专利名称：涂覆材料与被涂覆材料结合的辩证处理方法
背景技术：
材料在人们不断认识自然、改造自然，从宏观走向微观，从地球走向宇宙的不断发展进步中，随着各科学体系对其研究的着重点不同；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们基于对使用材料的保护与防腐而发展起来的，我在这里称为传统的保护性材料，而纳米材料是随着人们对未知的不断追求，对原有传统材料理论无法解释的原因，对现代技术的不断探索，不断需求而发现的。以埃(A°)和纳米是微观世界的尺度，10A°＝1nm＝10-3um＝10-6mm＝10-9m，≤1nm为微观世界。10～100nm是微观到宏观的过渡区。
涂层材料已由过去简单的宏观上的高分子化合物材料金属材料、复合材料、金属氧化物、金属化合物、无机非金属化合物、无机非金属等向微观的纳米微粒子过渡。被涂层材料由于高分子化合物各项性能的大幅度提高，已向涂层材料对高分子化合物材料的涂覆，微观的纳米微粒子材料向宏观的涂覆材料涂覆。但使用的涂覆方法，没有什么改变，涂覆方法。还是使用如电子束之高束离子镀、磁控溅射、电弧离子镀等外加压力直接涂覆等工艺方法进行涂覆。《材料科学与工程国际前沿》山东科学技术出版社，《中国材料发展现状及迈入新世纪对策》材料——人类文明的基石；英国皇家学会会员R·W·卡恩教授等主编的《材料科学与技术》丛书等，关于对提高刀具耐用性、航空发动机压气机叶片的不同的涂覆材料使用不同的涂覆方法进行的科学的实验数据准确的比较，并对涂覆后各种方法进行了客观的分析。如涂覆后的应力问题及各种材料的导热性、粘结性、抗冲蚀能力和抗异物操作能力。并提出了冲蚀是通过小粒剥离发生，EB-PUD陶瓷层的裂纹产生在其柱状晶的近表面区，并对高温合金进行三次溶炼。即真空感应以去气，电洁重熔以去夹杂，真空自耗以控制锭型与结晶的方法。
这些方法在现有飞机制造涂层技术中，并对世界的航空事业做出了举足轻重的贡献。但从材料内部分析其综合加工工艺方法的还有很大的不足。
1、真空感应去气，真空自耗以控制锭型与结晶比较好世界上完全的真空是不存在的。当型锭自耗冷却时，由于型锭从高热度虚拟真空状态进行冷却，还必然伴随着真空炉内微量气体参与的金属热氧化反应物与气体，随金属的冷缩而吸附在金属表层不规则间隙内。(金属表层不规则间隙的解释见《一种使金属表层清洁的新方法》)。这对将来飞机在高速有规律转动或其它运动所(假设是压气机叶片的背面)形式的反压差及金属内部热运动所形成的振动波的就能形成对金属表层的热动能，造成金属表层不规则间隙内的微小粒子或气体对金属涂层的气蚀、剥裂。
2、在使用离子束或其它外力涂覆时，金属表层不规则间隙内的有害气体与氧化物等是否最大可能的被清洁干净。
3、高能量的离子束冲击金属表层的涂覆材料所形成的金属碳化物与氧化物及封闭于不规则间隙的微量气体。
4、高能量的离子束对各层涂覆材料与金属表层金属加热点不同的高温持续状态所形成的应力不同。去除压力不当所形成的金属表层与涂覆材料各点应力不同，脆性与韧性不同。
5、高硬性、高耐磨涂覆材料同金属表层金属所形成的熔接应力不同(相当于焊接高炭钢)。
6、高能量的离子束，冲击的不均匀性造成部分涂覆材料只是镶嵌入金属涂层表面，没有同金属表层与其它涂覆材料熔为一体。
7、各涂覆层材料之间与被涂覆金属材料之间的热膨胀系数不同。
8、由于离子束的高能量的冲击使涂层材料面形成了一块块板式或小平面式的针孔式结构与原被涂覆金属的表面微观总体表层的波峰与波谷纹路大不相同，如同人体的内外层皮肤的弹性伸展率不同。
9、每层涂覆材料在不同点的均匀性差异较大。
10、各涂层材料之间与被涂覆金属之间没有完全形成结合力联接，而只还是被吸附力、附着力联接，被涂覆材料对涂层材料的控制大小力不匀。
11、选择涂层材料不当，如导热性材料。
12、各涂层间每层涂层厚度过厚。
因此，基体材料与涂覆材料的剥离裂纹是必不可免的。
发明方法因为本发明方法对应于不同用途的、不同场合的涂覆材料或不同的薄膜材料自身的变化不同场合或不同用途的不同的被涂覆材料的自身的变化的互为补充或互为依存或互为利用的不同的辩证处理方法。
对不同场合或不同用途的不同被涂覆材料的自身的变化。被涂覆的材料即要保证材料设计性能要求基础上。在不同场合耐酸液，或耐碱液，或耐油脂，或耐高温，或耐水，或耐高压，或耐制冷剂，或耐气候，或耐常温，或耐常压，或耐冰冻，或耐磨损，或耐振动，不同用途无液体润滑环境，食品机械的卫生环境或防尘机械，或防气体，或防老化，或防真空，或防静电，或防高速度，或防光波，或防电磁的场合，不同的金属材料，不同的非金属材料，不同的金属氧化物，不同的复合材料，不同的高分子化合物材料，其材料本身的变化而变化。用于医疗卫生方面，即要保证其材料的性能要求，也要使材料达到医疗卫生行业的国家的卫生检验标准。而对航空业来说，因为作为航天飞行的基体材料涂层或薄膜时即要有基体材料的性能要求，也要有涂层或涂膜材料同基本材料相适应的要求，更要有已涂覆涂层或涂膜的材料做为被涂覆或被涂膜基体，同新的涂层或涂膜材料相适应的要求，例如同一架飞机设计时仅要做低空教练飞行，而同经常做从高空向低空穿插飞行，同这架飞机所要求的设计基体材料与涂层或涂膜材料相互适应相结合的方法的不同。各种环境的变化来配备不同的基本材料与不同涂层材料或不同涂膜材料。
做为每一种方法对于不同的场合与不同的用途绝对的适用是永远不存在的，因为我们生存的地球环境在变，使用每项技术人的素质也在变，我在这里所要说的就是结合我们现有的材料化学技术、物理学理论、数学模型等综合各学科的优势，同我们要研究的每件事情或要做的每件物品原有的经验相结合，来尽量地保证这件事情或这件物品在使用中尽量克服原有不足的方法。
因为各种环境的不同，我知识的有限，不可能对所有的材料一一说明，现就以在背景技术中谈及的飞机压气机叶片涂装工艺来说明此方法。
由于叶片最高工作温度达到1060℃。Ni3AL叶片的空心冷却效果为300℃，还有220℃温度用涂层材料来解决。
也就是说Ni3AL的耐热性在540℃～零下30℃，零下30℃指我国东北地区机场的冬天温度(没有涉及高空的温度)，飞行设备在各国的制造性能要求上，几乎全是绝对，因为它的每一个部件或飞行操作指挥失误往往造成不估量的经济、政治、生命等各项损失。因此，制作叶基体制造技术过关的话，那么当每一点涂层保护材料剥落的话，叶片的实际使用温度就变成了760℃～零下30℃之间，这是叶片金属发生性能变化、熔化、软化，失去其作用的温度，这是不允许的。这就要求我们的几层涂层材料必须同基体材料做为互为依存、互为补充、互为利用，并在涂层的前一层失去作用时，我们的第二层、第三层……还在发挥着作用。最大可能地在飞机到达安全检修地时叶片正常使用。这就要求涂层的脱落必须保证即使脱也要一层一层从外向内脱而不是三层一块脱。就要求要每一层涂层必须耐760℃以上高温与-30℃时低温，并且上层涂层材料相对于下一层涂层材料为基体有结合力，而且均有保护下一层涂层的责任与任务。它们必须做为一个整体来实现叶片的作用。因此，在材料科学与工程国际前沿(
图11.37)附图溅射TBCS结构剖面示意图的涂层分布，并不应是下一层涂层对上一层涂层直至表面层的保护方式，且每一层涂层与其相邻两涂层的结合也不应是表面附着吸附，甚至粘结层与被保护基本叶片的粘结层的表面吸附。基体的金属表层与不规则间隙完全没有被压实堵严啮合(金属表层与不规则间隙的概念，请参阅《一种使金属表层清洁的新方法》基层与涂层，涂层与涂层之间必须保证互相啮合、联接，最大可能堵严不规则间隙。
因此，我将我的方法先说明一下。
在《一种使金属表层清洁的新方法》与《一种使金属表面涂层的附着力变成金属表层结合力的新方法》已经就通过金属的被加热，使金属发生金属内分子热动能向金属外的传递与扩散，使金属发生热胀，由于金属与吸附在金属表层的不规则间隙内的液体、气体金属氧化物、碳化物与金属的汽化温度不同，热膨胀系数不同而使金属同这些杂质粒子气化，脱离吸附，并在一定真空情况下吸走部分气化气体，靠外力冲击振动金属使残余杂质粒子同金属表层相脱离，使金属表层清洁。但金属从真空箱中取出后，还是有一定的表面灰尘与新的金属氧化物产生。这里我采用在金属温度降到80℃±5℃时直接进入，碱性溶液对Ni3AL铝合金进行氧化，并在10min左右时间清水冲净后再进行Ni3AL的钝化处理50℃以下烘干，很快进入电泳池使用1～10um的铝粉进行电泳，以形成0.04um的铝涂层。在真空加压箱，先0.5大气压加热，吸出AL粉中的部分水分子，金属叶片至100℃时加压至20个大气压，继续加温至150℃，由于的不断膨胀，使AL涂层材料不断进入Ni3AL不规则间隙，由于Ni3AL耐热温度最低为540℃就加热至530℃后保温、保压，这样AL涂层材料在Ni3AL降温、保压、冷缩过程中同叶片的不规则间隙啮合变形，产生结合力，并堵住金属表层的不规则间隙形成新的AL2O3氧化表层不规则间隙。由于电泳涂层虽然均匀，但涂层必定很薄，但这时利用AL2O3不规则间隙的热膨胀状态，开始静电喷涂MCrALY粉200um后继续降温保压至200℃，再用等离子的喷枪喷射氧化锆陶瓷表面隔热层200um，由于利用等离子压加对MCrALY粉进行再挤压。使MCrALY与氧化锆陶瓷材料互混挤粘在一起的啮合体。继续起封堵MCrALY金属不规则间隙的作用，随后在200℃保温保压5个小时消除由于等离子喷射造成的表层涂覆材料的内应力，停止加热，真空自耗出炉。
这样做可基本消除基体与AL层之间的汽液有害的碳化物等杂质，利用温度冷缩和均匀一致无高低贵贱涂装的电泳方法。即保证第一层涂层同基体材料的热膨胀冷缩一致性并与基体材料形成了稳定的结合力，为二三层涂层的结合牢固性打了基础。由于第三层电离子喷射陶瓷氧化锆是在以MCrALY涂层本身的热膨胀力，等离子外压与大气压压力的双重压力作用，而又保证了MCrALY涂层材料进入不规则间隙的材料的密度与原AL粉涂层的接合力。而氧化锆涂层在自己的喷射压与外界压力作用下，能够做到最大可能地进入MCrALY不规则间隙内，形成一个与MCrALY涂层的不规则间隙紧密接合的高密度的啮合涂层。
在保温去掉一部分内应力后，降低温度后与MCrALY涂层形成又一个堵塞MCrALY不规则间隙的啮合力，三个涂层同基体叶片紧紧联接成一个统一体。它们即互相补充自己间隙的不足，又通过上层涂层的存在而加大同下层涂层材料的接合力。并将由叶片由于有规律的热运动产生的对基体材料的振动波降为最低，减小了气蚀与剥离，同时又为最表面一层涂层失效时下一涂层的接力作用作好了准备。
此方法对塑料基体的材料也同样适用，只不过这里的加工场合与使用用途变了，真空就要变成纯净气，在国家的卫生标准要求以上，例如一次性使用真空采血针组件0.8×20mm×180mm(21G×0.75N×71N)。在非典期间，为保证非典病人的安全，又要保证医护人员有条件地尽量避免同非典病人的直接面对面的近距离的接触感染。这种采血管正常注液后病人能够在密封消毒注液口后几天连续使用。但聚乙稀塑料管的透气性也要加快采血针的变质过程，如果我们采取对采血采取电泳其它无毒高分子材料或不同的纳米材料就能够堵塞O2对采血针塑料管壁的缝隙，延长此采血管的使用寿命。
因此，本发明方法是对应于不同用途的、不同场合的涂覆材料或不同的薄膜材料自身的变化不同场合或不同用途的不同的被涂覆材料的自身的变化的互为补充或互为依存或互为利用的不同的辩证处理方法。
图1为现有技术航空发动机压气机叶片的不同涂覆材料结构图。
权利要求
1.本发明方法对应于不同用途的、不同场合的涂覆材料或不同的薄膜材料自身的变化不同场合或不同用途的不同的被涂覆材料的自身的变化的互为补充或互为依存或互为利用的不同的辩证处理方法。
2.根据权利要求1对不同场合或不同用途的不同被涂覆材料的自身的变化。被涂覆的材料即要保证材料设计性能要求基础上。在不同场合耐酸液，或耐碱液，或耐油脂，或耐高温，或耐水，或耐高压，或耐制冷剂，或耐气候，或耐常温，或耐常压，或耐冰冻，或耐磨损，或耐振动，不同用途无液体润滑环境，食品机械的卫生环境或防尘机械，或防气体，或防老化，或防真空，或防静电，或防高速度，或防光波，或防电磁的场合，不同的金属材料，不同的非金属材料，不同的金属氧化物，不同的复合材料，不同的高分子化合物材料，其材料本身的变化而变化。用于医疗卫生方面，即要保证其材料的性能要求，也要使材料达到医疗卫生行业的国家的卫生检验标准。而对航空业来说，因为作为航天飞行的基体材料涂层或薄膜时即要有基体材料的性能要求，也要有涂层或涂膜材料同基本材料相适应的要求，更要有已涂覆涂层或涂膜的材料做为被涂覆或被涂膜基体，同新的涂层或涂膜材料相适应的要求。
全文摘要
对不同场合或不同用途的不同被涂覆材料的自身的变化。被涂覆的材料即要保证材料设计性能要求基础上。在不同场合耐酸液，或耐碱液，或耐油脂，或耐高温，或耐水，或耐高压，不同用途无液体润滑环境，食品机械的卫生环境或防尘机械的场合，不同的金属材料，不同的非金属材料，不同的金属氧化物，不同的复合材料，不同的高分子化合物材料，其材料本身的变化而变化。即要保证其材料的性能要求，也要使材料达到医疗卫生行业的卫生检验标准。作为航天飞行的基体材料涂层或薄膜时即要有基体材料的性能要求，也要有涂层或涂膜材料同基本材料相适应的要求，更要有已涂覆涂层或涂膜的材料做为被涂覆或被涂膜基体，同新的涂层或涂膜材料相适应的要求。
文档编号B01D7/00GK1724705SQ20041002005
公开日2006年1月25日 申请日期2004年7月19日 优先权日2004年7月19日
发明者任连杰 申请人:任连杰