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纳米涂层企业商机

   该技术的成熟和应用具有较大的推广价值。通过涂层可以使动车、高铁可动部件、飞机发动机叶片使用寿命**增加。新的研究结果发现了在喷涂金属涂层时使金属粒子粘附于材料表面的比较好手段,出人意料的是,对被喷涂的材料表面进行熔化不但不会有助于金属粒子的粘附,反而会起到适得其反的效果。我们可以通过两种手段将两块金属接合在一起,即将熔化两块金属的接合面或在这两种金属间使用另一种熔融的金属进行接合。在其凝固后,金属就被牢牢地接合在一起。但麻省理工学院的研究人员发现,在某些情况下,熔化对金属间的接合起着适得其反的阻碍效果。[分割线]这项一反常理的发现可能会对某些涂层工序的设计或3D打印造成巨大影响,因为两者都需要将材料持续地粘合在一起。这项研究由两位博士后MostafaHassani-Gangaraj和DavidVeysset,以及KeithNelson和ChristopherSchuh教授共同展开研究。Veysset开发了一款搭载高速相机的光学设备,该相机配有16个**的电荷耦合器件成像芯片,能在3纳秒内记录图像。这款相机拍摄速度非常快,能够以超音速的速度追踪记录被喷射到材料表面上的单个粒子,而这在之前是不可能做到的。
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   能***提高表面工作层与基体之间的结合强度。但要注意,该类粘结底层在酸性、碱性和中性盐的电解液中不耐腐蚀,不易在该类液态化学腐蚀条件下用作粘结底层。当基材为铜及铜合金时,应优先选用铝青铜作粘结底层,由于Cu和Al之间在热喷涂过程中也会发生放热反应,生成金属间化合物,因此,铝青铜在铜及铜合金表面具有一定的自粘结性,有利于提高涂层与基体之间的结合强度,且该涂层具有良好的抗热冲击性和抗氧化性。当基材为塑料及聚合物类基体时,为避免基材表面被高温粒子烧焦而出现“焦化”,从而影响工作层与塑料基体之间的结合,常常选择低熔点金属(如Zn、Al等)或塑料加不锈钢复合粉末作为粘结底层材料。塑料加不锈钢复合粉末是由塑料粉末和不锈钢粉末复合而成的粉末,主要用作塑料类基体上喷涂高熔点金属、陶瓷或金属陶瓷涂层时的粘结底层材料。其中的塑料组分质软,且流平性好,使涂层与基体塑料有良好的粘结强度,并使塑料基体的受热减至**小;而不锈钢组分则具有良好的耐化学腐蚀性能,可形成镶嵌在塑料涂层中的硬质颗粒,有利于形成粗糙表面,为喷涂工作层提供比较理想的“锚固”结构,此外,不锈钢组分还有利于把喷涂焰流的热量散开。
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研究人员将这种纳米涂层称为“超全恐液面”,是一种叫做“聚二甲硅氧烷”的弹性塑料粒子混合物,能从立方纳米的尺度对液体形成斥力。研究人员指出,这种材料的化学成分固然重要,但更重要的是它的纹理。无论用在什么物质表面,它都能紧紧缠附在孔状结构上,由此就在这些孔中形成了更加精细的网。这种结构也意味着涂层中95%—99%的部分形成了气袋,所以接触该涂层的任何液体,几乎都无法触及它的固体表面。由于液体只能接触到织物涂层表面的细丝,因此**减少了分子间的作用力。

   这种结构涂层在实际应用中所占的比例也较大,也是**常用的热喷涂涂层结构之一。两种涂层可采用同一种热喷涂工艺方法来完成,如采用单一工艺方法,如普通火焰、喷涂或等离子喷涂来分别喷涂两种涂层,也可采用不同的热喷涂方法来完成,如可采用电弧喷涂粘结底层,再采用等离子喷涂表面工作层;或先采用超音速火焰喷涂粘结底层,再采用等离子喷涂表面工作层,该组合是目前飞机发动机用热障涂层的典型工艺。3.多层结构多层结构是指涂层层数达三层或三层以上的涂层结构,在实际应用中并不常用,只在特殊工况条件下才采用。有的多层结构通过采用多种成分涂层来满足一种性能要求,例如,为了开发出能够满足柴油发动机用的长寿命厚热障涂层,Robert等采用了热膨胀系数非常接近的三层结合底层来降低涂层热应力,其涂层结构如图所示,各层涂层的热膨胀行为如右图所示。由于基体材料4140、NiCrAlY、FeCrAlY、FeCoNiCrAl和ZrO2-Y2O3之间膨胀系数属于逐渐变化的,从而可以大幅度减小ZrO2-Y2O3涂层与基体之间的热膨胀不匹配性,从而达到减小热应力、延长使用寿命的目的。多层结构示意图有的多层结构则具有多种功能,例如,为了***提高汽轮机用热障涂层的使用寿命和工作可靠性。

   Leed等人提出在金属粘结层和热障涂层之间增加阻止氧扩散涂层,并在金属粘结层和阻止氧扩散涂层、热障涂层和阻止氧扩散涂层之间增加梯度过渡层,以阻碍氧扩散到金属粘结层,形成脆性的金属-陶瓷界面,4.梯度结构在热障涂层中,由于粘结层金属和氧化锆陶瓷的热膨胀系数差异较大,这种差异将导致涂层内应力过大,并且在热循环条件下常发生陶瓷涂层的早期破坏。为了减小内应力,提高涂层与基体的结合强度,材料科学家开始在常规热障涂层中引入功能梯度材料制备技术。日本学者新野正之、平井敏雄和渡边龙三首先提出了FGM的概念,与此同时,中国学者袁润章等也提出了FGM的概念,并率先在国内开展了这方面的研究。FGM的设计思想是针对两种或两种以上性质不同的材料,通过连续改变其组成、组织、结构与孔隙等要素,使其内部界面消失,得到性能呈连续平稳变化的新型非均质复合材料。借助功能梯度材料的概念,使热障涂层结构梯度化,相应地,热膨胀系数将沿涂层厚度方向逐渐变化,从而缓和涂层制备过程中和热循环使用过程中产生的热应力。梯度功能材料为金属/陶瓷涂层材料无法解决的热应力缓和问题提供了一种有效的方法,这为热障涂层的应用带来了令人兴奋的前景。
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