據熱噴塗技術的原理,
其設備都主要由噴槍、熱源、塗層材料供給裝置以及控制系統和冷卻系統組
成.下圖為等離子噴塗的設備配置圖.
三. 熱噴塗工藝
熱噴工藝過程如下：
工件表面預處理 → 工件預熱 → 噴塗 → 塗層後處理
1. 表面預處理
為了使塗層與基體材料很好地結合,基材表面必須清潔及粗糙, 凈化和
粗化表面的方法很多, 方法的選擇要根據塗層的設計要求及基材的材質、形
狀、厚薄、表面原始狀況以及施工條件等因素而定.
凈化處理的目的是除去工件表面的所有污垢,如氧化皮、油漬、油漆及
低速火焰噴塗
250 500 750 1000 m/s
2500 5000 7500 10000 oC
0
0
電弧噴塗
等離子噴塗
高速火焰噴塗
溫度
速度
3
其他污物, 關鍵是除去工件表面和滲入其中的油脂. 凈化處理的方法有, 溶
劑清洗法、蒸汽清洗法、鹼洗法及加熱脫脂法等.
粗化處理的目的是增加塗層與基材間的接觸面, 增大塗層與基材的機械
咬合力, 使凈化處理過的表面更加活化,以提高塗層與基材的結合強度. 同時
基材表面粗化還改變塗層中的殘余應力分布,對提高塗層的結合強度也是有
利的. 粗化處理的方法有噴砂、機械加工法(如車螺紋、滾花)、電拉毛等。
其中噴砂處理是最常用的粗化處理方法，常用的噴砂介質有氧化鋁、碳化硅
和冷硬鑄鐵等。噴砂時，噴砂介質的種類和粒度、噴砂時風壓的大小等條件
必須根據工件材質的硬度、工件的形狀和尺寸等進行合理的選擇。對於各種
金屬基體，推薦採用的砂粒粒度約為16－60 號砂，粗砂用於堅固件和重型件
的噴砂，噴砂壓力為0.5－0.7Mpa，薄工件易於變形，噴砂壓力為0.3－0.4
Mpa。特別值得注意的一點是，用於噴砂的壓縮空氣一定要是無水無油的，
否則會嚴重影響塗層的質量。噴塗前工件表面的粗化程度對大多數金屬材料
來說2.5－13 μmRa 就夠了。隨著表面粗糙度的增加塗層與基體材料的結合
增強，但是當表面粗糙度超過10μmRa 後，塗層結合強度的提高程度便會減
低。
對於一些與基材粘結不好的塗層材料, 還應選擇一種與基體材料粘結好
的材料噴塗一層過渡層,稱為粘結底層,常用作粘結底層的材料有Mo、NiAl、
NiCr 及鋁青銅等.粘結底層的厚度一般為0.08－0.18μm。
2.預熱
預熱的目的是為了消除工件表面的水分和濕氣, 提高噴塗粒子與工件接
觸時的界面溫度, 以提高塗層與基體的結合強度；減少因基材與塗層材料的
熱膨脹差異造成的應力而導致的塗層開裂. 預熱溫度取決於工件的大小、形
狀和材質,以及基材和塗層材料的熱膨脹系數等因素,一般情況下預熱溫度控
制在60 - 120 ℃之間.
3.噴塗
採用何種噴塗方法進行噴塗主要取決於選用的噴塗材料、工件的工況
及對塗層質量的要求。例如，如果是陶瓷塗層，則最好選用等離子噴塗；如
果是碳化物金屬陶瓷塗層則最好採用高速火焰噴塗；若是噴塗塑料則只能采
用火焰噴塗；而若要在戶外進行大面積防腐工程的噴塗的話，那就非靈活高
效的電弧噴塗或絲材火焰噴塗莫屬了。總之，噴塗方法的選擇一般來說是多
樣的，但對某種應用來說總有一種方法是最好的。
預處理好的工件要在盡可能短的時間內進行噴塗,噴塗參數要根據塗層
材料、噴槍性能和工件的具體情況而定, 優化的噴塗條件可以提高噴塗效率、
並獲得緻密度高、結合強度高的高質量塗層.
4.塗層後處理
噴塗所得塗層有時不能直接使用, 必須進行一系列的後處理.
4
用於防腐蝕的塗層,為了防止腐蝕介質透過塗層的孔隙到達基材引起基
材的腐蝕,必須對塗層進行封孔處理. 用作封孔劑的材料很多,有石臘、環氧
樹脂、硅樹脂等有機材料及氧 化物等無機材料, 如何選擇合適的封孔劑, 要
根據工件的工作介質、環境、溫度及成本等多種因素進行考慮.
對於承受高應力載荷或沖擊磨損的工件,為了提高塗層的結合強度,要對
噴塗層進行重熔處理(如火焰重熔、感應重熔、激光重熔以及熱等靜壓等), 使
多孔的且與基體僅以機械結合的塗層變為與基材呈冶金結合的緻密塗層.
有尺寸精度要求的,要對塗層進行機械加工. 由於噴塗塗層具有與一般的
金屬及陶瓷材料不同的特點, 如塗層有微孔,不利於散熱；塗層本身的強度較
低,不能承受很大的切削力；塗層中有很多硬的質點,對刀具的磨損很快等,
因而形成了噴塗塗層不同於一般材料的難於加工的特點.所以必須選用合理
的加工方法和相應的工藝參數才能保證噴塗層機械加工的順利進行和保證達
到所要求的尺寸精度.
四. 熱噴塗技術的特點
從熱噴塗技術的原理及工藝過程分析,熱噴塗技術具有以下一些特點.
1. 由於熱源的溫度范圍很寬,因而可噴塗的塗層材料幾乎包括所有固態
工程材料,如金屬、合金、陶瓷、金屬陶瓷、塑料以及由它們組成的復合物等.
因而能賦予基體以各種功能(如耐磨、耐蝕、耐高溫、抗氧化、絕緣、隔熱、
生物相容、紅外吸收等)的表面.
2. 噴塗過程中基體表面受熱的程度較小而且可以控制,因此可以在各種
材料上進行噴塗(如金屬、陶瓷、玻璃、布疋、紙張、塑料等),並且對基材的
組織和性能幾乎沒有影響,工件變形也小.
3.設備簡單、操作靈活, 既可對大型構件進行大面積噴塗,也可在指定的
局部進行噴塗；既可在工廠室內進行噴塗也可在室外現場進行施工.
4.噴塗操作的程序較少,施工時間較短,效率高,比較經濟.
隨著熱噴塗應用要求的提高和領域的擴大, 特別是噴塗技術本身的進步,
如噴塗設備的日益高能和精良,塗層材料品種的逐漸增多、性能逐漸提高, 熱
噴塗技術近十年來獲得了飛速的發展, 不但應用領域大為擴展, 而且該技術
已由早期的制備一般的防護塗層發展到制備各種功能塗層；由單個工件的維
修發展到大批的產品製造；由單一的塗層制備發展到包括產品失效分析、表
面預處理、 塗層材料和設備的研製、選擇, 塗層系統設計和塗層後加工在內
的噴塗系統工程；成為材料表面科學領域中一個十分活躍的學科。並且在現
代工業中逐漸形成 象鑄、鍛、焊和熱處理那樣的獨立的材料加工技術。成為
工業部門節約貴重材料、節約能源、提高產品質量、延長產品使用壽命、降
低成本、提高工效的重要的工藝手段, 在國民經濟的各個領域內得到越來越
廣泛的應用。
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五. 各種熱噴塗方法概述
1. 氧乙炔火焰噴塗(焊)
是最早的一種噴塗方法。它是利用氧和乙炔的燃燒火焰將粉末狀或絲
狀、棒狀的塗層材料加熱到熔融或半熔融狀態後噴向基體表面而形成塗層的
一種方法。它具有設備簡單、工藝成熟、操作靈活、投資少、見效快的特點。
它可制備各種金屬、合金、陶瓷及塑料塗層, 是目前國內最常用的噴塗方法
之一。但是, 由該方法制備的塗層孔隙度較大, 與基體材料的結合強度也較
低。但是, 對於自熔合金而言,如若採用燃燒火焰將其一次噴融或將噴塗層進
行 二次重熔(有火焰重熔、感應重熔和爐熔等)的方法則稱為噴焊, 噴焊塗層
由於與基體材料呈冶金結合狀態, 因而與基體材料的結合強度大大提高,可
以應用於沖擊大、負荷重的工況下,如連續鑄造拉矯輥、熱軋矯直輥表面採用
鎳基自熔合金噴焊塗層進行強化, 均獲得了十分良好的耐蝕、耐磨和抗熱疲
勞的強化效果.
2. 爆炸噴塗(D - GUN)
本方法是利用氧和可燃性氣體的混合氣，經點火後在噴槍中爆炸, 利用
脈沖式氣體爆炸的能量, 將被噴塗的粉末材料加熱、加速轟擊到工件表面而
形成塗層。氣體燃燒和爆炸的結果可產生超音速高能氣流, 爆炸波的傳播速
度高達3000 m / s, 其中心溫度可達3450℃, 粉末粒子的飛行速度可達1200
m / s。因而爆炸噴塗層塗層緻密, 與基體的結合強度高, 最高可達24 kg /
mm2. 該法的缺點是噪音大, 而且爆炸是不連續的, 因而效率較低。爆炸噴塗
是20 世紀50 年代由美國聯合碳化物公司發明,但問世後許多年都由該公司所
壟斷, 不對外出售技術和設備, 只在其服務公司內為用戶進行噴塗加工, 主
要噴塗陶瓷和金屬陶瓷, 進行航空發動機的維修.
3. 高速火焰噴塗(HVOF)
高速火焰噴塗（或稱超音速火焰噴塗）是20 世紀80 年代出現的一種高
能噴塗方法, 它的開發是繼等離子噴塗之後熱噴塗工業最具創造性的進展。
雖然高速火焰噴塗方法可噴塗的材料很多, 但由於其火焰含氧少溫度適中,
焰流速度很高,能有效地防止粉末塗層材料的氧化和分解, 故特別適合碳化
物類塗層的噴塗。該設備發展到第三代, 性能有了大幅度的提高, 例如
JP-5000、DJ - 2700 等設備其室壓達到8 -12 bar,功率達到100 -120 kw, 噴
塗效率可達10 kg / h ( WC -Co), 塗層厚度可達數mm, 塗層性能已能達到
爆炸噴塗的水平。在許多工業部門獲得廣泛的應用.如航空發動中的耐磨塗
層、造紙機械用的鏡面塗層等.近年來,由於電鍍鉻工藝的環境污染問題,電鍍
鉻工業在一些工業發達國家受到嚴格的限制,並逐漸被淘汰, 採用高速火焰
噴塗塗層代替鍍鉻層的應用越來越受到工業界的關注和重視.
4. 電弧噴塗
電弧噴塗是在兩根絲狀的金屬材料之間產生電弧, 電弧產生的熱使金屬
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絲熔化, 熔化部分由壓縮空氣氣流霧化並噴向基體表面而形成塗層。該工藝
也具有設備一次投資少, 使用方便、效率高等特點, 但噴塗材料必須是導電
的金屬及合金絲, 因而其應用受到了一定的限制, 但它的高效率使得它在噴
塗Al、Zn 及不銹鋼等大面積防腐應用方面成為首選工藝。
5. 等離子噴塗(APS)
當某種氣體如氮、氬、氫及氦等通過一壓縮電弧時產生電離而形成電中
性的等離子體(是物質除氣、液、固態外的第四態).等離子弧的能量集中溫度
很高, 其焰流的溫度在萬度以上, 可以將所有固態工程材料熔化. 以這種高
溫等離子體作熱源將塗層材料熔化制備塗層的工藝就是等離子噴塗。國內外
已有數百種材料用於等離子噴塗, 是應用較普遍的噴塗方法。
等離子噴塗塗層的緻密度及與基體材料的結合強度均比火焰噴塗塗層
和電弧噴塗塗層的高,而且也是制備陶瓷塗層的最佳工藝.
等離子技術中引人注目之處是設備的大容量化和高輸出功率化, 目前氣
體等離子噴塗設備已有200 kw 的設備出售, 不但大大提高了噴塗效率, 也
使塗層質量更為改善, 因而可以實現大面積高質量塗層的連續生產, 如柔性
印刷用網紋輥鏡面陶瓷層以及高分子薄膜電暈處理用陶瓷絕緣塗層的制備
等.
6. 低壓等離子噴塗(LPPS)
等離子噴塗可以在不同氣氛和不同壓力下實現, 當噴塗作業在氣氛可控
的負壓密封容器內進行時就成為低壓等離子噴塗。低壓等離子噴塗的優點是：
焰流速度高、粒子動能大,形成的塗層緻密、結合強度高； 低壓環境下可對
基體進行預熱和進行反向轉移弧電清理, 進一步提高塗層與基體的結合強
度；由於沒有大氣污染, 塗層材料不氧化成分變化小, 因而可以進行活性金
屬如Ti、Ta、Nb 等的噴塗；還可使形成等離子體的氣體在噴塗過程中與塗層
材料進行反應,形成特殊化合物塗層。由於具有以上特點, 低壓等離子噴塗主
要用於制備航空工業等高科技領域的塗層, 如飛機渦輪發動機葉片抗高溫氧
化和熱腐蝕的MCrAlY(M = Co、Ni、Fe)塗層,以及制備人體人工植入體用生
物功能塗層.
7. 水穩等離子噴塗
水穩等離子噴塗是一種高功率和高速等離子噴塗方法, 它是在由高速旋
轉的水形成的隧道里產生的弧中,水蒸氣分解形成O2 和 H2 的等離子工作氣的
噴塗方法。與氣體等離子噴塗方法相比, 其焰流溫度更高體積更大更長, 特
別是能量更高, 因而特別適合於高熔點氧化物陶瓷的大量噴塗。其主要優點
是：輸出功率大(150 -200 kw), 塗層結合強度是氣體等離子噴塗塗層的2 -
3 倍, 並且塗層緻密, 其硬度、耐磨性和耐熱沖擊性能也有很大提高； 噴塗
效率高, 噴塗能力最大為50 kg / h, 塗層厚度可達20 mm , 而且可以噴塗
分散性較大的粉末, 因而特別適合陶瓷部件的噴塗成形； 只需水和空氣, 運
行成本低, 比其他噴塗方法經濟。 本方法的缺點是焰流為氧化焰, 不適噴
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塗容易氧化的材料。此外, 噴塗槍體積較大, 比較笨重.
六. 熱噴塗原理和塗層性能
♦熱噴塗原理
1. 熱噴塗塗層的形成
熱噴塗時，塗層材料的粒子被熱源加熱到熔融態或高塑性狀態，在外
加氣體或焰流本身的推力下，霧化並高速噴射向基體表面，塗層材料的粒子
與基體發生猛烈碰撞而變形、展平沉積於基體表面，同時急冷而快速凝固，
顆粒這樣遂層沉積而堆積成塗層。
2．熱噴塗塗層的結構特點
熱噴塗塗層形成過程決定了塗層的結構特點，噴塗層是由無數變形粒
子相互交錯呈波浪式堆疊在一起的層狀組織結構，塗層中顆粒與顆粒之間不
可避免地存在一些孔隙和空洞，並伴有氧化物夾雜。塗層剖面典型的結構如
下圖，其特點為：
＊ 呈層狀
＊ 含有氧化物夾雜
＊ 含有孔隙或氣孔
典型的塗層剖面圖
3. 熱噴塗塗層的結合機理
塗層的結合包括塗層與基體的結合和塗層內部的結合。塗層與基體表
面的粘結力稱為結合力，塗層內部的粘結力稱為內聚力。塗層中顆粒與基體
之間的結合以及顆粒之間的結合機理，目前尚無定論，通常認為有以下幾種
方式。
（1） 機械結合
碰撞成扁平狀並隨基體表面起伏的顆粒和凹凸不平的表面相互嵌
合，貝以顆粒的機械聯鎖而形成的結合（拋錨效應），一般來說，塗層與基
體的結合以機械結合為主。
（2） 冶金－化學結合
這是當塗層和基體表面產主冶金反應，如出現擴散和合金化時的
一種結合類型。當噴塗後進行重熔即噴焊時，噴焊層與基體的結合主要是冶
金結合。
基體粗糙度
氧化物加雜 孔隙或孔洞 顆粒間的粘接顆粒基體粗糙度
基體
塗層
對基體的粘接力
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（3） 物理結合
顆粒與基體表面間由范德華力或次價鍵形成的結合。
4。塗層的殘余應力
當熔融顆粒碰撞基體表面時，在產生變形的同時受到激冷而凝固，從
而產生收縮應力。塗層的外層受拉應力，基體有時也包括塗層的內層則產生
壓應力。塗層中的這種殘余應力是由熱噴塗條件及噴塗材料與基體材料的物
理性質的差異所造成的。它影響塗層的質量、限制塗層的厚度。工藝上要采
取措施以消除和減少塗層的殘余應力。
♦ 熱噴塗塗層的性能
1. 化學成分
由於塗層材料在熔化和噴射過程中，在高溫下會與周圍介質發生作
用生成氧化物、氮化物，以及在高溫下會發生分解， 因而塗層的成分與塗
層材料的成分是有一定的差異的，並在一定程度上影響塗層的性能。如
MCrAlY 氧化後會影響其耐蝕性，而WC－Co 經氧化和高溫分解後其耐磨性
會降低。通過噴塗方法的選擇可以避免和減輕這一現象的發生。如採用低壓
等離子噴塗可大大減少塗層材料的氧化，而高速火焰噴塗則可以防止碳化物
的高溫分解。
2. 孔隙度
熱噴塗塗層中不可避免地存在著孔隙，孔隙度的大小與顆粒的溫度
和速度以及噴塗距離和噴塗角度等噴塗參數有關。一般來說，溫度及速度都
低的火焰噴塗和電弧噴塗塗層的孔隙度都比較高，一般達到百分之幾，甚至
可達百分之十幾。而高溫的等離子噴塗塗層及高速的超音速火焰噴塗塗層則
孔隙度較低。最低可達0.5％以下。
3. 硬度
由於熱噴塗塗層在形成時的激冷和高速撞擊，塗層晶粒細化以及晶
格產生畸變使塗層得到強化，因而熱噴塗塗層的硬度比一般材料的硬度要高
一些，其大小也會因噴塗方法的不同而有所差異。
4. 結合強度
熱噴塗塗層與基體的結合主要依靠與基體粗糙表面的機械咬合（拋
描效應）。基材表面的清潔程度、塗層材料的顆粒溫度和顆粒撞擊基體的速
度以及塗層中殘余應力的大小均會影響塗層與基體的結合強度，因而塗層的
結合強度也與所採用的噴塗方法有關。
5. 冷熱疲勞性能
對於一些在冷熱循環狀態下使用的工件，其塗層的抗冷熱疲勞（或稱
熱震）性能至關重要，如若該塗層的抗熱震性能不好，則工件在使用過程中
便會很快開裂甚至剝落。塗層抗熱震性能的好壞主要取決於塗層材料與基體
材料的熱膨脹系數差異的大小和塗層與基體材料結合的強弱。
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七．熱噴塗材料及塗層功能和應用
􀂋 熱噴塗材料
目前實際應用中已實現工業化生產的噴塗材料有金屬、合金和陶瓷等, 主
要以粉末、絲材、棒材狀態使用, 其中噴塗粉末占噴塗材料總用量的70 %以
上. 用作塗層的材料有：
1. 熱噴塗用粉末
純金屬粉末： W，Mo，Al，Cu，Ni，Ti，Ta，Nb 等
合金粉末： Al-Ni，Ni-Cr，Ti-Ni，Ni-Cr-Al，Co-Cr-W，
MCrAlY(M=Co、Ni、Fe)，Co 基、Ni 基、Fe 基自
熔合金等
氧化物陶瓷粉末： Al2O3，ZrO2，Cr2O3，TiO2 等
碳化物粉末： WC，TiC，Cr3C2 等
金屬陶瓷粉末： WC-Co，Cr3C2-NiCr 等
塑料粉末： 尼龍， 聚乙烯，聚苯硫醚等
2. 熱噴塗用絲材
Al、Cu，Zn，Al-Zn 合金，巴氏合金，不銹鋼，Ni-Al 絲等
3. 熱噴塗用棒材
Al2O3，Cr2O3，ZrO2 等
􀂋 塗層功能和應用
1. 抗磨損塗層
磨損是造成工業部門設備損壞的主要原因之一, 可能產生磨損的工作條
件包括微振、滑動、沖擊、擦傷、侵蝕等.抗磨損塗層應該是堅硬的,而且具
有耐熱和耐化學腐蝕的性能.Fe、Ni、Co 基自熔合金以及WC - Co 和Cr3C2-NiCr
等金屬陶瓷以及 Al2O3、Cr2O3 等陶瓷材料具有上述這些性能. 採用塗層技術
提高工件表面耐磨性的應用非常廣泛, 如活塞環、齒輪同步環噴塗Mo 塗層,
紡織機械中的羅拉、導絲鉤等零部件噴塗耐纖維磨損的 Al2O3、 Al2O3 -TiO2
陶瓷塗層, 泵和閥門密封面噴塗Cr2O3、WC-Co 等耐磨塗層, 大馬力載重汽車
曲軸及大型磨煤機、排風機軸等採用Fe 基合金材料進行磨損修復和耐磨強化
等。
2. 防腐蝕塗層
長期暴露在戶外大氣(海洋、工業及城鄉大氣)和不同介質(海水、河水、
溶劑及油類等)環境中的大型鋼鐵構件,如輸變電鐵塔、鋼結構橋、海上鑽井
平台、煤礦井架以及各種化工容器如儲罐等,受到不同程度的環境氧化和侵蝕.
採用Al、Zn、Al - Zn 合金及不銹鋼等塗層進行防護,可以獲得長達20 年以
上的長期防護效果.一些受到氣體腐蝕和化學腐蝕的部件,可以根據具體工況
(如介質、濃度、溫度、壓力等)選擇合適的金屬、合金、陶瓷及塑料等塗層
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材料進行防護.
3. 抗高溫氧化和耐熱腐蝕塗層
對於一些暴露在高溫腐蝕氣體中的部件,受到高溫、氣體腐蝕及氣流沖
刷的作用,嚴重影響了設備的壽命和運行的安全.抗高溫氧化及高溫腐蝕的材
料除了必須抗高溫氧化和耐腐蝕外,還必須具有與基體材料相似的熱膨脹系
數,方不會因溫度周期變化和局部過熱導致塗層抗熱疲勞性能下降.用作抗高
溫氧化和高溫腐蝕的塗層材料有：NiCr、NiAl、MCrAl、MCrAlY(M = Co、 Ni、
Fe)及Hastiloy 和Stellite 合金等. 這類塗層的典型應用如電廠鍋爐四管
(水冷壁管、再熱器管、過熱器管及省煤器管)及水冷壁等的高溫氧化腐蝕一
直是電力、造紙、化工等工業鍋爐用戶需要解決的問題,經多年研究、實踐證
明, 採用電弧噴塗Ni - Cr、Fe -Cr -Al、Ni-Cr -Al、45CT 等塗層能獲得良
好的防護作用,使用壽命最長達9 年.MCrAlY 塗層用於航空渦輪發動機葉片塗
層以及作為渦輪發動機燃燒室、火焰筒等用熱障塗層的粘結底層。
4. 熱障塗層
ZrO2、Al2O3 等陶瓷塗層,熔點高、導熱系數低, 在高溫條件下對基體金
屬具有良好的隔熱保護作用稱為熱障塗層.這種塗層一般 由兩個系統構成,
一是由金屬作底層, 另一則是由陶瓷作表層.有時為了降低金屬和陶瓷間的
熱膨脹差異和改善塗層中的應力分布, 常在粘結底層和陶瓷面層間增加一過
渡層,該過渡層或為由底層金屬和面層陶瓷材料以不同比例混合的多層塗層
或為由金屬及陶瓷材料成分連續變化的塗層來形成所謂的成分(或功能)梯度
塗層.金屬粘結底層為Co 或Ni、加有Cr、Al、Y 的合金材料, 陶瓷材料最好
採用由Y2O3 穩定的ZrO2, 熱障塗層一般用於柴油發動機活塞、渦輪發動機燃
燒室、閥門和火焰穩定器等.
5. 絕緣塗層
陶瓷材料不僅具有高的硬度和優良的耐磨性能, 還具有十分優良的絕緣
性能, 採用高能等離子噴塗的Al2O3 塗層塗層緻密、絕緣強度高, 是理想的絕
緣塗層。 如果採用有機或無機物質對噴塗層再進行封孔處理, 則將獲得更為
優良的絕緣效果.目前這種高度絕緣的塗層已用於對高分子材料薄膜進行活
化處理的電暈放電輥表面,效果良好.
6. 間隙控制塗層
採用復合粉末, 在基體上噴塗軟質的可磨耗密封塗層是航空、航天工業
中迅速發展起來的高溫密封、控隙技術, 是現代熱噴塗塗層的重要應用之一。
在配合件的接觸運動中採用可磨耗塗層可以使配合件自動形成所必須的間隙,
提供最佳的密封狀態. 目前,高技術的可磨耗塗層材料是由兩種粉末的混合
粉或團聚粉組成,用火焰或等離子噴塗方法制備. 一般來說, 可磨耗塗層由金
屬本體和非金屬填料組成 , 填料通常是石墨、聚脂、氮化硼等. 填料的作用
是減弱塗層本身的整體性,從而增強塗層的可磨損性. 已經開發了一系列的
噴塗用可磨損塗層材料,這些塗層用 於表面的空氣密封部位,壓氣機或透平
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葉片與金屬表層結構或機匣之間,獲得了良好的密封效 果.可磨耗 塗層還可
用於迷宮式密封,該塗層用來疏導冷卻空氣,減少發動機壓縮空氣的損失,並
保持轉子軸的壓力平衡.
7. 尺寸恢復塗層
熱噴塗是恢復零部件尺寸的一種經濟而有效的方法.無論是因工作磨損
還是因加工超差造成工件尺寸不合要求,均能利用熱噴塗技術予以恢復.這種
方法既沒有焊接時的變形問題, 也不象特殊的電鍍工藝那樣昂貴.同時新表
面可以由耐磨或抗蝕材料構成,也可以與工件的構成材料相同.修復各種軸類
和柱塞件是典型的應用, 包括迥轉軸、汽車軸、往復柱塞、軸頸、軋輥、造
紙烘缸以及石油化工工業中的泵類葉輪葉片及外殼等.發電機汽缸中分面現
場熱噴塗修復是熱噴塗恢復平面工件尺寸的一個成功的應用例。發電機汽缸
在長期的使用中其中分面由於微振、熱汽流腐蝕及沖蝕等作用而發生多處形
狀不同、面積不等及深淺各異的破壞，引起泄漏而影響發電機效率。採用熱
噴塗方法分別對各破壞處進行噴塗填補，然後通過打磨使得汽缸平面恢復平
整並達到所需的尺寸精度。熱噴塗技術不失為重量大、結構復雜和價格昂貴
的汽缸的中分面現場修復的安全(不會發生變形)、簡便而高效的方法。
8. 生物功能塗層
在不銹鋼或鈦基體上噴塗生物功能陶瓷塗層,如羥基磷灰石等, 能有效
地克服金屬型人工骨骼與生物體組織不相容和體液腐蝕問題,並能改善人體
組織與人工植入體的結合.
9．遠紅外幅射塗層
某些氧化物具有高的熱幅射率, 在受熱時能夠幅射出遠紅外波, 這種波
的能量極易被高分子有機物(如油漆)、水、空氣等物質的分子吸收產生共振
而產生內熱, 從而加速過程的進行. 在加熱元件上噴塗這種塗層, 其節電效
率一般平均在25-40 % 左右。