在二十一世紀(jì)這個(gè)風(fēng)起云涌的時(shí)代，經(jīng)濟(jì)的全球化發(fā)展給中國(guó)的崛起帶來(lái)了一系列的機(jī)遇，同時(shí)也帶來(lái)了一系列的挑戰(zhàn)。這把雙刃劍帶來(lái)至關(guān)重要的一環(huán)是加速中國(guó)工業(yè)化進(jìn)程，目前我國(guó)的工業(yè)建設(shè)得到了極大的發(fā)展，在建筑、交通運(yùn)輸、石化、水電等眾多領(lǐng)域都出現(xiàn)了超常規(guī)增長(zhǎng)，從而帶動(dòng)了對(duì)相關(guān)配套裝備需求的飛速增長(zhǎng)。
然而，腐蝕一直以來(lái)是裝備的克星，直接影響裝備的安全運(yùn)行與使用壽命，我國(guó)每年腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失大約占 GDP 的 4% 左右，達(dá)數(shù)千億元。隨著尖端科學(xué)和現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，各工業(yè)部門越來(lái)越多地要求機(jī)械設(shè)備能在高參數(shù)和極端工況條件下長(zhǎng)期、穩(wěn)定地運(yùn)行，這就對(duì)材料的性能提出了更高的要求。因此，發(fā)展材料表面防護(hù)和強(qiáng)化技術(shù)具有極其重要的意義。
先進(jìn)涂層與表面處理技術(shù)是個(gè)什么鬼？
先進(jìn)涂層技術(shù)是一門賦予材料及其零部件表面特定性能、提升材料的使用價(jià)值、延長(zhǎng)零部件使用壽命的技術(shù)。能直接將高等級(jí)涂層材料復(fù)合到低等級(jí)基體材料零部件表面，形成一種高使用性能的復(fù)合材料零部件，來(lái)替代整體使用較昂貴材料零部件，以較低的成本制造出采用其他技術(shù)難以制造的產(chǎn)品，是一種節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保的新工藝技術(shù)，對(duì)于提高零件的使用壽命和可靠性，對(duì)于推動(dòng)高新技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于節(jié)約材料、節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境等具有重要的意義。
例如，在火箭技術(shù)中就大量采用了先進(jìn)涂層防護(hù)技術(shù)。重要的部件包括噴管擴(kuò)散段、喉襯、補(bǔ)燃筒、鼻錐及姿態(tài)控制中的受壓部件等。美國(guó)航天飛機(jī)計(jì)劃，在全部系統(tǒng)中約有 8000 多個(gè)零部件采用了先進(jìn)涂層技術(shù)。現(xiàn)代新型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的熱噴涂零件達(dá)到 2000多個(gè)，約 3000 多個(gè)部位，另外各機(jī)型的飛機(jī)起落架避震桿都采用了長(zhǎng)壽命、高可靠性的硬質(zhì)合金耐磨抗震涂層技術(shù)。涂層技術(shù)在船舶、鋼結(jié)構(gòu)橋梁、水閘門、儲(chǔ)罐等裝備及設(shè)施上也起到重要作用。在惡劣環(huán)境下船舶等鋼鐵結(jié)構(gòu)腐蝕嚴(yán)重，在不采取防護(hù)措施的情況下，有的船舶中修換板率達(dá) 50% 以上。采用噴涂涂層技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)上制備長(zhǎng)效防腐涂層可使鋼結(jié)構(gòu)的防腐壽命達(dá)到 10年，甚至上 100 年，大大延長(zhǎng)了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)施的維修周期。但我國(guó)防護(hù)涂層技術(shù)的研究和推廣應(yīng)用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，必須加快這方面的研發(fā)步伐。
工信部：未來(lái)十年先進(jìn)涂料重點(diǎn)發(fā)展應(yīng)用領(lǐng)域
新型表面處理技術(shù)概述及其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)
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《中國(guó)制造 2025》圍繞經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和國(guó)家安全重大需求，選擇 10 大優(yōu)勢(shì)和戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)作為突破點(diǎn)，力爭(zhēng)到 2025 年達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先地位或國(guó)際先進(jìn)水平。十大重點(diǎn)領(lǐng)域是： 新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)、高檔數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人、航空航天裝備、海洋工程裝備及高技術(shù)船舶、先進(jìn)軌道交通裝備、節(jié)能與新能源汽車、電力裝備、農(nóng)業(yè)裝備、新材料、生物醫(yī)藥及高性能醫(yī)療器械。
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新型表面功能覆層技術(shù)，包括低溫化學(xué)表面涂層技術(shù)及超深層表面改性技術(shù)，它運(yùn)用物理、化學(xué)或物理化學(xué)等技術(shù)手段來(lái)改變“材料及其制件表面成份和組織結(jié)構(gòu)”，其特點(diǎn)是保持基體材料固有的特征，又賦予表面化所要求的各種性能，從而適應(yīng)各種技術(shù)和服役環(huán)境對(duì)材料的特殊要求，因而它是制造和材料學(xué)科最為活躍的技術(shù)領(lǐng)域，又是涉及表面處理與涂層技術(shù)的交叉學(xué)科。其最大的優(yōu)勢(shì)在于能以極少的材料和能源消耗制備出基體材料難以甚至無(wú)法獲得的性能優(yōu)異的表面薄層，從而獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益，它是一種優(yōu)質(zhì)高效的表面改性與涂層技術(shù)。
先進(jìn)涂層和表面處理技術(shù)研究進(jìn)展
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基于等離子噴涂的反射型激光防護(hù)涂層研究
激光技術(shù)在軍事上的主要應(yīng)用之一是以激光束作為能量載體的各種激光武器。它是利用高亮度強(qiáng)激光束攜帶的巨大能量來(lái)摧毀或殺傷敵方飛機(jī)、導(dǎo)彈和衛(wèi)星等目標(biāo)的高技術(shù)新概念武器。
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鎂合金的腐蝕特性及防護(hù)技術(shù)
鎂合金的全面腐蝕反應(yīng)描述，通常與水發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致鎂的溶解，同時(shí)形成了六方結(jié)構(gòu)的氫氧化物膜，并產(chǎn)生氫氣，鎂離子和氫氧根離子在晶體結(jié)構(gòu)中呈交替排列，造成膜的基底層易開(kāi)裂，因此，膜層對(duì)基體沒(méi)有保護(hù)作用。鎂合金全面腐蝕產(chǎn)物隨著腐蝕環(huán)境與鎂合金化學(xué)成分的不同而發(fā)生變化。
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提高鈦合金耐蝕、耐磨性的表面處理方法都在這了！
鈦合金廣泛應(yīng)用于航空航天、化工及生物醫(yī)療領(lǐng)域，但是其硬度較低，抗磨減摩性能差，限制了其應(yīng)用，因此，利用表面改性技術(shù)改善鈦合金的表面性能備受關(guān)注。通常最常用的方法是進(jìn)行化學(xué)處理或化學(xué)氧化，來(lái)提高和改善基體與涂覆層的結(jié)合力以及表面的耐蝕性能。
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鋁合金陽(yáng)極氧化與表面處理技術(shù)
鋁及其合金延展性好，可通過(guò)擠壓、軋制或拉拔等壓力加工手段制成各種型、板、箔、管和絲材。純鋁強(qiáng)度不高，但通過(guò)合金化和熱處理容易使之強(qiáng)化，制造高強(qiáng)度鋁合金，強(qiáng)度可以和合金鋼媲美。
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石墨烯水性復(fù)合防腐涂料的研究進(jìn)展
石墨烯復(fù)合防腐涂料因兼顧石墨烯優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、快速的導(dǎo)電性、突出的力學(xué)性能和聚合物樹(shù)脂的強(qiáng)附著力、良好成膜性等優(yōu)點(diǎn)，受到越來(lái)越多涂料防護(hù)工作者的關(guān)注。然而，目前石墨烯復(fù)合防腐涂料的研究主要以溶劑型復(fù)合材料為主，環(huán)保性差。
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重防腐涂料深海環(huán)境失效行為研究
本文從深海腐蝕環(huán)境特征及重防腐涂料防護(hù)機(jī)理出發(fā)，綜述了重防腐涂料在深海環(huán)境下的失效過(guò)程及特征，對(duì)深海環(huán)境下有機(jī)涂層的失效形式進(jìn)行了闡述，展望了深海環(huán)境用重防腐涂層的研究方向。
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納米復(fù)合陶瓷涂層：最強(qiáng)金屬防腐蝕涂層
世界每年因金屬腐蝕造成的直接經(jīng)濟(jì)損失約萬(wàn)億美元，我國(guó)每年因金屬腐蝕造成的直接損失高達(dá)數(shù)千億人民幣，在一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家金屬腐蝕的損失甚至占到了年國(guó)民生產(chǎn)總值的5%以上，大于各種自然災(zāi)害造成經(jīng)濟(jì)損失的總和。
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紅外隱身涂料的研究及進(jìn)展
物體溫度高于絕對(duì)零度，表面原子或分子不斷無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，由此輻射出紅外線。因此在理論上，所有物體都向外發(fā)射紅外線。紅外隱身材料包括隱身涂料、隱身篷布、隱身薄膜等材料，紅外隱身涂料由于簡(jiǎn)單易用、價(jià)格低廉，在紅外隱身領(lǐng)域占據(jù)重要的位置。
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新型熱障涂層陶瓷隔熱層材料
隨著航空技術(shù)的不斷發(fā)展以及對(duì)飛行速度，飛行距離及安全性能等需求的不斷提升，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)正在向高推重比、高效率、低油耗和長(zhǎng)壽命方向發(fā)展。高的推重比和高的燃料使用效率勢(shì)必要求提高渦輪前進(jìn)口溫度（turbine inlettemperature，TIT）。高的渦輪前進(jìn)口溫度對(duì)熱端部件提出了更為苛刻的要求。目前鎳基單晶高溫合金和陶瓷基復(fù)合材料（ceramic matrix composite，CMC）是制造發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的高溫結(jié)構(gòu)材料。
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航天裝備材料表面處理工藝技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展方向
航天裝備（如人造衛(wèi)星、飛船、火箭等）一般要經(jīng)歷地面、發(fā)射、飛行、在軌運(yùn)行等環(huán)境過(guò)程，所處的空間環(huán)境變化劇烈，非常復(fù)雜，除受到地面風(fēng)吹、日曬、雨露、地下潮氣和海洋鹽霧等影響外，還將承受包括高能電子流、高活性原子氧、太陽(yáng)紫外照射、溫度交變循環(huán)、隕石和空間碎片沖擊等威脅。所有這些不利因素都對(duì)航天裝備材料提出了苛刻的要求。
業(yè)界視點(diǎn) 更多
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李美栓：探索材料高溫氧化機(jī)理 助力熱結(jié)構(gòu)材料與防護(hù)涂層研發(fā)
隨著國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略的推進(jìn)，高端化、高質(zhì)化、高新化的產(chǎn)業(yè)體系如航空航天、能源、石油化工等等具有“三高”特點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)支柱產(chǎn)業(yè)正在迅速崛起。發(fā)展產(chǎn)業(yè)，材料先行，先進(jìn)的裝備材料是高端產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。在服役的過(guò)程中，材料難免會(huì)受到周圍應(yīng)用環(huán)境的侵蝕而發(fā)生腐蝕失效，航空發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪機(jī)葉片、工業(yè)渦輪、航天發(fā)動(dòng)機(jī)、火力發(fā)電機(jī)等的結(jié)構(gòu)材料在高溫下的作業(yè)，受到高溫氧化和腐蝕。實(shí)踐證明，高溫材料本身要做到既有好的高溫強(qiáng)度，又具有優(yōu)良的抗氧化性、抗腐蝕性能十分困難，因此需要更多深入的研究和改進(jìn)。為了全面了解高溫氧化基礎(chǔ)研究與防護(hù)技術(shù)
未來(lái)展望
表面工程技術(shù)不僅能大大延伸基體材料的應(yīng)用領(lǐng)域，而且解決了許多領(lǐng)域中材料無(wú)法滿足環(huán)境要求的問(wèn)題，在人類社會(huì)的發(fā)展或人類文明的進(jìn)步過(guò)程起著不可替代的重要作用。先進(jìn)表面工程技術(shù)是當(dāng)代材料科技、真空科技與高科技的交叉領(lǐng)域?qū)W科，成為了現(xiàn)代高新技術(shù)領(lǐng)域和先進(jìn)制造業(yè)的重要前沿之一，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮了重要作用。
我國(guó)的表面工程技術(shù)在過(guò)去的十幾年中，已取得了重大進(jìn)展，擁有自己的獨(dú)創(chuàng)和特色，部分應(yīng)用已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，但與世界發(fā)達(dá)國(guó)家相比，仍存在差距。
因此，加強(qiáng)自主創(chuàng)新，大力發(fā)展先進(jìn)的表面處理技術(shù)與涂層技術(shù)，為國(guó)家重大工程建設(shè)保駕護(hù)航成為當(dāng)前科技工作的重要任務(wù)。