涂层———材料的“外衣”.ppt

涂层 材料的 外衣 汇报人 PH 目录 CONTENTS 1 涂层简介 2 结构及与基体结合方式 3 涂层的分类及应用 4 前景与展望 3 涂层的概念 PART01 从广义上讲 涂层是施涂于基体材料上的产生的连续的固态膜 这种施涂技术包括化学施涂 物理施涂和生物施涂 施涂前的涂层材料通常为气 液 固三种状态 需要根据施涂的基质选择涂层材料的种类和状态 涂层 材料的 外衣 4 涂层 材料的 外衣 涂层的作用 衣服对于人的作用 5 源自 百度图片 涂层 材料的 外衣 作用 保护 机械冲击 划伤 冲刷 腐蚀等物理或化学的损害 装饰 改变底材的外观 色彩 光泽 质感 表面花纹等美术和装饰效果 满足用户多样化和个性化的需求 特殊功能 指的是特种涂层材料的功能 集中体现在与国防军工相关的应用领域 如 电磁屏蔽 吸收雷达波 舰船防污 耐高温隔热 甲板防滑 自清洁等 天然成膜物质使用期17世纪前 01 01 02 03 输入文本 涂层 材料的 外衣 涂层材料发展历史 涂料工业的形成18世纪 19世纪初期 合成树脂涂料时期19世纪中期至今 7 涂层的结构及与基体的结合方式 PART02 涂层 材料的 外衣 8 涂层 材料的 外衣 涂层的结构类型 单层结构 多层结构 梯度结构 纳米多层结构 纳米复合涂层结构 图1 涂层结构示意图 9 源自 百度学术文献 纳米复合涂层 涂层 材料的 外衣 非晶包覆层限制了纳米晶的滑移使得涂层硬度大幅提高 同时兼具非晶的韧性 纳米晶 非晶包覆层 10 源自 百度百科 图2 纳米复合涂层结构 涂层 材料的 外衣 涂层与基体的结合 金属键结合 微扩散结合 微焊接结合 机械结合 熔融状态的高温微粒子高速撞到基体表面凸点 微粒子变形 同时粒子冷凝收缩咬住凸点 形成机械结合 高温 高速的喷涂材料颗粒 撞击洁净的基体表面 颗粒变形 并与基体表面紧密接触 原子晶格常数范围 颗粒撞击基体表面 由于紧密的接触 变形 高温等条件 在界面上造成微小的扩散 增加颗粒和基体的结合力 工件表面在高温 高速的颗粒作用下 达到较高的温度甚至熔化 形成了 微焊接 结合 一般来说 在同一种涂层中 以上四种结合方式有可能同时存在 但仍然以机械结合为主 11 涂层 材料的 外衣 具有塑性的粉末粒子在一定的喷涂速度下 无论是碰撞在光滑的还是粗糙的刚性 如不锈钢等 基体材料上 均将是产生塑性变形 在基体表面上形成涂层 而具有塑性或刚性的涂层材料粒子在一定喷涂速度下 碰撞在光滑的软 铝 铜等 基体材料上 均将产生嵌入式或嵌入式变形 形成涂层 两者具有不同的结合强度 不同涂层材料与不同基体材料匹配喷涂粒子变形示意图 源自 航天振邦 12 涂层 材料的 外衣 源自 航天振邦 下表列举涂层材料与基体材料的匹配 分别在N2和He作为工作气体时 涂层与基体的结合强度 13 涂层的分类及应用 PART03 涂层 材料的 外衣 14 涂层 材料的 外衣 按功能分类 15 硬质合金涂层 防腐涂层 涂层 材料的 外衣 涂层材料的应用 电磁功能涂层 热功能涂层 光学功能涂层 机械功能涂层 界面功能涂层 电气绝缘涂层 电磁波屏蔽涂层和导电涂层 电磁波吸收涂层 磁性涂层 耐热 阻燃 示温 保温 可粘结 防破损 可剥离 润滑 防滑 消音减震等 16 16 涂层 材料的 外衣 硬质合金涂层 刀具性能的关键指标硬度和强度之间总存着矛盾 硬度高的材料强度低 而提高强度往往是以硬度的降低为代价 为了解决这种矛盾 更好地提高刀具的切削性能 从而提出硬质合金涂层的概念 17 源自 百度图片 硬质合金涂层刀具 硬质合金涂层 在硬质合金刀具基体上涂覆一层或多层硬度高 耐磨性好的金属或非金属化合物薄膜 如TiC TiAIN Al2O3等 的涂层刀具 结合了基体高强度 高韧性和涂层高硬度 高耐磨性的优点 降低了刀具与工件之间的摩擦因数 提高了刀具的耐磨性而不降低基体的韧性 因此 涂层硬质合金具有高硬度和优良的耐磨性 延长了刀具的寿命 这是切削刀具发展的又一次变革 概念 视频 18 涂层 材料的 外衣 F 22猛禽战机为何能够隐身 19 源自 百度图片 涂层 材料的 外衣 所谓 隐身 是相对而言 即通过在战机机身涂抹隐身涂料 或者使用吸波材料制造机身 并通过物理学原理对机身的结构进行优化 使机身的横截面降到最低 从而减少雷达反射面 或完全规避雷达探测 因雷达性能而定 达到 隐身 的效果 官方资料 F22整体机身 涂抹隐身涂料 或使用吸波材料的面积占总机身的96 是目前世界上 隐身能力最强的战斗机 置中国的歼 20战机于何地 20 电磁波吸收涂层 涂层 材料的 外衣 电磁波吸收涂层 吸波材料是指能吸收投射到它表面的电磁波能量 通过材料的介质损耗使电磁波能量转化为热能或其他形式的能量而达到防止电磁干扰的涂层材料 21 注意 防止电磁干扰并不只是用于 隐形 还包括屏蔽吸收日常生活中的各种电子元器件的电磁辐射 保护人类和各种器件 涂层 材料的 外衣 目前的研究进展 碳系纤维是目前纤维吸波领域的研究热点 聚合物吸波材料 提高其自身磁损耗主要利用聚合物与一些磁性粉末有铁氧体及复合磁粉等复合 提高自身磁损耗 纳米吸波材料 吸波特性由晶格电场热运动引起的电子散射 杂质和晶格缺陷引起的电子散射以及电子与电子之间的相互作用三种效应导致 美国已研制出第4代纳米吸波材料 超墨粉 碳纳米管 其对雷达波的吸收率可达99 22 涂层 材料的 外衣 23 热功能涂层之示温涂层材料 示温涂料是一种以颜色变化来测量物体表面温度分布的特种涂层材料 是一种重要的非干涉式表面温度测量方法 1 根据变色后的颜色的稳定性 可以分为可逆型和不可逆型示温涂层材料两大类 2 根据颜色变化多少可分为单变 准确 和多变 可显示温度变化 示温涂层 优点 简单 快速 方便 直观 不影响被测件 涂层 材料的 外衣 24 可逆型示温涂层 无机变色颜料 利用晶型转变原理变色 有机变色涂层应用更广 在一定的温度范围内可以使用多次 应用广泛 除在工业生产中起示温报警作用之外 还为美化生活提供条件 提高装饰性 趣味性 可以制作变色衣料 变色茶杯 防伪标签等 图片源自 百度图片 不可逆型示温涂层 采用Ni Fe Cu Cr Mn Pb等的盐类作颜料这类不可逆性示温涂料适用于记录化学反应器等装置不能测定的温度 以及不能用眼来观察控制温度变化的部位 如 某发动机燃烧室实验效果 涂层 材料的 外衣 实验前示温涂料颜色 实验后示温涂料颜色 图片源自 中国涂料2010 25卷 第5期 涂层 材料的 外衣 光学功能涂层之循环反射涂层 26 循环反射涂层是一类利用微玻璃珠的循环反射 光波经折射和反射后重新折向光源方向 性质的制作而成 它可用作道路标志和标牌涂饰 用以反射汽车头灯的光 以保证夜间或雨天的交通行车安全 也可涂覆于防护墙 电线杆 路缘石等混凝土面和栏杆 桥墩 广告牌等金属表面 图3 玻璃珠的光循环反射示意图 图片源自 百度图片 涂层 材料的 外衣 27 图片源自 百度图片 循环反射涂层 道路反射涂层夜间 阴天效果实拍 涂层 材料的 外衣 界面功能涂层之防水防污自洁涂层 随着德国植物学家巴特洛特自上世纪七十年代发现荷叶表面的特殊结构有自我清洁功能一一即 荷叶效应 以来 水稻叶 海鸟羽毛 草莓结构等陆续被人们认知和研究 人们将这种不沾水 且水滴可以自己滚落的现象称为超疏水现象 将具有这种性质的表面称为超疏水表面 双疏涂层由于其对于水和油的同时疏离作用 超疏水 油 性涂层一般指与水 油 滴的接触角大于150 且滚动角小于10 的表面 比起单纯的超疏水涂层更容易应用于日常生活以及工业生产当中 28 涂层 材料的 外衣 界面功能涂层之防水防污自洁涂层 29 图4 a 荷叶超疏水表面自清洁现象 右 及示意图 左 b 水滴在非超疏水光滑表面的滚动示意图 源自 百度学术文献 涂层 材料的 外衣 防水防污自