智能涂层是一种结构化涂层系统，可对某些外部刺激做出最佳响应。它们对外界条件（如温度、应力、应变或环境）有选择性地作出反应。 智能窗口智能窗是智能涂层行为的一个极好例子。窗玻璃的窗格玻璃涂有热致变色材料，其热反射率随玻璃温度的变化而变化。因此，车窗可根据环境温度从吸热切换到热反射。在玻璃上涂上一层化合物，如V1 - x注x02.通过添加高达7at%的铌，允许金属-绝缘体转变从64°C降至-4°C，如图1所示。高于此转变温度时，涂层能够反射来自太阳的红外辐射，从而确保商业建筑内部在夏季不会过热，作为应用示例。然而，在冬季，涂层可传输红外线，确保良好的热效率。
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图1。由于金属-绝缘体过渡温度随x in的变化，热致变色涂层可用于设计智能窗口(顶部)v1 - x注x02.(底部)。 |
热镜智能涂层的另一个例子是用于制造“热镜”的波长选择涂层(图1，下)。透明覆盖层被涂上铟锡氧化物(ITO)或多层TiO2.-Ag-TiO2.涂层这两种涂层对阳光中的主要波长都有很高的透射率。玻璃上的0.3µm ITO涂层为0.4-1.1µm波长提供超过80%的透射率。厚度为18nm的Ti02.-Ag-TiO2.多层涂层具有0.3-0.65µm的窄透射带，但在反射长波红外辐射方面更有效。超过95%的波长被反射，而ITO涂层在2µm波长下的反射率为70%。通过将这种涂层盖板与吸热器结合，可以保持热量，从而限制在更高波长下的再辐射。 通过这两个概念的结合，应该能够生产出智能窗户，在夏季反射太阳能，但在冬季传输太阳能，同时限制低品位、长波热的再辐射。对于双层玻璃窗，可在外窗格玻璃上涂覆铌酸钒涂层，同时在内窗格玻璃上涂覆氧化铟锡或多层Ti02.-Ag-Ti02.涂层 这两个例子说明了智能涂料的一些基本概念。涂层本身并不智能，在设计由微传感器、微处理器和微执行器组成的主动智能系统时，它们没有内置的智能，这些系统提供预先编程的响应。它们的智能行为源于固有涂层性能的科学组合。作为一种特性，智能性取决于涂层设计师。正是通过巧妙的涂层设计，“智能涂层”才能适应周围环境的要求。 梯度功能材料亚博网站下载在耐腐蚀和耐磨领域，功能梯度材料可用于制造智能、环境耐受涂层。功能梯度材料承认，部件表面或接口处的性能通常与大部分部件所需的性能不同。亚博网站下载理想情况下，这只能通过选择替代表面或界面材料来实现。然而，新表面合金的选择增加了进一步的界面，可以再次进行优化。最终结果是多层或连续分级表面处理，提供最佳性能。这一功能梯度结构的使用提供了智能涂层的概念，最好的例子说明了这一点。
在许多应用中，材料暴露在腐蚀和磨损的组合中。亚博网站下载由于当地环境条件的变化，不同的降解机制可能发生在组件的表面和作为一个时间的函数。因此，任何组成和结构均匀的单一涂层都不能提供最佳解决方案。不可避免地要做出妥协，以抵御各种环境条件的影响。食品加工行业中使用的双螺杆挤出机筒的涂层是可变磨损/腐蚀条件的一个很好的例子，因为在挤出机筒上运行的降解机制总是取决于所使用的产品、成分和相关工艺参数。降解机制可能包括腐蚀、表面疲劳、磨料和粘着磨损，这些过程的大小沿长度和桶形周围都是变化的，如图2所示。为了应对这种复杂的攻击，克兰菲尔德大学和APV Baker合作设计了一种结构化涂层。该涂层由粉末冶金和HIP生产，其结构和成分通过涂层厚度和横向变化，以适应当地的环境条件。外层含有碳化钨和各种碳化铬在镍铬合金基体。通过改变碳化钨、碳化铬的比例和镍铬基体的局部成分，可以设计出所需的耐磨性和耐腐蚀性。 The graded inner zone ensures compatibility with the steel substrate.
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图2。典型的双螺杆挤出机降解机制。 |
智能覆盖涂层最后一个例子研究了用于工业燃气轮机的智能覆盖涂层的制造。这是Link表面工程项目下的一个新资助项目，涉及克兰菲尔德大学、伯明翰大学和由扩散合金有限公司领导的英国工业联盟。其概念是使用等离子喷涂和化学气相沉积(CVD)相结合的功能梯度涂层的开发，可以自适应地响应工业燃气轮机内部的腐蚀侵蚀模式。这是通过设计一个分级涂层系统来实现的，该系统可以形成用于高温保护(900-1200°C)的氧化铝鳞片，但铬和/或硅鳞片可以在较低的温度(650-800°C)下对抗II型热腐蚀。这是腐蚀侵蚀的模式，加上分级涂层结构，允许这种适应性反应。 在750°C下绘制的腐蚀图表明，最佳设计要求涂层成分剖面在整个涂层中变化，以提供在涂层表面生长稳定氧化铝鳞片的合金。在这些之下，成分变化为更耐II型腐蚀的合金。正是11型腐蚀腐蚀模式使这种功能梯度涂层展现出智能概念。 总结智能涂层概念在建筑窗户、食品加工和工业燃气轮机等三个不同的工业部门中的应用已得到说明。这些并不是唯一的例子。材料和新型涂层处理技术的智能组合正被用于制造大量体现智能概念的涂层系统。可以设计多层金属陶瓷结构，以提供最佳耐磨性和耐腐蚀性。层厚度的设计应确保陶瓷层不会断裂，金属层提供增强的韧性。新型热障涂层正在开发中，其具有纳米工程结构，可提供良好控制的热导率和应变容限。主动和被动传感器和执行器正在使用纳米工程和涂层技术制造。亚博网站下载 在科学文献中，有许多材料具有“智能特性”。这类材料要求性能发生变化，这种变化很容易受到局亚博网站下载部环境变化的刺激，如温度、应力、应变或化学势。一些例子包括金属-绝缘体转变、热致变色材料、非线性电介质、压电材料、铁电材料、马氏体相变、形状记忆合金以及可逆氢化物形成用于热/能量储存。这些只是几个例子。它们在智能涂料中的应用要求仅确定社会或商业需求。 |