熱噴涂是利用熱源將噴涂材料加熱至熔化或半熔化狀態(tài)，并以一定的速度噴射沉積到經(jīng)過預(yù)處理的基體表面形成涂層的方法，賦予基體表面特殊功能的目的。以常見的超音速火焰（HVOF）噴涂方法噴涂和大氣等離子噴涂（APS）方法的噴涂過程為例，所制涂層是由無數(shù)變形粒子相互交錯成波浪式堆疊在一起而形成的層狀堆積結(jié)構(gòu)，因此涂層中變形的顆粒與顆粒之間不可避免地存在一些孔隙。孔隙按其存在的形式可分為表面孔（開孔）、封閉孔和穿透孔（通孔）。當(dāng)涂層用于耐腐蝕時(shí)，若涂層中有開孔或封閉孔存在，腐蝕介質(zhì)不能直接到達(dá)基體表面，故其不能直接使基體發(fā)生腐蝕；而若涂層中存在通孔，則腐蝕介質(zhì)會通過孔隙直接到達(dá)被保護(hù)基體的表面，使涂層與基體發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)侵蝕，腐蝕產(chǎn)物在界面積累，會使涂層龜裂，脫落，最終導(dǎo)致涂層失效。因此為了阻止腐蝕介質(zhì)對基體的侵蝕，提高涂層的耐腐性能及擴(kuò)大其在特殊環(huán)境下的應(yīng)用范圍，必須對涂層進(jìn)行封孔處理。

    封孔處理是指采用刷子或噴涂設(shè)備等使封孔劑浸入孔隙，填充到孔隙中，在填充孔隙強(qiáng)化內(nèi)部的同時(shí)，使表面也變得光滑，多余的封孔劑變成涂層。因此封孔劑必須具有較低的粘度和良好的滲透性能，具有易固化以及與陶瓷涂層的匹配性和化學(xué)上的相容性，以及良好的化學(xué)穩(wěn)定性和在所處的環(huán)境下良好的耐腐蝕性能。封孔處理的目的主要有三個方面：一是保證涂層的氣密性，提高涂層的耐腐蝕性能、抗氧化性能或電絕緣性；二是避免涂層在磨削加工時(shí)從砂輪上掉下來的磨粒嵌入涂層的孔隙中污染涂層；三是賦予涂層新的功能，如石蠟、塑料等封孔劑具有減磨自潤滑作用，可以賦予涂層減磨自潤滑性能。

    采用封孔劑進(jìn)行封孔處理是指通過刷涂、浸涂或機(jī)械噴涂等方法使封孔液很好的滲入到涂層的孔隙中，以達(dá)到堵塞孔隙的目的。作為封孔劑應(yīng)滿足以下條件：

    ①具有很好的滲透性，即要求封孔劑的粘度低并且要與涂層有良好的浸潤作用。但溶膠的粘度不能過小，如果粘度太小，溶膠中的固含量較少，雖然溶膠能很好的滲入孔隙中，但由于固含量過少，不能起到很好的封孔作用，須多次反復(fù)浸漬收效不佳，而且粘度過小時(shí)，成膜較困難。

    ②具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和耐侵蝕性。由于涂層要經(jīng)常處于某些化學(xué)溶劑的腐蝕介質(zhì)中，如果封孔劑不能經(jīng)受腐蝕介質(zhì)的侵蝕，則封孔處理會很快失效。

    ③易固化，且與涂層結(jié)合牢固，要能經(jīng)受一定的機(jī)械作用。即封孔劑應(yīng)與涂層結(jié)合牢固，不會因?yàn)闄C(jī)械作用而脫落或碎裂。

    ④在工作溫度下性能穩(wěn)定。封孔劑不能在使用溫度下發(fā)生熔化、蒸發(fā)或分解等物理變化。

    ⑤不降低涂層或基體金屬的性能，且不能與涂層或基體發(fā)生有害化學(xué)反應(yīng)。在工作環(huán)境下應(yīng)與涂層和基體保持化學(xué)穩(wěn)定性。

    ⑥安全無毒，使用方便。保證施工時(shí)安全方便。

    目前常用的封孔劑主要分為有機(jī)封孔劑和無機(jī)封孔劑兩大類。

    一、 有機(jī)封孔劑

    目前常用的有機(jī)封孔劑主要以環(huán)氧樹脂、酚醛塑料、呋喃、聚甲基丙烯酸酯、硅樹脂、聚酯、聚亞安酯、乙烯樹脂和石蠟等為主劑，采用醇類、芳香族碳?xì)浠衔铩Ⅴヮ惖葹槿軇Ｓ袡C(jī)封孔劑主要分為常溫硬化型和加熱硬化型兩類。加熱硬化型可以使涂層封孔均勻，而常溫硬化型則容易在大型制品上施工。

    微晶石蠟是一種普遍使用的涂層封孔劑，其具有明顯的熔點(diǎn)，在低溫環(huán)境下可以防止液體的滲入，而且可以賦予涂層耐磨及自潤滑性能。石蠟化學(xué)性能十分穩(wěn)定，常溫下，能耐海水、淡水以及絕大多數(shù)酸和堿的侵蝕，常使用在不允許采用一般潤滑油的食品和化學(xué)機(jī)械零件上金屬涂層的封孔和潤滑。但傳統(tǒng)的石蠟在一段溫度范圍內(nèi)連續(xù)熔化，沒有固定的熔點(diǎn)，用其封孔效果不明顯。而微晶石蠟具有明顯的熔點(diǎn)，所以其應(yīng)用較廣。而且石蠟不耐熱，能溶于有機(jī)溶劑和碳?xì)浠衔铮虼瞬荒苡迷谑褂糜秃陀椭瑵櫥耐繉印?br />
    酚醛清漆、環(huán)氧清漆和有機(jī)硅涂料等都可以用于耐腐蝕涂層的封孔，在使用溫度范圍內(nèi)可以保持良好的耐蝕性。酚醛樹脂清漆作為噴涂涂層封孔劑，一般采用空氣干燥型和烘干型兩種方式，使用溫度在150-260℃之間。樹脂粘度低，能很快滲入到涂層孔隙中。樹脂固化后，具有良好的耐有機(jī)溶劑和弱酸腐蝕的能力，耐水性也較好。主要用來密封需要磨削精加工的涂層，特別是用于不允許有滲透的在高壓下工作的噴涂層封孔。通常烘干型比空氣干燥型有更好的保護(hù)性能。低粘度樹脂在6％～12％的Al2O3涂層中，5min內(nèi)可滲入涂層內(nèi)0.75mm深。某電弧噴涂噴的Al涂層采用酚醛樹脂封孔劑進(jìn)行封孔處理后，涂層的孔隙率有原來的5％-8％降為小于0.11％，涂層的耐腐蝕性能得到了較大的提高。

    環(huán)氧清漆是以環(huán)氧樹脂為基，加入煤焦瀝青或酚醛樹脂，溶于混合有機(jī)溶劑中調(diào)劑而成的，該封孔劑具有良好的耐水性和較好的附著能力。煤焦油環(huán)氧樹脂可應(yīng)用于長期浸漬在海水或淡水中的涂層。催化型的環(huán)氧樹脂作為封孔劑，可用于密封大面積或不能烘烤的涂層，催化劑要與噴涂的金屬和使用的環(huán)境相適應(yīng)。Sugehis Liscano等分別采用苯酚樹脂和環(huán)氧樹脂作為封孔劑對等離子噴涂Al2O3-13％TiO2涂層進(jìn)行了封孔，結(jié)果表明：環(huán)氧樹脂和苯酚樹脂均可以明顯的降低涂層的孔隙率，腐蝕電流明顯降低，腐蝕電壓得到了很大的提高，涂層的耐腐蝕性能得到了較大地提高。

    有機(jī)硅涂料是以有機(jī)硅樹脂為主要成分，采用丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂或醇酸樹脂等改性，并且加入各種添加劑和有機(jī)溶劑配制而成的。該封孔劑具有較高的耐熱性，耐水性和耐腐蝕性能，常用于較高溫度下使用的耐腐蝕涂層。易茂中等分別采用水玻璃、有機(jī)硅樹脂和Ni-Cr-B-Si對等離子噴涂ZrO2涂層進(jìn)行了封孔處理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：有機(jī)硅樹脂的封孔效果最好，Ni-Cr-B-Si涂層次之，水玻璃的效果不太明顯。江志強(qiáng)等以硅酸乙酯為封孔劑在等離子噴涂ZrO2-8％Y2O3涂層上進(jìn)行了封孔處理，結(jié)果表明通過2次刷涂，硅酸乙酯封孔劑可滲入涂層約30μm，通過封孔處理后貫穿孔約減少1\4。

    丙烯酸樹脂具有良好的附著力和滲透性以及良好的耐熱性和耐候性。丙烯酸樹酯通過真空浸滲可以得到具有優(yōu)良性能的封孔涂層。低粘度丙烯酸酯封孔劑采用厭氧反應(yīng)固化，可以不用真空就具有良好滲透性的優(yōu)點(diǎn)，暴露在空氣中時(shí)保持液相，當(dāng)滲入到孔隙中后發(fā)生硬化并且失去氧固化，此封孔劑適用于密封高壓液體環(huán)境的涂層。日本科學(xué)家赤沼正信等采用丙烯酸樹脂、酚醛樹脂和有機(jī)硅樹脂對TiO2涂層進(jìn)行了封孔處理，并且對這三種樹脂的封孔性能進(jìn)行了比較。從耐腐蝕性、耐磨性和加工表面的粗糙度等多方面考慮丙烯酸樹脂都具有良好的性能，因?yàn)樗鼘儆诩訜嵊不头饪讋扯容^低、浸潤性好，容易滲透到涂層的孔洞和微裂紋中，反應(yīng)硬化后與陶瓷涂層結(jié)合較好，在陶瓷間起到了粘結(jié)劑的作用。此外，丙烯酸系樹脂用在Al2O3涂層上也起到了較好的效果，封孔處理后使涂層的表面粗糙度大大降低，硬度上升并且耐腐蝕性能也得到了較大的提高。

    二、無機(jī)封孔劑

    目前，各種無機(jī)封孔劑在對陶瓷涂層進(jìn)行封孔處理中獲得了廣泛的應(yīng)用。堿金屬硅酸鹽具有耐高溫、易溶于水、成膜性好以及價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，因此在無機(jī)封孔劑中，通常選用堿金屬硅酸鹽作為基料。閻瑞等利用無機(jī)材料耐高溫的特點(diǎn)，在試驗(yàn)中選用堿金屬硅酸鹽做基料研制出了耐高溫封孔劑，對涂層進(jìn)行封孔處理后，涂層的耐酸、堿和鹽的性能良好，耐高溫腐蝕性能得到了明顯改善，使涂層的使用壽命延長了1倍。P Vuoristo等利用將Al（OH）3與H3PO4按照1：4.2的比例混合，并加入20％的去離子水組成的封孔劑對等離子噴涂氧化鋯涂層進(jìn)行封孔處理后發(fā)現(xiàn)，涂層的孔隙率下降了40％，耐腐蝕性能提高了67％，涂層的顯微硬度也得到了提高。

    施釉。施釉是一些研究者最近剛提出的一種可以降低涂層孔隙率的封孔方法。釉具有良好的高溫穩(wěn)定性、憎水性、耐磨性、耐腐蝕性以及絕緣性等優(yōu)點(diǎn)，可以在高溫腐蝕環(huán)境下使用。通過改變釉料的成分以及對釉料進(jìn)行表面改性，使其與涂層的熱膨脹系數(shù)、化學(xué)性質(zhì)以及抗張強(qiáng)度等相匹配。可采用等離子噴涂法進(jìn)行施釉，等離子噴涂溫度高，可以充分熔融釉料，并且高速飛行的釉料更容易進(jìn)入涂層的孔隙中，再加上后續(xù)燒結(jié)工藝，可以取得較好的封孔效果。該封孔方法對基體的形狀要求不高，可以對形狀復(fù)雜的工件進(jìn)行施釉，而且可以進(jìn)行現(xiàn)場施工。但是，此方法正處于開發(fā)和研究中。

    近年來，國內(nèi)外的研究者采用溶膠-凝膠技術(shù)對陶瓷涂層進(jìn)行封孔處理已經(jīng)取得了較好的效果，研究發(fā)現(xiàn)采用溶膠-凝膠法進(jìn)行封孔處理可以使涂層的致密性提高，并且可以提高涂層的結(jié)合強(qiáng)度。但是，由于溶膠-凝膠法的熱處理溫度較低，使凝膠化不夠充分，因而封孔處理可能不完全，所以需要對處理?xiàng)l件進(jìn)行修正。

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責(zé)任編輯：龐雪潔

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