1.涂层界面粘附性能的形成机理

　　涂层与基材之间的结合强度源于多种界面作用力的协同贡献，包括机械互锁作用、物理吸附作用（如范德华力）、

氢键结合、化学键合以及分子间扩散作用等。这些作用力共同形成的综合黏附力，最终决定了涂层的附着性能。

　　2.涂层与基材的结合机制

　　2.1机械互锁作用

　　任何基材表面均存在微观不平整性。适度的表面粗糙度不仅能增强涂料的润湿铺展，更能形成物理锚定点。对于多孔

性基材（如部分碳基材料或耐火材料），使用较低粘度的涂料使其充分渗透至孔隙内部，可显著强化这种机械锚固

效应，提升附着力。

　　2.2范德华力与物理吸附

　　理论计算表明，当两个理想平面间距为10Å时，范德华吸引力可达10³-10⁴N/cm²；间距缩小至3-4Å时，吸引力可高

达10⁴-10⁵N/cm²，远超高性能结构胶的强度极限。然而，实际接触面积远小于理想值（即使精密抛光表面，接触面积

也常不足1%）。液态涂层虽能改善润湿，但在固化过程中产生的缺陷（如微孔、收缩应力）仍导致实际粘附力远低于

理论值。此外，附着力取决于界面最薄弱环节的强度，而非作用力的简单叠加。

　　仅依赖物理吸附（范德华力）的结合极易被环境介质（如水分子）所破坏，因此其提供的结合强度往往不足。

　　涂层与基材界面结合机制及附着性能提升路径研究

　　2.3化学键合与氢键作用

　　当涂层聚合物分子中含有氨基（-NH₂）、羟基（-OH）、羧基（-COOH）等极性基团时，这些基团易与基材

表面的含氧基团（如-OH）形成氢键网络，增强界面结合力。

　　更为关键的是，涂层树脂中的活性基团可与特定基材（尤其是金属）发生化学反应形成稳定的化学键。

例如，酚醛类树脂在高温下可与铝、不锈钢表面反应，环氧树脂也能与铝表面形成一定化学键。这种化学键合

对提升附着力至关重要。偶联剂（界面改性剂）的应用原理即基于此：其分子一端（如硅烷偶联剂中的可水解

基团-X）与无机基材表面反应成键，另一端（活性基团-Y）则与涂层树脂发生化学键合，从而在界面构筑

“分子桥”，显著强化粘附。

　　2.4分子扩散作用

　　当有机高分子涂层涂覆于具有相容性的高分子基材时，界面两侧的分子链段可能发生相互扩散渗透。这一过程

实质上是分子层面的互溶，最终导致界面模糊甚至消失。实现有效扩散需满足：聚合物溶解度参数相近、存在足

够的分子链运动空间（自由体积）以及具备动力学条件（如时间、温度）。升温通常能促进分子链运动，加速

扩散过程。

　　2.5静电相互作用

　　在金属与有机涂层的界面处，由于金属对电子的亲和力较低而有机涂层相对较高，电子倾向于从金属向涂层

迁移，形成界面接触电势差并建立双电层结构。由此产生的静电引力也是界面结合力的来源之一。

　　3.影响涂层附着性能的关键因素

　　3.1涂料流变特性

　　较低粘度的涂料通常具有更小的表面张力，更易在基材表面充分铺展，并能更好地渗入基材微观凹陷和孔隙

中，强化机械锚固效应。这也是烘干型涂料（在高温下粘度显著降低）往往比常温固化涂料表现出更优附着力

的原因之一。

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　　3.2基材表面润湿性

　　理想状态下，洁净金属表面具有高表面能（高表面张力），易于被表面张力较低的涂料润湿。然而，实际金属

表面常存在氧化物、吸附的有机污染物（油脂）等低表面能物质，严重阻碍润湿。因此，严格的基材前处理

（脱脂、除锈、去除氧化皮）是确保良好润湿和附着的前提。

　　3.3基材表面形貌

　　适度提高表面粗糙度可增加涂层与基材的有效接触面积和机械咬合点，同时也有利于改善涂料的润湿行为，从而提

升附着力。但粗糙度过高或存在尖锐凸起则可能导致涂层局部覆盖不良，反而削弱附着力或引入缺陷。

　　3.4涂层内应力

　　涂层内部存在的内应力会与界面结合力及涂层自身强度形成对抗关系。过大的内应力是导致涂层开裂、剥落或从

基材脱附的主要诱因之一。

　　内应力主要源于：

　　固化收缩应力：涂层在干燥/固化过程中因溶剂挥发、化学反应（伴随体积收缩）而产生的应力。缩聚反应（释放

小分子副产物）和加成聚合反应（分子间距离由范德华距离缩短至共价键距离）通常伴随显著的体积收缩（可达10%

或更高）。环氧体系固化收缩率相对较低，是其附着力优异的重要原因。

　　热应力：涂层与基材热膨胀系数（CTE）不匹配，在温度变化时产生的应力。热应力与温差成正比。因此，

当CTE差异显著时，过高的固化温度会加剧热应力风险。

　　4.先进涂覆技术对附着性能的优化：超声波喷涂的应用

　　超声波喷涂技术作为一种精密的非接触式涂覆方法，通过高频超声波能量将液体涂料雾化成高度均匀的微米级

液滴，并定向沉积至基材表面。其在提升涂层附着性能方面具有独特优势：

　　促进基材润湿与渗透：雾化产生的微细液滴具有极大的比表面积和动能，能更有效地铺展并渗入基材微观结构

（如孔隙、凹槽），优化机械互锁效果。

　　改善涂层均匀性与致密性：液滴尺寸均匀可控，沉积形成的涂层膜厚均一、结构致密，可显著减少固化收缩过

程中产生的内应力，并降低因膜厚不均导致的局部薄弱点。

　　减少溶剂冲击与缺陷：相比传统高压喷涂，超声波雾化液滴动能较低，对基材表面和已形成的湿膜冲击小，

减少了涂层缺陷（如气泡、橘皮）的产生，有利于形成更完整、缺陷更少的界面，提升整体结合强度。

　　兼容功能化涂层与偶联剂应用：该技术特别适合精确喷涂含有偶联剂的功能性底漆或过渡层，在界面处构建

强化学键合。同时，也适用于喷涂低粘度渗透型涂料以强化多孔基材的锚固。

　　因此，将超声波喷涂技术集成到涂装工艺中，通过优化涂料在基材上的分布状态、渗透深度及固化行为，

能够有效克服影响附着力的诸多不利因素（如润湿不良、内应力集中、界面缺陷），为获得卓越且持久的涂层

附着力提供了先进的技术手段。