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納米涂層技術在鋼結構領域的發展現狀

本文來源：色涂君網絡發布日期：2017-10-28 09:54

西班牙科學研究機構InasmetTechnalia的歐洲項目經理JoseLuisViviente博士負責納米技術項目第二階段，該項目側重發展納米技術在健康、航空、太空、汽車、能源等領城的應用。他以納米技術是鋼結構的挑戰為題，介紹了納米技術的重要性以及在鋼結構領域的發展現狀，納米材料、納米結構涂層、鍍膜涂層技術等。納米源自希臘語的“矮子”，1納米等于10的負9次方米，納米技術是指設計、生產能夠將物質結構的外型及尺寸控制在納米級的裝置和系統，其范圍界定在0.1～100nm范圍內。
　　
　　納米之所以重要主要有兩點原因，一是其表面/體積比使其具備了獨特的表面特性優勢;二是量子效應。目前面對的挑戰及需要改進的地方主要包括：機械和結構特性：硬度、強度、耐磨性;熱和化學特性：耐熱性、絕緣性、催化性;生物特性：適應性、殺蟲特性;電子和光學特性：反射性、透明性等。樂觀的估計，在未來7～8年間納米技術所創造的價值將達到30億美元，即使是悲觀的估計也可達到10億美元。
　　
　　高速加工已被普遍認為是提高產量、降低制造成本的加工技術。干式加工或微量潤滑概念是如今加工業為減少環保及生產成本的主要目標。對鋼結構制造商和涂層供應商而言，最重要的是生產率。切削性能(切削速度，單位時間切削量)提高20%，制造成本將減少15%。越來越嚴苛的加工要求需要鋼結構材料和涂層進一步發展，改善加工條件及改進鋼結構設計。在加工過程中，刀刃處會出現溫度和機械力的驟然變化以及劇烈的化學反應.需要采用保護涂層以減少機械和熱負載。近年來，(Ti，Al)涂層的硬質合金鋼結構在高性能鋼結構市場上已經占據了主導地位。在某些特殊應用場合的高需求促進了特殊涂層或精確涂層的發展。
　　
　　納米材料和納米結構材料的主要形式有：原子簇、納米粒子、納米層、納米纖維;多層式(層的厚度在納術級范圍內);納米結構涂層或納米涂層;納米結構的粒狀材料等。納米級涂層：涂層至少有一個尺寸(如晶粒或獨立的層)小于100nm。
　　
　　納米晶粒涂層比傳統的粗粒涂層具有更低的磨損率、更高的硬度和強度，微小的顆粒尺寸改變了涂層的破裂形式和材料去除機制，但關健問題是在熱應力下保持顆粒的尺寸。納米混合涂層包含至少兩個相位(晶相和非晶相)或兩個結晶狀態。尺寸、體積和納米晶粒的分布以及非晶相的厚度需要優化，以找到在超硬度和強度間的平衡點，需要考慮熱穩定性，在涂層過程中及后來的階段顯示出的非混合性、分解拐點和偏析現象。
　　
　　納米多層結構由不同材料的納米層交替組成，具有各向異性的特性，加強了單層鍍層的性能，通過不同的交替層相互輔助，改善了涂層特性。薄膜沉積技術主要分為物理氣相沉積和化學氣相沉積，彩鋼分別具有不同的優勢及工藝特點。物理涂層具有高度一致的厚度，可提供理想的化學計量控制和相對低的沉積溫度，允許整個表面同時進行涂層，但需要注意沉積率，控制內應力以限制涂層厚度，以及與基體的粘著力。化學氣相沉積則具有一致的厚度和高沉積率，對復雜幾何外型具有一致的沉積性，但其具有溫度高、內應力大的問題。

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