НАНОТЕХНОЛОГИЯ В БЛИЖАЙШЕМ ДЕСЯТИЛЕТИИ

Изготовление наноструктурных покрытий Э. Лаверния[52]

Термическое напыление наноструктурных покрытий представляет собой пер­спективный подход, позволяющий использовать необычные механические и физические свойства наноструктурных материалов (прочность, ударную вяз­кость и коррозионную стойкость). Число атомов на границе наноразмерного кристаллического зерна сравнимо с числом атомов внутри самого зерна. Из-за увеличения удельной площади границы количество примесей на единицу площади границы уменьшается по сравнению с крупнозернистым материалом того же состава при той же объемной концентрации примесей. Более чистая

Рис. 7.5. СЭМ-изображение морфологии обычного (а) и нанострукгурного (б) покры­тий из Cr3C2/NiCr.

Поверхность зерен обеспечивает более однородную коррозионную морфоло­гию и более высокую коррозионную стойкость вдоль границ по сравнению с крупнозернистым кристаллическим материалом.

Исследования последних лет [4,5] показали, что у наноструктурных покры­тий с размером зерен менее 100 нм происходит резкое улучшение физических характеристик (рис. 7.5). Наноразмерные кристаллические зерна не только об­ладают высокой термической стабильностью [6], но и эффективно тормозят движение дислокаций, что придает покрытиям сверхвысокую прочность и, в некоторых случаях, сверхвысокую ударную вязкость. Еще одно важное пре­имущество покрытий с наноразмерной зернистой структурой связано с умень­шением остаточных напряжений, что впервые позволило создать значительно более толстые покрытия (в отдельных случаях их толщина в четыре раза боль­ше, чем у покрытий из обычных материалов). Например, в лабораториях UCI термическим напылением при использовании высокоскоростных кислородсо­держащих струй удалось получить разнообразные наноструктурные покрытия (никель, суперсплав Ni и нержавеющей стали; СгзСг/МСг; WC/Co), которые обладают значительно большей микротвердостью, чем покрытия из обычных материалов. Увеличение составляет от 16 до 63% , в зависимости от состава га­зовой струи и метода измельчения материалов.

Потенциальные применения рассмотренных методов включают широкий спектр технологий — от термозащитных покрытий лопаток газовых турбин до износостойких деталей вращения. Прибыль от их внедрения может составить несколько миллиардов долларов в год. Развитие данной технологии наверняка коснется таких крупных и важных отраслей, как аэрокосмическая промыш­ленность (фирма Boeing Corporation), производство реактивных двигателей (фирма General Electric) и автомобильная промышленность (фирма Ford) [7].