第 11 章涂覆
涂层与表面处理
涂层是在成品零件表面加一层薄薄的覆盖层，用来保护、硬化或赋予颜色，而不改变其形状。本章的每种工艺都回答两个问题：这一层如何形成，它能有多厚？答案从几个原子厚的薄膜，到几毫米深的喷涂层，各不相同。
核心思想
涂层是一层表皮：下面的零件承担结构作用，表皮面对外界。想想一张木桌：木头承受载荷，但漆决定了它能不能经得住洒出来的饮料。各种工艺的区别在于这层表皮如何到达零件上：
- 会干燥或固化的液体： 喷漆、丝网印刷。
- 粉末熔化成膜： 粉末涂装。
- 浸入熔融金属： 热浸镀锌。
- 槽中的电化学： 电镀、阳极氧化（从金属自身长出氧化层）和电铸（保留镀层，去掉原型）。
- 气相，逐个原子沉积： PVD 和 CVD。
- 喷出的颗粒堆叠起来： 热喷涂（熔融）和冷喷涂（固态）。
大致从最薄到最厚：PVD 和 CVD 薄膜（纳米到约 20 µm）→ 电镀和阳极氧化（约 5–50 µm）→ 涂料和粉末涂装（约 25–150 µm）→ 镀锌（约 50–200 µm）→ 热喷涂（约 0.1–1 mm）→ 冷喷涂和电铸（可达数毫米或更多）。
本章的 11 种工艺
11.1喷漆液体涂料被雾化成细雾，干燥或固化打开课程
11.2粉末喷涂带电的干粉附着在零件上，然后在烘炉中熔化打开课程
11.3丝网印刷油墨被压过网版模板打开课程
11.4热浸镀锌钢浸入熔融的锌中，形成结合牢固的锌层打开课程
11.5电镀（镀铬、镀镍、镀锌）电流从槽液中沉积出金属打开课程
11.6阳极氧化通电让铝自身长出一层坚硬的氧化膜打开课程
11.7电铸在模型上镀出厚厚的镀层，再揭下来打开课程
11.8PVD 涂层（真空中的薄膜）靶材上被撞出的原子在真空中镀在零件上打开课程
11.9CVD 涂层气体在热表面上反应，留下一层薄膜打开课程
11.10热喷涂（等离子、HVOF、电弧）熔融液滴喷向零件，叠成一层涂层打开课程
11.11冷喷涂固态金属颗粒靠速度之快焊接上去打开课程并排对比
| 工艺 | 一句话概括 | 最适合 | 批量 | 精度 |
|---|---|---|---|---|
| 11.1喷漆 | 液体涂料被雾化成细雾，干燥或固化 | 几乎任何东西上的颜色和防护 | 从单件到汽车车身生产线 | 即使工艺良好，膜厚也约 25–100 µm |
| 11.2粉末喷涂 | 带电的干粉附着在零件上，然后在烘炉中熔化 | 金属上的坚韧、无溶剂涂层 | 从小批量到连续生产线 | 膜厚约 50–150 µm |
| 11.3丝网印刷 | 油墨被压过网版模板 | 图案、标签、印刷电子 | 数十到数千次印刷 | 线条细节可小至零点几毫米 |
| 11.4热浸镀锌 | 钢浸入熔融的锌中，形成结合牢固的锌层 | 结构钢的防锈 | 从单根梁到大批量挂具 | 层厚约 50–200 µm，不均匀 |
| 11.5电镀（镀铬、镀镍、镀锌） | 电流从槽液中沉积出金属 | 铬、镍、锌、金的镀层 | 从小批量到超大批量 | 层厚约 5–50 µm，可控 |
| 11.6阳极氧化 | 通电让铝自身长出一层坚硬的氧化膜 | 耐用、可着色的铝表面 | 从小批量到超大批量 | 层厚约 5–50 µm，非常均匀 |
| 11.7电铸 | 在模型上镀出厚厚的镀层，再揭下来 | 复制精细细节的薄壳 | 从单件到中等批量 | 可复制小于 1 µm 的细节 |
| 11.8PVD 涂层（真空中的薄膜） | 靶材上被撞出的原子在真空中镀在零件上 | 工具和装饰件上的坚硬薄膜 | 数百到数千件的批次 | 膜厚约 1–5 µm |
| 11.9CVD 涂层 | 气体在热表面上反应，留下一层薄膜 | 芯片层、较厚的刀片涂层 | 大批量 | 纳米到约 20 µm，非常均匀 |
| 11.10热喷涂（等离子、HVOF、电弧） | 熔融液滴喷向零件，叠成一层涂层 | 较厚的耐磨、耐热和防锈涂层；修复 | 从单件到批量 | 约 0.1–1 mm，需要时再磨削 |
| 11.11冷喷涂 | 固态金属颗粒靠速度之快焊接上去 | 致密的金属修复与堆积 | 从修复到小批量 | 粗糙，事后加工 |
如何在这一类中选择
- 从任务出发： 颜色和基本防护 → 涂料或粉末涂装；钢的防锈 → 镀锌或喷锌；耐磨和硬度 → PVD、CVD、硬质电镀或热喷涂。
- 检查所需的厚度： 微米级薄膜能保持锐边和精确尺寸；毫米级的层可以重建磨损的零件。
- 检查零件能承受的温度： CVD 约在 1,000 °C，镀锌约 450 °C，粉末固化约 200 °C，而电镀、阳极氧化和喷涂则让零件保持低温。
- 检查工艺能覆盖到哪里： 槽液和气体能涂覆孔和隐蔽面；喷涂和 PVD 只能涂覆看得到的地方。
- 匹配材料： 阳极氧化主要用于铝，镀锌用于钢，冷喷涂用于延展性金属。
关键词
- 基体
- 被涂覆的零件，相对于其上的涂层而言。
- 附着力
- 涂层粘得有多牢；很大程度上取决于表面清洁和粗化。
- 电解液
- 一种导电的液体，用于电镀、阳极氧化和电铸。
- 直线视线
- 只能涂覆直接看得到的表面的工艺，如喷涂或 PVD。
- 共形涂层
- 均匀地贴合每个表面（包括孔）的涂层，CVD 就是如此。
- 微米（µm）
- 千分之一毫米；人的头发大约 50–100 µm 粗。
- 等离子体
- 被激发到能导电并发光的气体。
- 遮蔽
- 盖住必须保持不涂覆的区域。