Ál úr keramikhúðun, sem er verðlaunuð fyrir mikla hörku, háan-hitaþol, tæringarþol og rafeinangrun, eru orðin ómissandi yfirborðsvörn við erfiðar aðstæður á sviðum eins og geimferðum, jarðolíu og vélrænni rafeindatækni. Sérstaklega með þróun háþróaðs-búnaðar í átt að hærra álagi, hraða og hitastigi, eru yfirgripsmiklar kröfur um frammistöðu fyrir súrálhúðun sífellt strangari. Hins vegar hefur kjarnaáskorun lengi plagað undirbúning og notkun súrálhúðunar: eðlisstökk þeirra, næmi fyrir álagsstyrk og misræmi í varmaþenslustuðlinum við málmhvarfefni. Samhliða hröðum bráðnunar- og storknunareiginleikum hitauppstreymisferla, leiða þessir þættir auðveldlega til leifar togstreitu innan húðarinnar, sem gerir það mjög viðkvæmt fyrir sprungum og þar af leiðandi rýrir verndarvirkni hennar. Meira krítískt, undir hitaáfalli eða vélrænu álagi, geta örsprungur breiðst út og tengst, sem að lokum veldur húðflæði og bilun.
Þess vegna er að bæla sprungubyrjun og ná herslu á súrálhúðun ekki aðeins meginviðfangsefni í rannsóknum á varmaúðatækni heldur einnig lykilforsenda þess að hægt sé að nota þeirra í enn krefjandi umhverfi. Þessi grein kynnir aðferðir til að forðast sprungur og ná herslu í súrálhúðun úr fjórum víddum: eiginleika úðaðs dufts, hönnun húðunar, fínstillingu úðaferlis og stjórnun húðunarbyggingar.
I. Eiginleikar úðadufts: Uppspretta gallaeftirlits
Sem "hráefni" fyrir húðunina ákvarða eðlisefnafræðilegir eiginleikar úðaduftsins í grundvallaratriðum örbyggingu lagsins og tilhneigingu til gallamyndunar. Þess vegna verður sprungubælingin að byrja með vali og hagræðingu á duftinu.
01 Kornastærðarstýring og hagræðing
Almennt séð geta smærri súrál agnir betur fyllt húðunarholur meðan á úða stendur, dregið úr gropleika og stuðlað að þéttari húðun með tiltölulega mikilli slitþol og vélrænni eiginleika. Þar af leiðandi er fínni nanó-stærð súrál æskilegt varðandi stærð agna. Hins vegar hafa of fínar agnir tvö meginvandamál: Í fyrsta lagi er tregða nanópúða mjög lítil; Þegar þau hafa áhrif á undirlagið skortir þau nægilega hreyfiorku til að festast á áhrifaríkan hátt, sem leiðir til mjög lítillar útfellingarnýtingar. Í öðru lagi hafa nanópúður stórt tiltekið yfirborð og mikla yfirborðsorku, sem gerir þeim viðkvæmt fyrir þéttingu. Þetta leiðir til lélegrar flæðigetu, erfiðrar afgreiðslu og ójafnrar úðunar, sem getur hugsanlega valdið staðbundinni ófullnægjandi hörku eða slitþol, eða skapar álagsþéttnisvæði sem hafa áhrif á heildarframmistöðu húðarinnar.
Þess vegna, þegar nanópúður eru notaðar til að úða, er hægt að nota „annað kornunarferli“. Þetta felur í sér að nota bindiefni til að mynda stærri agnir með ákveðna stærðardreifingu og lögun, bæta flæðihæfni, auðvelda duftflutning og útfellingu við úðun og auka skilvirkni útfellingar.
02 Val á formgerð
Kúlulaga súrálduft með reglulegu lögun og góða flæðigetu geta dreift sér jafnt meðan á úðun stendur, myndað þétt húðunarvirki með sléttu yfirborði, litlum gropleika og framúrskarandi verndandi frammistöðu. Aftur á móti hafa óregluleg súrálduft tilhneigingu til að pakka lausari saman, sem gæti leitt til meiri porosity og hefur áhrif á þéttleika og heilleika lagsins. Ennfremur, vegna ójafnrar dreifingar, getur óreglulegt duft skapað streituþéttnipunkta innan húðarinnar, sem leiðir til þess að agnir losna við slit og draga úr slitþol. Þess vegna ætti að forgangsraða kúlulaga eða nær-kúlulaga dufti með góða flæðihæfni og mikinn sýnilegan þéttleika til að nota í hagnýtum tilgangi.
03 Áhrif á fasasamsetningu
Súrál hefur allt að 12 fjölbreytileika, með algengum eins og -Al2O3, -Al2O3, -Al2O3 og θ-Al2O3. Þar á meðal er -Al2O3, sem tilheyrir þríhyrninga kristalkerfinu, stöðugasta uppbyggingin meðal hinna ýmsu fjölforma. Hinir eru umbreytingarfasar súráls, sem eru lág-kristölluð form. Yfirleitt sýna húðun sem er aðallega samsett úr -Al2O3 fasanum góðan styrk og slitþol.
II. Coating Design: Achieving a 1+1>2 Harðandi áhrif
Innibyggður brothættur einnar súrálhúðunar er innri veikleiki þess. Með því að setja annan áfanga inn í súrálfylki, bæta við snefilbreytandi þáttum eða fínstilla húðunarbygginguna, er hægt að breyta streituástandi og brothegðun lagsins verulega og ná fram harðnandi áhrifum þar sem "1+1 > 2".
01 Hönnun húðunarsamsetningar
Auk þess að kynna -Al2O3 fasann, er hægt að bæta öðrum íhlutum sem ekki eru-súrál byggt á sérstökum umsóknarkröfum til að undirbúa samsetta húðun. Til dæmis eru áberandi nýleg dæmi um samsetta súrálhúðun Al2O3-TiO2 og Al2O3-ZrO2 kerfi.
Ennfremur geta snefilviðbætur sjaldgæfra jarðefnaþátta (eins og La2O3, CeO2) oft náð marktækum áhrifum með lágmarks magni. Þeir vinna fyrst og fremst með því að bæta örbyggingu lagsins, sem getur aukið húðþéttleika og bætt tengingu milliflata. Að lokum leiðir þetta til merkjanlegra umbóta á vélrænni eiginleikum lagsins eins og styrkleika, seigleika og hörku, sem og hagnýtrar frammistöðu þess hvað varðar slitþol, tæringarþol og hitaáfallsþol.
02 Hönnun húðunarbyggingar
Misræmi í hitaþenslustuðlinum milli keramikefna og málmundirlags er aðalástæða þess að húðun sprungur við notkun. Með því að hanna fjöl-laga samsett húðun sem samanstendur af nokkrum lögum með mismunandi eiginleika, eða virkniflokkaða húðun þar sem efnissamsetning, uppbygging, þéttleiki og virkni breytist stöðugt frá undirlaginu yfir á húðunaryfirborðið, getur dregið úr hitaálagi sem stafar af mismunandi hitaeðlisfræðilegum eiginleikum milli efna, og þar með dregið úr hættu á sprungum.
III. Fínstilling á úðaferli: Ferlisstýring er lykilatriði
Duftið gengur í gegnum röð flókinna líkamlegra breytinga í logaþotunni, þar með talið upphitun, hröðun, bráðnun, högg, útfletingu og storknun. Minniháttar sveiflur í ferlisbreytum geta leitt til verulegra breytinga á gæðum húðunar.
01 Formeðferð undirlags
Áður en úðað er er hægt að búa til venjulega, hreina og mjög límandi ör/nano-byggingu á yfirborði undirlagsins. Að stjórna grófleika og sniði nákvæmlega og tryggja að yfirborð undirlagsins sé laust við olíu, oxíð og önnur óhreinindi, eykur bindistyrk og samkvæmni og dregur úr hættu á sprungum.
02 Fínstilling á ferlibreytum
Stærðir úðaferlis ákvarða beint hitastig og hraða duftagna í logaþotunni og hafa í kjölfarið áhrif á formgerð fletinna agna og húðunargalla. Rannsóknir benda til þess að þéttasta húðunin sé náð þegar duft er alveg bráðnað án þess að ofhitna; hálf-bráðið eða ofhitnað ástand hefur tilhneigingu til að auka grop og fjölda galla. Athyglisvert er að ofhitnun getur leitt til myndunar lengdarsprungna, aðalorsök þess að frammistöðu húðunar skerðist. Þess vegna þurfa ferlibreytur eins og úðarafl, frumgasstreymishraði, duftfæðingarhraði, úðafjarlægð og úðahraða stöðugrar tilraunaaðlögunar til að passa við úðaduftið og ná kjöri "alveg bráðnað en ekki ofhitað" ástand. Að auki er hægt að nota netvöktun á-hitastigi og hraða agna í flugi fyrir nákvæma ferlistýringu.
03 Notkun nýrrar úðatækni
Fyrir utan hefðbundna loftplasmaúðun (APS) býður ný úðatækni upp á fleiri möguleika til að útbúa herða húðun. Til dæmis nýtir sprengiúða sprengiorku eldfimra lofttegunda til að framleiða mjög þétta húðun með litlum gropi, sterkri viðloðun undirlags og slétt yfirborð, hentugur til að úða kermetum, oxíðum og sérstökum málmblöndur. Í samanburði við hefðbundið APS getur yfirhljóð loftplasmaúðun (SAPS) eða lágþrýstingsplasmaúðun (LPPS) skilað þéttari húðun með hærri bindingarstyrk og minni sprungumyndun.
04 Eftir-Meðferðartækni
Laser endurbræðsla er áhrifarík aðferð til að draga úr galla í húðun. Með því að nota há-orku leysigeisla til að bráðna hratt og þétta eins-húðina sem úðað er, getur það jafnað og þéttað húðunarbygginguna, útrýmt lagskiptu formgerðinni og bætt bindingarstyrk og sprunguþol. Hins vegar, vegna mismunandi hitaeðlisfræðilegra eiginleika efnisins og mikils hitastigs í bráðnu lauginni við endurbræðslu leysir, er fínstilling á breytum eins og leysirafli og skönnunarhraða afar mikilvægt til að forðast að mynda nýja hitaspennu og sprungur. Að auki geta þéttingarmeðferðir fyllt svitahola og örsprungur innan húðarinnar, aukið þéttleika hennar og gegndræpi og dregið úr möguleikanum á sprunguútbreiðslu.