J'avais essayé de repeindre aussi un vélo et je rencontrais le même problème. J'avais acheté une peinture pour carrosserie de voiture, en bombe mais ça n'a pas suffit.
Les peintures de cadres de vélos sont cuites dans un four si je ne dis pas de bêtises, ce qui la rend solide.
J'aurais fait la même chose que toi pour le repeindre. Peut être que la peinture est de mauvaise qualité 
Sinon faut aller voir chez un carrossier 