《纳米热喷涂》ppt课件

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1、热喷涂技术制备高性能纳米涂层 David E. Reisner, 博士 首席执行官/总裁 James C. Hsiao, 萧镜如 博士 董事会主席 美国英弗曼公司 74 batterson park Road Farmington, Connecticut,热喷涂技术制备高性能纳米涂层 致上海宝山钢铁集团 David E. Reisner, 博士 首席执行官/总裁 James C. Hsiao, 萧镜如 博士 董事会主席 美国英弗曼公司 74 batterson park Road Farmington, Connecticut,热喷涂技术制备高性能纳米涂层 致攀枝花钢铁公司 David E.

2、 Reisner, 博士 首席执行官/总裁 James C. Hsiao, 萧镜如 博士 董事会主席 美国英弗曼公司 74 batterson park Road Farmington, Connecticut,热喷涂纳米涂层技术的起源,高技术研发中心： 纳米精密材料，康州大学 发明人：前纳米技术研究主管，教授 Peter R. Strutt (英佛曼公司创始人之一，前首席技术总监) 英佛曼公司获得康州大学的技术使用权与开发权,专 利 明确的 1.纳米粉末热喷涂 (康州大学) 2. 湿化学法材料合成 (康州大学) 3. 液体热喷涂 (康州大学) 4. 液体热喷涂 (英弗曼/海军) 5. 颗粒成

3、长抑制剂 (英弗曼) 6. 固体润滑 (英弗曼) 7. 多组分陶瓷 (英弗曼) 8. 双层陶瓷部件 (英弗曼),知识产权,不明确的 1. 陶瓷 2. 陶瓷-陶瓷 3. 金属-陶瓷 4. 其他,掌握,实例明确的 1. NanoxTM S2613 系列 (Al2O3/TiO2 基) 2. NanoxTM S2600 (Al2O3 基) 3. InfralloyTM S7400 系列 (WC/Co 基) 4. NanoxTM S2400 (Cr2O3 基) 5. NanoxTM S4000 系列 (Y2O3-ZrO2 基) 6. NanoxTM 2200 (TiO2 基),纳米粉末生产,热喷涂纳米膜

4、层,英弗曼热喷涂技术,英弗曼拥有多项热喷涂材料与涂层制备专利,1. “热喷涂用纳米结构材料的制备方法及其相应的制膜方法,” 美国专利号. 6,025,034 (02.15.00) 2. “多组分的陶瓷和相应的制备方法,” 美国专利号. 6,723,674 (04.20.04). 3. “纳米结构体材和涂膜应用中的晶粒生长抑制剂,” 美国专利号. 6,287,714 (09.11.01) 4. “用于超精细体材料和薄膜的晶粒生长抑制剂,” 美国专利号. 6,277,774 (08.21.01) 5. “热喷涂方法制备硫化物自润滑涂层,” 美国专利号 6,689,424 (02.10.04) 6.

5、 “双重镀膜和体材料及其制造方法,”美国专利号10/191,977，允许 7. “液体等里子喷涂的器材和方法,”美国专利号60/439,397 8. “镀膜, 材料, 生产相关的文章和方法 美国专利号10/755,856 9. “金属碳化物的生产,” S/N 10/831,047 10. “防污涂层在船舶上的应用，” 专利申请中,船用推进器的传动轴,氧化铝/氧化钛纳米涂层的应用事例,8,潜望镜滑动导杆,门支架/转轴座,20,m,颗粒尺寸： 30-60微米,重构后的高流动性颗粒,粒子尺寸： 5 - 50 纳米,分散态,粒子尺寸： 5 - 50 纳米,团聚态,中空球体,30 m,英弗曼热喷涂用纳米

6、粉料的制备工艺,热喷涂粉料生产流程,纳米粒子的合成,纳米粒子的分散,固-液料浆的准备,微米级颗粒的构成,热处理,颗粒尺寸分级,热喷涂,合 成 的 纳米颗粒,重新构建 的 颗 粒,纳米膜层覆盖的工件,热喷涂制备纳米结构涂层的工艺过程,核心技术 纳米材料技术,技术创新与市场竞争优势 热喷涂用纳米形式的原料 创新 湿化学合成 (可量化, 低成本) 液体原料 2) 热喷涂纳米膜层 创新 使用性能提高 (寿命) 高硬度 防腐蚀性 高粘附性 (粘附强度) 高沉积效率,热喷涂用纳米或超细粉料产品,陶瓷涂层材料 1a) NanoxTM S2200 系列 (氧化钛基的) 1b) NanoxTM S2400 系列

7、 (氧化铬基的) 1c) NanoxTM S2600 系列 (氧化铝基的) 1d) NanoxTM S4000 系列 (氧化锆基的) 硬质合金涂层材料 (金属陶瓷) 2) InfralloyTM S7400 系列 (碳化钨/钴) 隔热涂层材料 3) NanoxTM S4000 系列 (氧化钇稳定氧化锆) 液体溶液 & 粉末材料 固体润滑涂层材料 4a) LuboxTM S2600S 系列 (氧化铝-氧化钛-氧化铁/硫化铁) 4b) TsunamiTM S2600.40S 系列 (氧化铝-氧化钛-氧化铁/硫化铁) 4c) 硫化铁,陶 瓷 纳 米 涂 层 NanoxTM S2600S 系列 (氧化

8、铝基的),涂层特性 超级强度，高粘附性，高硬度，承受压力能力强，表面质量好 竞争优势 与传统涂层相比在耐磨损，抗压力和冲击力，耐久使用和 对环境要求(盐性，生物附着)方面要优于传统涂层 应用领域 汽车，飞机，船体，冶金，医药等抗腐蚀, 磨损腐蚀或 抗生物附着等重要的领域,NanoxTM S2600S 系列 (氧化铝基材料),增加粘附强度 传统涂层: 2,000 psi 纳米涂层: 8,000 psi,提高耐磨损能力,Al2O3/TiO2 Nanocoating,超强的机械特性 (氧化铝/氧化钛涂层为例),冲杯实验, 弯曲实验, 磨擦磨损实验,1 inch,纳米结构涂层,冲杯实验: 超强粘附和抗

9、破碎能力,传统涂层,纳米涂层,抗磨损能力的显著改善,0,0.01,0.02,0.03,Abrasive Wear Resistance (cm,-3,),Coating,弯曲实验：超强粘合力，强度和抗破碎能力,纳米涂层没有开裂,纳米涂层提高耐磨损能力,纳米膜层在冲杯实验中没有裂纹,传统涂层,纳米涂层,普通涂层开裂，剥落,普通商业涂层,不同Al2O3/TiO2 涂层的磨损表面比较,Metco 130普通涂层磨损表面的电子微观图片。注意: 涂层材料呈片，块状被磨损，表面变得粗糙,Al2O3/TiO2纳米涂层磨损表面的电子微观图片。涂层很小的部分被磨损，涂层表面仍然较平滑,Metco 130 普通涂

10、层,划痕表面 (低倍观察),Metco 130,擦痕表面 (高倍观察),Al2O3/TiO2 纳米涂层,划痕表面 (低倍观察),擦痕表面 (高倍观察),Al2O3/TiO2 纳米涂层,纳米与传统Al2O3/TiO2 涂层性能的对比总结,Metco 136F 普通涂层磨损表面的电子显微图片显示 粗糙磨损痕迹,纳米涂层磨损表面的电子显微图片显示 平滑磨损痕迹,氧化铬纳米涂层的磨损表面对比观察,0.0,1.0,2.0,3.0,4.0,滑 动 磨 损 抗 力， (X106 N.m/mm3),Metco 136F 氧化铬普通涂层,氧化铬纳米涂层,0,1,2,3,4,5,磨 削 磨 损 抗 力， (N.m

11、/mm3),抗滑动磨损能力 (Sliding wear) 相比于Metco 136F普通涂层，纳米涂层抗磨损能力大幅提高,抗磨削磨损能力 (Abrasive wear) 相比于Metco 136F普通涂层，纳米涂层抗磨削磨损能力有小幅增加,氧化铬纳米涂层耐磨损性能的评价,Metco 136F 氧化铬普通涂层,氧化铬纳米涂层,InfralloyTM S7400 系列 (碳化钨/钴) 涂层特性 超级粘附强度，强度，硬度 竞争优势 和传统涂层相比在粘附性和强度上有提高，尤其适用于 在高压力等苛刻条件下需延长磨损寿命的部件。 应用领域 航空，汽车，印刷，采矿，切割工具等硬度，强度和 防磨损很重要的领域

12、。,特级WC/Co超细晶粒涂层,传统与超细晶粒 WC/Co 涂层的热喷涂沉积比较,基 材,固体Co基体,坚硬WC颗粒,Co基体融化,传统金属陶瓷颗粒,特制金属陶瓷颗粒,粘合剂,超细金属陶瓷颗粒, 传统 WC/Co 仅限于表面区融化 低质量的涂层 特级 WC/Co 全体积内的融化 高质量的涂层,高温加热区,高温加热区,WC/Co颗粒部分熔化/软化,基 材,基 材,基 材,堆积式 结构,粘接式 结构,硬性性附着,延展性附着,特制WC/Co和传统WC/Co涂层的 显微硬度与断裂强度比较,0,500,1000,1500,2000,2500,3000,0,10,20,30,显 微 硬 度, HV60,英

13、弗曼,特制WC/Co涂层,传 统,WC/Co涂层,传统 WC/Co 材料,特制WC/Co,抗 空 泡 腐 蚀 能 力 (相对比较),传统和特制WC/Co材料的 抗空泡腐蚀性能的比较,不同粉料制备的WC/Co涂层的磨削磨损性能比较,Metco 72F,Sylvania SX432,Metco 2004,英弗曼超细WC/Co,热 障 涂 层 (TBC) NanoxTM S4000 系列(氧化钇稳定的氧化锆)粉末材料 特 性 3维空间多孔性 , 较高热绝缘性, 延长高温循环疲劳寿命 竞争优势 延长发动机等高温部件的寿命并降低成本(工艺和延寿) 应用 飞机引擎，火力发电站和冶金等工业部件的高温绝热，防

14、腐蚀。 其他应用 固体氧化物电池等,目前微米级晶粒7 YSZ 涂层,英弗曼纳米级晶粒7YSZ 涂层,缓解应力并防止开裂的精细边界,易于产生横向裂纹的晶粒边界,Substrate,Bond Coat,Al2O3,7YSZ,Substrate,Bond coat,Al2O3,7YSZ,微米和纳米结构的热障涂层对比,热障涂层中使用纳米-7YSZ的益处, 增加热膨胀系数，更接近于金属底层 因为大的晶界体积比率，增加扩散蠕变率 增加延展性和粘附性，提高抗开裂能力 增加材料强度，增加对热应力的抵抗能力 降低热传导率，提高阻挡热量转递的能力,传统和纳米-热障涂层的性能比较,液体热喷涂法(SPS) 制备的热障

15、涂层的应用实例 (薄层：200-500微米),液体热喷涂法(SPS) 制备的热障涂层的应用实例 (厚层：500微米-2毫米),固体润滑/耐磨纳米涂层 特性 超级润滑和抗磨损，优良硬度和强度 竞争优势 适用于耐磨损和高润滑同时需要的部件 应用 钢铁工业扎滚, 发动机, 燃料泵及阀门等,英弗曼的特制颗粒和纳米涂层的优势 按材料属性/功能分类: 陶 瓷 - 高粘合性，强度和韧性，更好适用耐磨损， 腐蚀环境 金属陶瓷- 高硬度和强度，更好抗磨损应用 热障涂层- 提供更长使用寿命 固体润滑- 同时提供抗磨损和润滑作用,技 术 创 新 成 就,产品效率 Nanox， InfralloyTM 和 TsunamiTM 品牌 数吨/年热喷涂粉末材料的生产能力 高新技术 研究与开发100大奖 (R&D 100 AWARD) 海军DUST 项目年度奖 海军证书 军队标准1687a 2002 CQIA 创新奖,现有热喷涂国际市场份额,今日中国的热喷涂工业现状 按