專利名稱：涂覆材料與被涂覆材料結(jié)合的辯證處理方法
背景技術(shù)：
材料在人們不斷認(rèn)識自然、改造自然，從宏觀走向微觀，從地球走向宇宙的不斷發(fā)展進(jìn)步中，隨著各科學(xué)體系對其研究的著重點不同；角度不同，其度量的尺度、方法、角度等各有不同。但一般涂覆材料是人們基于對使用材料的保護(hù)與防腐而發(fā)展起來的，我在這里稱為傳統(tǒng)的保護(hù)性材料，而納米材料是隨著人們對未知的不斷追求，對原有傳統(tǒng)材料理論無法解釋的原因，對現(xiàn)代技術(shù)的不斷探索，不斷需求而發(fā)現(xiàn)的。以埃(A°)和納米是微觀世界的尺度，10A°＝1nm＝10-3um＝10-6mm＝10-9m，≤1nm為微觀世界。10～100nm是微觀到宏觀的過渡區(qū)。
涂層材料已由過去簡單的宏觀上的高分子化合物材料金屬材料、復(fù)合材料、金屬氧化物、金屬化合物、無機(jī)非金屬化合物、無機(jī)非金屬等向微觀的納米微粒子過渡。被涂層材料由于高分子化合物各項性能的大幅度提高，已向涂層材料對高分子化合物材料的涂覆，微觀的納米微粒子材料向宏觀的涂覆材料涂覆。但使用的涂覆方法，沒有什么改變，涂覆方法。還是使用如電子束之高束離子鍍、磁控濺射、電弧離子鍍等外加壓力直接涂覆等工藝方法進(jìn)行涂覆。《材料科學(xué)與工程國際前沿》山東科學(xué)技術(shù)出版社，《中國材料發(fā)展現(xiàn)狀及邁入新世紀(jì)對策》材料——人類文明的基石；英國皇家學(xué)會會員R·W·卡恩教授等主編的《材料科學(xué)與技術(shù)》叢書等，關(guān)于對提高刀具耐用性、航空發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)葉片的不同的涂覆材料使用不同的涂覆方法進(jìn)行的科學(xué)的實驗數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的比較，并對涂覆后各種方法進(jìn)行了客觀的分析。如涂覆后的應(yīng)力問題及各種材料的導(dǎo)熱性、粘結(jié)性、抗沖蝕能力和抗異物操作能力。并提出了沖蝕是通過小粒剝離發(fā)生，EB-PUD陶瓷層的裂紋產(chǎn)生在其柱狀晶的近表面區(qū)，并對高溫合金進(jìn)行三次溶煉。即真空感應(yīng)以去氣，電潔重熔以去夾雜，真空自耗以控制錠型與結(jié)晶的方法。
這些方法在現(xiàn)有飛機(jī)制造涂層技術(shù)中，并對世界的航空事業(yè)做出了舉足輕重的貢獻(xiàn)。但從材料內(nèi)部分析其綜合加工工藝方法的還有很大的不足。
1、真空感應(yīng)去氣，真空自耗以控制錠型與結(jié)晶比較好世界上完全的真空是不存在的。當(dāng)型錠自耗冷卻時，由于型錠從高熱度虛擬真空狀態(tài)進(jìn)行冷卻，還必然伴隨著真空爐內(nèi)微量氣體參與的金屬熱氧化反應(yīng)物與氣體，隨金屬的冷縮而吸附在金屬表層不規(guī)則間隙內(nèi)。(金屬表層不規(guī)則間隙的解釋見《一種使金屬表層清潔的新方法》)。這對將來飛機(jī)在高速有規(guī)律轉(zhuǎn)動或其它運動所(假設(shè)是壓氣機(jī)葉片的背面)形式的反壓差及金屬內(nèi)部熱運動所形成的振動波的就能形成對金屬表層的熱動能，造成金屬表層不規(guī)則間隙內(nèi)的微小粒子或氣體對金屬涂層的氣蝕、剝裂。
2、在使用離子束或其它外力涂覆時，金屬表層不規(guī)則間隙內(nèi)的有害氣體與氧化物等是否最大可能的被清潔干凈。
3、高能量的離子束沖擊金屬表層的涂覆材料所形成的金屬碳化物與氧化物及封閉于不規(guī)則間隙的微量氣體。
4、高能量的離子束對各層涂覆材料與金屬表層金屬加熱點不同的高溫持續(xù)狀態(tài)所形成的應(yīng)力不同。去除壓力不當(dāng)所形成的金屬表層與涂覆材料各點應(yīng)力不同，脆性與韌性不同。
5、高硬性、高耐磨涂覆材料同金屬表層金屬所形成的熔接應(yīng)力不同(相當(dāng)于焊接高炭鋼)。
6、高能量的離子束，沖擊的不均勻性造成部分涂覆材料只是鑲嵌入金屬涂層表面，沒有同金屬表層與其它涂覆材料熔為一體。
7、各涂覆層材料之間與被涂覆金屬材料之間的熱膨脹系數(shù)不同。
8、由于離子束的高能量的沖擊使涂層材料面形成了一塊塊板式或小平面式的針孔式結(jié)構(gòu)與原被涂覆金屬的表面微觀總體表層的波峰與波谷紋路大不相同，如同人體的內(nèi)外層皮膚的彈性伸展率不同。
9、每層涂覆材料在不同點的均勻性差異較大。
10、各涂層材料之間與被涂覆金屬之間沒有完全形成結(jié)合力聯(lián)接，而只還是被吸附力、附著力聯(lián)接，被涂覆材料對涂層材料的控制大小力不勻。
11、選擇涂層材料不當(dāng)，如導(dǎo)熱性材料。
12、各涂層間每層涂層厚度過厚。
因此，基體材料與涂覆材料的剝離裂紋是必不可免的。
發(fā)明方法因為本發(fā)明方法對應(yīng)于不同用途的、不同場合的涂覆材料或不同的薄膜材料自身的變化不同場合或不同用途的不同的被涂覆材料的自身的變化的互為補充或互為依存或互為利用的不同的辯證處理方法。
對不同場合或不同用途的不同被涂覆材料的自身的變化。被涂覆的材料即要保證材料設(shè)計性能要求基礎(chǔ)上。在不同場合耐酸液，或耐堿液，或耐油脂，或耐高溫，或耐水，或耐高壓，或耐制冷劑，或耐氣候，或耐常溫，或耐常壓，或耐冰凍，或耐磨損，或耐振動，不同用途無液體潤滑環(huán)境，食品機(jī)械的衛(wèi)生環(huán)境或防塵機(jī)械，或防氣體，或防老化，或防真空，或防靜電，或防高速度，或防光波，或防電磁的場合，不同的金屬材料，不同的非金屬材料，不同的金屬氧化物，不同的復(fù)合材料，不同的高分子化合物材料，其材料本身的變化而變化。用于醫(yī)療衛(wèi)生方面，即要保證其材料的性能要求，也要使材料達(dá)到醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)的國家的衛(wèi)生檢驗標(biāo)準(zhǔn)。而對航空業(yè)來說，因為作為航天飛行的基體材料涂層或薄膜時即要有基體材料的性能要求，也要有涂層或涂膜材料同基本材料相適應(yīng)的要求，更要有已涂覆涂層或涂膜的材料做為被涂覆或被涂膜基體，同新的涂層或涂膜材料相適應(yīng)的要求，例如同一架飛機(jī)設(shè)計時僅要做低空教練飛行，而同經(jīng)常做從高空向低空穿插飛行，同這架飛機(jī)所要求的設(shè)計基體材料與涂層或涂膜材料相互適應(yīng)相結(jié)合的方法的不同。各種環(huán)境的變化來配備不同的基本材料與不同涂層材料或不同涂膜材料。
做為每一種方法對于不同的場合與不同的用途絕對的適用是永遠(yuǎn)不存在的，因為我們生存的地球環(huán)境在變，使用每項技術(shù)人的素質(zhì)也在變，我在這里所要說的就是結(jié)合我們現(xiàn)有的材料化學(xué)技術(shù)、物理學(xué)理論、數(shù)學(xué)模型等綜合各學(xué)科的優(yōu)勢，同我們要研究的每件事情或要做的每件物品原有的經(jīng)驗相結(jié)合，來盡量地保證這件事情或這件物品在使用中盡量克服原有不足的方法。
因為各種環(huán)境的不同，我知識的有限，不可能對所有的材料一一說明，現(xiàn)就以在背景技術(shù)中談及的飛機(jī)壓氣機(jī)葉片涂裝工藝來說明此方法。
由于葉片最高工作溫度達(dá)到1060℃。Ni3AL葉片的空心冷卻效果為300℃，還有220℃溫度用涂層材料來解決。
也就是說Ni3AL的耐熱性在540℃～零下30℃，零下30℃指我國東北地區(qū)機(jī)場的冬天溫度(沒有涉及高空的溫度)，飛行設(shè)備在各國的制造性能要求上，幾乎全是絕對，因為它的每一個部件或飛行操作指揮失誤往往造成不估量的經(jīng)濟(jì)、政治、生命等各項損失。因此，制作葉基體制造技術(shù)過關(guān)的話，那么當(dāng)每一點涂層保護(hù)材料剝落的話，葉片的實際使用溫度就變成了760℃～零下30℃之間，這是葉片金屬發(fā)生性能變化、熔化、軟化，失去其作用的溫度，這是不允許的。這就要求我們的幾層涂層材料必須同基體材料做為互為依存、互為補充、互為利用，并在涂層的前一層失去作用時，我們的第二層、第三層……還在發(fā)揮著作用。最大可能地在飛機(jī)到達(dá)安全檢修地時葉片正常使用。這就要求涂層的脫落必須保證即使脫也要一層一層從外向內(nèi)脫而不是三層一塊脫。就要求要每一層涂層必須耐760℃以上高溫與-30℃時低溫，并且上層涂層材料相對于下一層涂層材料為基體有結(jié)合力，而且均有保護(hù)下一層涂層的責(zé)任與任務(wù)。它們必須做為一個整體來實現(xiàn)葉片的作用。因此，在材料科學(xué)與工程國際前沿(

圖11.37)附圖濺射TBCS結(jié)構(gòu)剖面示意圖的涂層分布，并不應(yīng)是下一層涂層對上一層涂層直至表面層的保護(hù)方式，且每一層涂層與其相鄰兩涂層的結(jié)合也不應(yīng)是表面附著吸附，甚至粘結(jié)層與被保護(hù)基本葉片的粘結(jié)層的表面吸附?；w的金屬表層與不規(guī)則間隙完全沒有被壓實堵嚴(yán)嚙合(金屬表層與不規(guī)則間隙的概念，請參閱《一種使金屬表層清潔的新方法》基層與涂層，涂層與涂層之間必須保證互相嚙合、聯(lián)接，最大可能堵嚴(yán)不規(guī)則間隙。
因此，我將我的方法先說明一下。
在《一種使金屬表層清潔的新方法》與《一種使金屬表面涂層的附著力變成金屬表層結(jié)合力的新方法》已經(jīng)就通過金屬的被加熱，使金屬發(fā)生金屬內(nèi)分子熱動能向金屬外的傳遞與擴(kuò)散，使金屬發(fā)生熱脹，由于金屬與吸附在金屬表層的不規(guī)則間隙內(nèi)的液體、氣體金屬氧化物、碳化物與金屬的汽化溫度不同，熱膨脹系數(shù)不同而使金屬同這些雜質(zhì)粒子氣化，脫離吸附，并在一定真空情況下吸走部分氣化氣體，靠外力沖擊振動金屬使殘余雜質(zhì)粒子同金屬表層相脫離，使金屬表層清潔。但金屬從真空箱中取出后，還是有一定的表面灰塵與新的金屬氧化物產(chǎn)生。這里我采用在金屬溫度降到80℃±5℃時直接進(jìn)入，堿性溶液對Ni3AL鋁合金進(jìn)行氧化，并在10min左右時間清水沖凈后再進(jìn)行Ni3AL的鈍化處理50℃以下烘干，很快進(jìn)入電泳池使用1～10um的鋁粉進(jìn)行電泳，以形成0.04um的鋁涂層。在真空加壓箱，先0.5大氣壓加熱，吸出AL粉中的部分水分子，金屬葉片至100℃時加壓至20個大氣壓，繼續(xù)加溫至150℃，由于的不斷膨脹，使AL涂層材料不斷進(jìn)入Ni3AL不規(guī)則間隙，由于Ni3AL耐熱溫度最低為540℃就加熱至530℃后保溫、保壓，這樣AL涂層材料在Ni3AL降溫、保壓、冷縮過程中同葉片的不規(guī)則間隙嚙合變形，產(chǎn)生結(jié)合力，并堵住金屬表層的不規(guī)則間隙形成新的AL2O3氧化表層不規(guī)則間隙。由于電泳涂層雖然均勻，但涂層必定很薄，但這時利用AL2O3不規(guī)則間隙的熱膨脹狀態(tài)，開始靜電噴涂MCrALY粉200um后繼續(xù)降溫保壓至200℃，再用等離子的噴槍噴射氧化鋯陶瓷表面隔熱層200um，由于利用等離子壓加對MCrALY粉進(jìn)行再擠壓。使MCrALY與氧化鋯陶瓷材料互混擠粘在一起的嚙合體。繼續(xù)起封堵MCrALY金屬不規(guī)則間隙的作用，隨后在200℃保溫保壓5個小時消除由于等離子噴射造成的表層涂覆材料的內(nèi)應(yīng)力，停止加熱，真空自耗出爐。
這樣做可基本消除基體與AL層之間的汽液有害的碳化物等雜質(zhì)，利用溫度冷縮和均勻一致無高低貴賤涂裝的電泳方法。即保證第一層涂層同基體材料的熱膨脹冷縮一致性并與基體材料形成了穩(wěn)定的結(jié)合力，為二三層涂層的結(jié)合牢固性打了基礎(chǔ)。由于第三層電離子噴射陶瓷氧化鋯是在以MCrALY涂層本身的熱膨脹力，等離子外壓與大氣壓壓力的雙重壓力作用，而又保證了MCrALY涂層材料進(jìn)入不規(guī)則間隙的材料的密度與原AL粉涂層的接合力。而氧化鋯涂層在自己的噴射壓與外界壓力作用下，能夠做到最大可能地進(jìn)入MCrALY不規(guī)則間隙內(nèi)，形成一個與MCrALY涂層的不規(guī)則間隙緊密接合的高密度的嚙合涂層。
在保溫去掉一部分內(nèi)應(yīng)力后，降低溫度后與MCrALY涂層形成又一個堵塞MCrALY不規(guī)則間隙的嚙合力，三個涂層同基體葉片緊緊聯(lián)接成一個統(tǒng)一體。它們即互相補充自己間隙的不足，又通過上層涂層的存在而加大同下層涂層材料的接合力。并將由葉片由于有規(guī)律的熱運動產(chǎn)生的對基體材料的振動波降為最低，減小了氣蝕與剝離，同時又為最表面一層涂層失效時下一涂層的接力作用作好了準(zhǔn)備。
此方法對塑料基體的材料也同樣適用，只不過這里的加工場合與使用用途變了，真空就要變成純凈氣，在國家的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求以上，例如一次性使用真空采血針組件0.8×20mm×180mm(21G×0.75N×71N)。在非典期間，為保證非典病人的安全，又要保證醫(yī)護(hù)人員有條件地盡量避免同非典病人的直接面對面的近距離的接觸感染。這種采血管正常注液后病人能夠在密封消毒注液口后幾天連續(xù)使用。但聚乙稀塑料管的透氣性也要加快采血針的變質(zhì)過程，如果我們采取對采血采取電泳其它無毒高分子材料或不同的納米材料就能夠堵塞O2對采血針?biāo)芰瞎鼙诘目p隙，延長此采血管的使用壽命。
因此，本發(fā)明方法是對應(yīng)于不同用途的、不同場合的涂覆材料或不同的薄膜材料自身的變化不同場合或不同用途的不同的被涂覆材料的自身的變化的互為補充或互為依存或互為利用的不同的辯證處理方法。
圖1為現(xiàn)有技術(shù)航空發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)葉片的不同涂覆材料結(jié)構(gòu)圖。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明方法對應(yīng)于不同用途的、不同場合的涂覆材料或不同的薄膜材料自身的變化不同場合或不同用途的不同的被涂覆材料的自身的變化的互為補充或互為依存或互為利用的不同的辯證處理方法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1對不同場合或不同用途的不同被涂覆材料的自身的變化。被涂覆的材料即要保證材料設(shè)計性能要求基礎(chǔ)上。在不同場合耐酸液，或耐堿液，或耐油脂，或耐高溫，或耐水，或耐高壓，或耐制冷劑，或耐氣候，或耐常溫，或耐常壓，或耐冰凍，或耐磨損，或耐振動，不同用途無液體潤滑環(huán)境，食品機(jī)械的衛(wèi)生環(huán)境或防塵機(jī)械，或防氣體，或防老化，或防真空，或防靜電，或防高速度，或防光波，或防電磁的場合，不同的金屬材料，不同的非金屬材料，不同的金屬氧化物，不同的復(fù)合材料，不同的高分子化合物材料，其材料本身的變化而變化。用于醫(yī)療衛(wèi)生方面，即要保證其材料的性能要求，也要使材料達(dá)到醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)的國家的衛(wèi)生檢驗標(biāo)準(zhǔn)。而對航空業(yè)來說，因為作為航天飛行的基體材料涂層或薄膜時即要有基體材料的性能要求，也要有涂層或涂膜材料同基本材料相適應(yīng)的要求，更要有已涂覆涂層或涂膜的材料做為被涂覆或被涂膜基體，同新的涂層或涂膜材料相適應(yīng)的要求。
全文摘要
對不同場合或不同用途的不同被涂覆材料的自身的變化。被涂覆的材料即要保證材料設(shè)計性能要求基礎(chǔ)上。在不同場合耐酸液，或耐堿液，或耐油脂，或耐高溫，或耐水，或耐高壓，不同用途無液體潤滑環(huán)境，食品機(jī)械的衛(wèi)生環(huán)境或防塵機(jī)械的場合，不同的金屬材料，不同的非金屬材料，不同的金屬氧化物，不同的復(fù)合材料，不同的高分子化合物材料，其材料本身的變化而變化。即要保證其材料的性能要求，也要使材料達(dá)到醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)的衛(wèi)生檢驗標(biāo)準(zhǔn)。作為航天飛行的基體材料涂層或薄膜時即要有基體材料的性能要求，也要有涂層或涂膜材料同基本材料相適應(yīng)的要求，更要有已涂覆涂層或涂膜的材料做為被涂覆或被涂膜基體，同新的涂層或涂膜材料相適應(yīng)的要求。
文檔編號B01D7/00GK1724705SQ20041002005
公開日2006年1月25日 申請日期2004年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月19日
發(fā)明者任連杰 申請人:任連杰