Аморфные покрытия из жидких металлов: новые идеи для модификации поверхности материалов

В условиях все более жестких требований к окружающей среде особенно важно улучшать эксплуатационные характеристики материалов. Аморфные покрытия из жидких металлов, как новая технология модификации поверхности материалов, значительно улучшает коррозионную стойкость, износостойкость и самосмазывающиеся свойства материалов путем формирования слоя пленки аморфного жидкого металла на поверхности материала основы, что дает новую идею и метод оптимизации свойств материала.

В данной статье подробно рассматриваются основные понятия, характеристики, внедрение технологий пленкообразования, области применения и конкретные примеры применения аморфные покрытия из жидких металлов.

.

Взаимосвязь между покрытием из аморфного сплава и подложкой

.

1. Аморфные покрытия из жидких металлов аморфных покрытий из жидких металлов

Технология аморфные покрытия из жидких металлов представляет собой метод формирования жидкого металлического покрытия на поверхности основного материала за счет использования свойств аморфных сплавов. Технология в основном использует свойства аморфных сплавов, переходящих в жидкое состояние в определенном температурном диапазоне, и равномерно покрывает ими поверхность основы путем напыления, гальванизации и других процессов. Аморфные покрытия из жидких металлов не только значительно повышает коррозионную и износостойкость материала, но и улучшает его механические и электрические свойства, тем самым продлевая срок службы материала и повышая безопасность и надежность оборудования.

2. Свойства аморфные покрытия из жидких металлов

(1) Высокая прочность и твердость

Аморфные покрытия из жидких металлов отличаются чрезвычайно высокой прочностью и твердостью благодаря уникальной структуре расположения атомов. Исследования показали, что некоторые аморфные сплавы могут быть более чем в два раза прочнее традиционных кристаллических сплавов. Это делает аморфные покрытия из жидких металлов ценными для применения в областях, где требуется высокая прочность и твердость, таких как режущие инструменты, пресс-формы и подшипники.

(2) Хорошая износостойкость

Твердость и износостойкость аморфные покрытия из жидких металлов значительно превосходит аналогичные показатели обычных материалов, что делает их превосходными в условиях повышенного износа. Например, нанесение таких покрытий на критически важные компоненты, такие как поршневые кольца и подшипники в автомобильных двигателях, позволяет значительно увеличить срок службы компонентов, сократить частоту ремонтов и снизить эксплуатационные расходы.

.

Принципиальная схема трехмерных следов износа между аморфным покрытием FeCrBSiNb и подложкой из стали 45.

.

(3) Отличная коррозионная стойкость

Аморфные покрытия из жидких металлов обладают превосходной коррозионной стойкостью. Из-за отсутствия границ зерен и дефектов в аморфных сплавах эти структуры часто рассматриваются как каналы быстрой диффузии коррозионных сред. Поэтому покрытия из аморфных сплавов могут эффективно предотвращать проникновение коррозионных сред и повышать коррозионную стойкость основного материала.

(4) Хорошие магнитные свойства

Некоторые аморфные покрытия из жидких металлов обладают превосходными магнитными свойствами, такими как высокая проницаемость и низкие магнитные потери. Эти свойства делают аморфные покрытия из жидких металлов перспективными для широкого спектра применений в таких областях, как электроника, трансформаторы и датчики.

(5) Высокая термическая стабильность

Аморфные покрытия из жидких металлов обладают высокой термической стабильностью и способны сохранять свою структуру и свойства в условиях высоких температур. Это делает аморфные покрытия из жидких металлов ценными для применения в высокотемпературных условиях эксплуатации, например, в аэрокосмической и энергетической отраслях.

3. Как сформировать равномерное аморфные покрытия из жидких металлов на поверхности подложки? Техническое введение

(1) Технология быстрого затвердевания

Технология быстрого затвердевания — одна из основных технологий формирования аморфные покрытия из жидких металлов на поверхности подложек. Расплавленный металл охлаждается с чрезвычайно высокой скоростью, так что в процессе затвердевания он не успевает сформировать кристаллическую структуру, образуя аморфное состояние. Эта технология, в которой обычно используются такие методы, как струйное осаждение и быстрая холодная прокатка, позволяет точно контролировать толщину и структуру покрытия для обеспечения его качества и эксплуатационных характеристик.

.

Проявление металлического состояния на поверхности монокристалла FeSi(110)

.

(2) Технология физического осаждения из паровой фазы

Физическое осаждение из паровой фазы (PVD) — это метод перевода источника материала в газовую фазу с помощью физического процесса и последующего осаждения его на поверхность подложки для формирования покрытия. Технология PVD включает осаждение распылением, осаждение испарением и т.д. и обладает такими преимуществами, как высокая чистота покрытий, прочность сцепления и т.д. Технология PVD позволяет точно контролировать состав и структуру покрытия и улучшать его характеристики и стабильность.

.

Принцип работы технологии физического осаждения из паровой фазы

.

(3) Технология химического осаждения из паровой фазы

Технология химического осаждения из паровой фазы (CVD) формирует покрытия, осаждая их на поверхность подложки в результате химической реакции. Эта технология позволяет разнообразить материалы покрытий и улучшить их свойства и функции. Например, регулируя условия химической реакции и параметры осаждения, можно получать аморфные покрытия со специальными функциями, такими как устойчивость к высоким температурам, коррозионная стойкость и самосмазывающиеся свойства.

(4) Технология гальванических и химических покрытий

Технологии гальванического и химического нанесения покрытий образуют аморфные покрытия путем осаждения металлического слоя на поверхность подложки с помощью электролиза или химических реакций. Преимущества этих технологий заключаются в простоте оборудования и низкой стоимости, они позволяют добиться равномерного осаждения и точного контроля покрытия, улучшая его характеристики и стабильность.Широко используется в промышленном производстве.

(5) Технология термического напыления

Технология термического напыления предполагает нагрев аморфного жидкого металла до расплавленного состояния и распыление его на мелкие капли с помощью высокоскоростного воздушного потока, которые распыляются на поверхность подложки для формирования покрытия. К распространенным методам термического напыления относятся пламенное напыление, плазменное напыление и высокоскоростное кислородное напыление. Эти методы позволяют быстро наносить толстые покрытия и хорошо адаптируются к материалу подложки. Регулируя параметры распыления, такие как расстояние между слоями, угол распыления и скорость распыления, можно получить однородное и хорошо сцепленное покрытие.

.

Влияние температуры подложки на износ и коррозионную стойкость плазменно-напыленного покрытия из аморфного сплава на основе железа

.

4. области применения аморфные покрытия из жидких металлов

(1) Применение в аэрокосмической промышленности

В аэрокосмической отрасли аморфные покрытия из жидких металлов широко используются для улучшения характеристик двигателей и конструктивных элементов. Например, аморфные покрытия позволяют значительно повысить высокотемпературную и коррозионную стойкость лопаток двигателя и продлить срок их службы. Кроме того, аморфные покрытия наносятся на рамы и соединительные элементы самолетов для повышения их прочности и долговечности и обеспечения безопасности полетов.

(2) Применение в автомобильной промышленности

В автомобильной промышленности аморфные покрытия из жидких металлов в основном используются для повышения эффективности и долговечности двигателей и трансмиссий. Например, аморфные покрытия могут наноситься на цилиндры двигателя и поршневые кольца для снижения трения и износа и повышения эффективности работы двигателя. Кроме того, аморфные покрытия наносятся на шестерни и подшипники трансмиссии для повышения их износостойкости и срока службы, а также для снижения затрат на техническое обслуживание.

(3) Применение в области медицинских приборов

В области медицинского оборудования аморфные покрытия из жидких металлов широко используются при производстве высокоэффективных медицинских имплантатов и хирургических инструментов благодаря их превосходной биосовместимости и коррозионной стойкости. Например, аморфные покрытия могут наноситься на искусственные суставы и зубные имплантаты для улучшения их биосовместимости и долговечности. Кроме того, аморфные покрытия наносятся на такие инструменты, как скальпели и ножницы, для повышения их износостойкости и коррозионной стойкости, обеспечивая гигиену и безопасность инструментов.

(4) Применение в электронной промышленности

В электронной промышленности аморфные покрытия из жидких металлов в основном используются для производства высокопроизводительных электронных компонентов и устройств. Например, аморфные покрытия могут применяться при производстве трансформаторов и индукторов для улучшения их электромагнитных характеристик и эффективности. Кроме того, аморфные покрытия используются в производстве таких устройств, как датчики и память, для повышения их стабильности и надежности, а также для удовлетворения потребностей высококлассного электронного оборудования.

(5) Производство инструментов и пресс-форм

Благодаря высокой прочности и твердости аморфные покрытия из жидких металлов имеют большие перспективы применения в области инструментов и пресс-форм. Нанесение покрытий из аморфных жидких металлов на поверхность инструментов и пресс-форм позволяет значительно увеличить их срок службы и эффективность обработки. Например, инструменты с покрытием из аморфного сплава демонстрируют отличные показатели при резке высокопрочных материалов, эффективно снижая износ инструмента и увеличивая скорость резания.

(6) Область защиты от коррозии

Аморфные покрытия из жидких металлов имеют широкие перспективы применения в области защиты от коррозии благодаря своей превосходной коррозионной стойкости. Нанесение аморфные покрытия из жидких металлов на поверхность основного материала позволяет эффективно повысить коррозионную стойкость материала и продлить срок его службы. Например, в области морской техники, химического оборудования и нефтепроводов аморфные покрытия из жидких металлов могут значительно повысить коррозионную стойкость оборудования и снизить затраты на его обслуживание.

5. конкретные примеры применения аморфные покрытия из жидких металлов

(1) Применение покрытий из аморфных сплавов на основе титана для повышения коррозионной стойкости

Покрытия из аморфных сплавов на основе титана широко используются в химическом оборудовании и морской технике благодаря своей превосходной коррозионной стойкости. Например, в химическом оборудовании покрытия на основе аморфного сплава Ti- могут эффективно противостоять коррозии сильных кислот и щелочей и увеличивать срок службы оборудования. В морской технике покрытия из аморфных сплавов на основе титана способны противостоять коррозии в морской воде и морской атмосфере, обеспечивая длительную стабильную работу морских сооружений.

(2) Применение покрытий из аморфных сплавов на основе Fe для повышения износостойкости

Покрытия из аморфных сплавов на основе Fe широко используются в производстве высокопроизводительных режущих инструментов и износостойких деталей благодаря высокой твердости и отличной износостойкости. Например, в режущих инструментах покрытия из аморфных сплавов на основе Fe могут значительно повысить износостойкость и срок службы режущих инструментов, а также улучшить эффективность резания. В износостойких компонентах покрытия из аморфных сплавов на основе Fe могут эффективно снизить трение и износ, повысить долговечность и надежность компонентов.

(3) Покрытия из аморфных сплавов на основе Zr для применения в области биосовместимости

Покрытия из аморфных сплавов на основе Zr широко используются в производстве медицинских имплантатов благодаря их превосходной биосовместимости и коррозионной стойкости. Например, в медицинских имплантатах покрытия из аморфных сплавов на основе Zr могут улучшить биосовместимость имплантатов, уменьшить их отторжение организмом человека и обеспечить длительную стабильную работу имплантатов. Кроме того, покрытия из аморфных сплавов на основе Zr обладают хорошей коррозионной стойкостью и могут эффективно противостоять коррозии под воздействием жидкостей человеческого организма, увеличивая срок службы имплантатов.

(4) Применение покрытий из аморфных сплавов для регенерации ядерных отходов

Покрытия из аморфных сплавов широко используются в оборудовании для переработки ядерных отходов благодаря своей превосходной коррозионной стойкости и стабильности. Например, в оборудовании для переработки ядерных отходов покрытие из аморфного сплава может эффективно противостоять эрозии сильной коррозионной азотной кислоты, обеспечивая долгосрочную стабильную работу оборудования. Кроме того, покрытие из аморфного сплава обладает хорошей устойчивостью к высокой температуре и радиации, что позволяет поддерживать стабильность в экстремальных условиях и повышает безопасность и надежность оборудования.

6. Резюме

Благодаря своим уникальным эксплуатационным преимуществам аморфные покрытия из жидких металлов открыли новые перспективы применения в области модификации и защиты поверхности материалов. От аэрокосмической до биомедицинской отрасли, от автомобильной промышленности до электронных устройств, его применение не только повышает долговечность и надежность материалов, но и приносит значительную экономическую выгоду и технологический прогресс в смежных отраслях.