什么是纳米涂层材料

涂层材料在我们生活中随处可见，当然最常见的还是日常生活中的，比如墙面漆、木器涂层等。但是说到纳米涂层材料，可能我们都不甚了解，不知道纳米是什么，也不知道纳米材料是什么。下面让我们来全面的了解一下吧。
什么是纳米
纳米是一种长度单位，原称”毫微米”，就是10亿分之一米。纳米科学与技术，有时简称为纳米技术，是研究结构尺寸在1至100纳米范围内材料的性质和应用。

什么是纳米材料
纳米材料是指由尺寸小于100nm(0.1-100nm)的超细颗粒构成的具有小尺寸效应的零维、一维、二维、三维材料的总称。纳米材料的概念形成于80年代中期，由于纳米材料会表现出特异的光、电、磁、热、力学、机械等性能，纳米技术迅速渗透到材料的各个领域，成为当前世界科学研究的热点。

纳米涂层材料的定义

外文名：Nanocomposite Coating

分类：复合材料

特点：无毒无味

可降解：二甲苯、甲醛

Coating既可以指涂料，又可以指涂层。
纳米涂层材料必须满足的条件：
1）至少有一相尺寸在1~100nm；
2）因为纳米相的存在而使涂料的性能有明显提高或有新功能。
科学地讲，纳米涂层材料应称为纳米复合涂料(Nano Coating)，因为涂料本身就是复合材料的一种，之所以叫纳米涂层材料，正如纳米塑料、纳米陶瓷等一样，只是一个习惯叫法而已，严格地说，也应称为纳米复合塑料、纳米复合陶瓷。 有关纳米涂料的定义和叫法需要进一步指出的是： 首先，并不是用了纳米材料的涂料都是纳米涂料; 其次，并不是性能很好就是纳米涂料; 最后，纳米复合涂料的叫法更科学，但作为习惯，叫纳米涂层材料也未偿不可。 例如，我们平时称的丙烯酸乳胶漆、水性木器漆，大多数情况下我们向客户介绍它们都是是环保涂料。因此，某种涂料确实满足了纳米涂料的两个条件，我们可以称之为纳米涂料。

纳米材料涂层的组成与体系

根据纳米涂层材料的组成将其分为三类：完全为一种纳米材料体系、两种(或以上)纳米材料构成的复合体系，称0—0复合;添加纳米材料的复合体系，称为O—2复合。
传统涂层技术添加纳米材料，可使传统涂层的功能得到飞跃提高，技术上勿需增加太大的成本。这种纳米添加的复合体系涂层很快就可走向市场展示出强劲的应用势头。
利用现有的涂层技术，针对涂层的性能，添加纳米材料，都可以获得纳米复合体系涂层。纳米涂层的实施对象既可以是传统材料基体，也可以是粉末颗粒或是纤维，用于表面修饰、包覆、改性或增添新的特性。

纳米材料涂层的功能与相关应用

1、高硬度和耐磨性
在硬度高的，耐磨涂层中添加纳米相，可进一步提高涂层的硬度和耐磨性能，并保持较高的韧性。

2、超润滑、耐高温、抗腐蚀和抗氧化
将纳米颗粒加入到表面涂层中，可以达到减小摩擦系数的效果，形成自润滑材料，甚至获得超润滑功能。涂层中引入纳米材料，可显著地提高材料的耐高温、抗氧化性。如，我司的纳米二氧化硅涂层，涂层固化后具有优秀的耐候性，出色的屏蔽效果，优良的耐酸性及耐腐蚀性，优秀的抗刮性。

3、耐候性、杀菌保洁功能
纳米材料涂层可以提高基体的腐蚀防护能力，达到表面修饰、装饰目的。在油漆或涂料中加入纳米颗粒，可进一步提高其防护能力，能够耐大气，紫外线侵害，从而实现防降解，防变色等功效;另外，还可以在建材产品，如卫生洁具、室内空间、用具等中运用纳米材料涂层，产生杀菌、保洁效果。

4、纳米材料涂层具有广泛变化的光学性能
它的光学透射谱可从紫外波段一直延伸到远红外波段。纳米多层组合涂层经过处理后在可见光范围内出现荧光，用于多种光学应用需要，如传感器等器件。在各种标牌表面施以纳米材料涂层，成为发光、反光标牌;改变纳米涂层的组成和特性，得到光致变色，温致变色，电致变色等效应，产生特殊的防伪，识别手段。在诸如玻璃等产品表面上涂纳米材料涂层，可以达到减少光的透射和热传递效果，产生隔热作用;在涂料中加入纳米材料，能够起到阻燃，隔热，起到防火作用。

5、经过纳米复合的涂层材料，具有优异的电磁性能
利用纳米粒子涂料形成的涂层具有良好的吸波能力，能用于隐身涂层。纳米氧化钛、氧化铬、氧化铁和氧化锌等具有半导体性质的粒子，加入到树脂中形成涂层，有很好的静电屏蔽性能。

由于纳米涂层材料的功能强大，相对应的，应用也就广泛。对于名字你会陌生，但是当你深入研究其中，你会发现它的强大，就像你会诧异为什么水会在荷叶上形成水珠，展现给我们的都是美好的。

      来源：南京派纳斯新材料科技有限公司  

                   纳米材料的几个特性

纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围（1nm~100nm）或由他们作为基本单元构成的材料。这是指纳米晶体粒表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。例如粒子直径为10纳米时，微粒包含4000个原子，表面原子占40%；粒子直径为1纳米时，微粒包含有30个原子，表面原子占99%。

纳米材料的基本特性

由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成，也正因为这样，纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如：其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等，这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。

1、表面效应

纳米微粒尺寸小，表面能高，位于表面原子占相当大的比例。随着粒径减小，表面原子数迅速增加。这是由于粒径小，表面积急剧变大所致。由于表面原子数增多，原子配位不足及高的表面能，使这些表面原子具有高的活性，极不稳定，很容易与其它原子结合。例如：金属的纳米粒子在空气中会燃烧，无机的纳米粒空子暴露在空气中会吸附并与气体进行反应。

纳米材料的表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。随着粒径变小，表面原子所占百分数将会显著增加。当粒径降到1nm时，表面原子数比例达到约90%以上，原子几乎全部集中到纳米粒子表面。由于纳米粒子表面原子数增多，表面原子配位数不足和高的表面能，使这些原子易与其它原子相结合而稳定下来，故具有很高的化学活性。

2、小尺寸效应

当超细微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏；非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近原子密度减小，导致声、光、电磁、热力学等待性呈现新的小尺寸效应。例如：光吸收显著增加并产生吸收峰的等离子共振频移；磁有序态向磁无序态的转变；超导相向正常相的转变；声子谱发生改变等

由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。对超微颗粒而言，尺寸变小，比表面积增加，从而产生一系列新奇的性质：

（1）力学性质

（2）热学性质

纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。

（3）电学性质

由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属――绝缘体转变（SIMIT）。利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。

（4）磁学性质

小尺寸的超微颗粒磁性与大块材料显著的不同，呈现出超顺磁性。利用磁性超微颗粒具有高矫顽力的特性，已做成高贮存密度的磁记录磁粉，大量应用于磁带、磁盘、磁卡等。利用超顺磁性，人们已将磁性超微颗粒制成用途广泛的磁性液体

3、量子尺寸效应

当粒子尺寸下降到某一值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象以及纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低轨道能级而使能隙变宽现象均称为量子尺寸效应。

量子尺寸效应直接解释了纳米粒子特别的热能、磁能、静磁能、静电能、光子能量以及超导态的凝聚能等一系列的与宏观特性有着显著不同的特性。

4、宏观量子隧道效应

微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。近年来，人们发现了一些宏观量，例如微颗粒的磁化强度，量子相干器件中的磁通量等亦具有隧道效应，称为宏观的量子隧道效应。宏观量子隧道效应的研究对基础研究及实用都有着重要意义。它限定了磁带、磁盘进行信息贮存的时间极限。

量子尺寸效应、隧道效应将会是未来微电子器件的基础，或者它确立了现存微电子器件进一步微化的极限。当微电子器件进一步细微化时，必须要考虑上述的量子效应。

纳米材料奇特的物理性能

1、奇特的光学特性：

一是宽频带强吸收：纳米粒子对光的反射率很低，吸收率很强导致粒子变黑。二是蓝移现象：纳米微粒的吸收带普遍向短波方向移动。三是纳米微粒出现了常规材料不出现的新的发光现象。

2、扩散及烧结性能：

由于在纳米结构材料中有大的界面，这些界面为原子提供了短程扩散途径。因此，与单晶材料相比，纳米结构具有较高的扩散率。较高的扩散率对蠕变、超塑性等力学性能有显著影响，同时可以在较低的温度对材料进行有效的掺杂，可以在较低温度使不混溶金属形成新的合金相。增强的扩散能力产生的另一个结果是可以使纳米材料的烧结温度大大降低。

纳米微粒物性的一个最大特点是与颗粒尺寸有很强的依赖关系。由于纳米微粒的小尺寸使其具有了一系列的奇特的物理性质，从而给纳米材料的应用打开了一个广阔的天地。

☆黑马☆ 发表于 2021-2-4 11:27
纳米材料的几个特性纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围（1nm~100nm） ...

高尖端刀具涂层

发布时间：[2019-06-02]  

1、刀具涂层

刀具涂层是在刀具基体表面利用气相沉积方法生长一层耐磨性好的难熔金属或非金属化合物而获得的。涂层刀具具有表面硬度高、耐腐蚀、耐热、耐氧化、摩擦因子小和热导率低等特性，可提高刀具寿命3～5 倍以上，提高切削速度20%～70%，提高加工精度0.5～1 级。因此，涂层刀具已成为现代切削刀具的标志，在刀具中的使用比例已越来越高。美国数控机床上使用的硬质合金涂层刀片的比例为80%，瑞典和德国车削用的涂层刀具都在70%以上， 瑞典山特维克可和美国肯纳金属公司的涂层刀片的比例已达85%以上。国外刀具涂层技术发展较早，我国涂层刀具产业发展起步较晚但进步快，专利情报分析表示， 我国涂层刀具产业1985-2015 年刀具涂层相关专利申请量有不断增加趋势。

切削加工涂层刀具切削加工涂层刀具

2、国内外刀具涂层发展趋势

瑞典是刀具涂层技术领域的先进国家，瑞典山特维克公司是高精高效切削加工领域的领导品牌， 该公司5.2 主要竞争机构的研究领域及技术特点伴随刀具技术的进步，以及现代高速高效加工和难加工材料使用日益增多对刀具材料的苛刻要求，刀具涂层材料也在不断升级更新，经历了第一代简单二元涂层--->第二代三元或四元固溶涂层--->第三代超晶格结构涂层--->第四代纳米复合结构涂层--->第五代多层梯度或者多功能涂层的发展。目前，中国科研机构刀具涂层技术的研究热点集中于超硬纳米复合涂层、纳米多层涂层、类金刚石涂层等领域，处于刀具涂层的第4 代到第5 代之间，技术先进但未完全工业化及应用于市场。国内外先进刀具涂层技术成果如下：

表1 武汉大学刀具涂层重点研究领域

表2 上海交通大学刀具涂层主要研究领域

表3 株洲钻石切削刀具股份有限公司刀具涂层重点研究领域

表4 美国钴碳化钨硬质合金公司刀具涂层重点研究领域

☆黑马☆ 发表于 2021-2-4 14:02
高尖端刀具涂层发布时间：[2019-06-02]  1、刀具涂层刀具涂层是在刀具基体表面利用气相沉积方法生长一层 ...

保护金属防止生锈的创新性涂层

发布时间：[2019-06-02]

在许多用途中，金属涂层的物理完整性与其化学屏蔽性能一样重要。为特定用途选择最佳的金属涂层需要评估具体环境的所有影响，包括热和机械条件。涂层主要经受三种类型暴露：大气、浸泡和地下暴露。大气暴露、浸泡和地下暴露之间的主要区别是耐候性。

暴露于大气的涂层必须忍受各种条件，包括加热和冷却、氧化、润湿和干燥。浸没条件下的涂层主要受到水溶液的影响，从纯水到高浓度的各种化学品溶液。在地下用途中使用的涂层必须能耐地下水和土壤的影响，因此它们通常比大气环境条件下或浸泡条件下的涂层施涂得更厚。

一般情况下，腐蚀性环境包含多种活性物质，涂层必须能耐各种氧化剂、溶剂或两者的组合造成的渗透。因此，最好的屏障是能抵抗“宽范围的”腐蚀。

　防腐涂料市场，像许多其他成熟市场一样，要受到长期经验的老观点的影响。大多数“老防护”工程师坚持认为防腐蚀涂层必须是富锌的，这才是有效的。事实上，几十年来，锌已经成为船舶、桥梁、钻井平台、飞机塔和许多其他用于海洋、工业和农业用途中的结构防腐蚀的黄金标准。

锌生产容易、价格较为便宜，但易受磨损和化学侵蚀。尽管锌可以作为良好的阴极保护剂，氧化锌是可渗透的并且会从希望保护的金属上流失。近年来，研究已经表明了与锌相关的严重的环境风险，因此对于替代品的需求在不断增长。这导致了多层环氧涂层和填充锌的常规聚氨酯涂料的出现，来缓解和控制腐蚀。然而，市场接受滞后。与费力的表面处理和需要施涂多道催化层所需要的时间相关的麻烦已经形成了阻力。此外，关注环境影响的企业会犹豫，这是因为许多这类涂料替代品还含有锌及其他对人体有害的成分。

Rust Bullet公司已经创建了一种新型解决方案来处理造成腐蚀的所有原因，并防止进一步的损坏作用。基于新型化学品，新涂层使用湿固化的聚氨酯渗透锈层和使锈脱水，直到到达下面的金属表面，而不是对含锌涂膜或者不含锌的树脂层下的金属进行简单的保护。使用由氧化铝制成的金属薄片，在树脂基体中形成了一种金属薄片保护性微层。当涂料固化时，这些金属薄片定向排列形成一层铠甲，能强化涂层和对底层金属起物理屏蔽作用。

如何做到这一点？

在很多方面，铝比锌作用好。氧化铝不易渗透且比氧化锌生成的膜更致密。生产铝比生产锌需要更多的能源，因此使铝氧化比使锌氧化需要的能量更多。使用RustBullet涂层的2型铝钢带的每一面都能耐大气腐蚀，并且是工业环境中涂锌的板耐久性的5倍。涂漆钢板的典型用途包括工业和商业屋面、铁路岔线、干燥炉、筒仓顶，户外照明灯具和空调的外机外壳。

聚氨酯也发挥了重要作用。Rust Bullet采用一种芳香族聚氨酯，但具有脂肪族性能。脂肪族和芳族涂料的不同在于配方中使用的多元醇和异氰酸酯的种类不同，因此，它们在大气条件下的稳定性也显著不同。

脂肪族涂料是户外保护用途的优先选择，因为当它们暴露于紫外线、风化作用和水解条件下时非常稳定。配制脂肪族体系时使用的原料一般都较昂贵，并且具有比其芳香族同系物更高的黏度。

芳香族涂层比脂肪族涂层更耐热和耐化学介质。芳香族涂层不能很好地经受大气暴露，因为紫外线会导致黄变和粉化。

由于聚氨酯涂层的交联密度（短链和支化），它具有较高程度的耐化学介质和耐湿性，以及优异的附着力。这些性能使聚氨酯涂料定位为保护金属免受腐蚀的最佳选择。由于在这些领域弹性体涂层的性能并不很好，他们在耐磨性、耐冲击性以及保护比金属（如混凝土）具有更多伸缩运动的基材方面更为优异。Rust Bullet涂层显示有优异的柔韧性、耐冲击性和耐磨性（图1）。

保护金属防止生锈的创新性涂层

Rust Bullet不是一种普通意义上的涂料。除了通过轻轻刮擦或刷动来去除大的片状松锈，它无需对底材进行处理。当施涂时，涂料不会立即形成涂膜，而是穿透多孔的锈层到达下面的金属。它通过化学活性来使腐蚀层脱水或干燥，允许树脂固化成坚韧的涂层，具有惊人的附着力。

树脂基质中腐蚀颗粒缠结在一起，成为涂层的一个永久部分。后面涂层会填补第一层中的任何针孔，从而形成坚不可摧的涂层。特种铝层形成一种新的表面，能保护基材免受腐蚀侵蚀，也用作牺牲阳极。聚氨酯组分提供湿气屏障。当固化时，聚氨酯会捕捉脱水的锈层，使其成为树脂基体的一部分——从而永久地将锈除去。将所有组分结合在一起，Rust Bullet变成了无腐蚀、阻燃、耐化学腐蚀、耐紫外线的盔甲般的涂层。

施工工艺

Rust Bullet是一个单组份工艺，在2至4小时内，最初的涂层就可接受任何后续涂层。虽然Rust Bullet不需要用催化剂固化，通过使用Rust Bullet RapidFire加速器可使固化加速高达80％。如果期望的是彩色而不是金属灰色，面漆可以在最后的涂层施工24至48小时之内施工。该涂层继续固化约5至7天。环氧涂料一般需要7-10天完全固化，并使溶剂挥发掉，某些甚至要求强制固化。

由于聚氨酯固化期间反应的放热性质，涂层几乎可以在任何环境温度下固化，即使在寒冷的季节。环氧涂料要求固化温度高于50°F。

如果施涂不正确或者表面处理存在问题，Rust Bullet涂层在其失效时具有几乎立即“自我检查”的独特功能。因此，聚氨酯涂层可在施工后立即检查，任何缺陷将是可见的并且可以快速补救。而使用环氧涂层不是这样，它们需要延长的固化时间和多步工艺来进行补救。环氧涂料破坏后的补救工作属于劳动密集型的，需要在裂口外部进行大面积的修补。Rust Bullet涂层很少有裂口，并且当其发生时，裂口非常容易修复，只要通过简单的刮擦和涂覆额外的产品即可。

多组份环氧涂料施工时需要精确的混合比例来避免涂层缺陷和破坏。而使用Rust Bullet涂层不存在这一问题，因为是单组份的，一步完成多道涂层的工艺。

涂覆在军用车辆上的RustBullet涂层

保护金属防止生锈的创新性涂层

涂覆在军用车辆上的RustBullet涂层

保护金属防止生锈的创新性涂层

如果期望的是彩色而不是金属灰色，面漆可以在最后的Rust Bullet涂层施工24至48小时内施工

保护金属防止生锈的创新性涂层

野马牌汽车的底部有显著的腐蚀

保护金属防止生锈的创新性涂层

涂覆Rust Bullet涂层后的情况。除了通过轻轻刮擦或刷动来去除大的片状松锈的，该涂层无需对底材进行处理。

除防腐蚀保护作业外，该涂层还有更多的优点：

不含铅、锌、铬酸盐或重金属；

可承受高达325℃的高温持续长达72小时而无明显降解现象；

火灾蔓延指数为0，烟形成指数为0.5；

通过了美国食品药品管理局批准，可用于一级和二级饮用水储存或搬运设备；

封装模具，防止微生物的进一步生长；

耐紫外光、耐石击、耐划伤和耐化学介质；

可以用一步多道涂层工艺施工。

结论

Rust Bullet涂层已经通过独立实验室测试和大学研究，被证明是一种有效替代不利环境的富锌防腐产品的替代品。它可广泛地用于许多用途，如汽车、石油和天然气、船舶和建筑行业。通过保护金属，它能确保设备和财产具有更长的使用寿命，提高了结构的完整性，有助于保持产品的性能价值。

作者：位于美国内华达州里诺的Rust Bullet公司

感谢分享，受益匪浅

感谢分享