[01366564]金属材料表面的纳米仿生改性技术开发

“金属材料表面的纳米仿生改性技术开发”是吉林大学地面机械仿生技术教育部重点实验室承担的吉林省科技发展计划项目。课题根据仿生学的原理，借鉴牙齿、竹子等天然生物复合材料的微观结构，采用两种方法制备仿生梯度纳米复合层，（1）激光熔覆法：将纳米涂层材料按设计的配比涂覆在基体材料上，用激光束作为热源，使涂层材料与基体材料结合，形成耐磨梯度纳米复合层。（2）复合电沉积法：在电沉积过程中，通过控制电镀过程中的电流密度、镀液成分及镀液中纳米陶瓷颗粒的浓度，在基体表面形成耐磨梯度纳米复合层。激光熔覆后材料从表面起依次分为熔覆层、界面结合区、基体区三个部分。熔覆层区组织致密、与基体形成良好的冶金结合。熔覆层硬度由表及里梯度减小，最外层显微硬度较基体提高了4～5倍左右。磨损试验表明，熔覆层耐磨性显著提高。复合电沉积后，仿生梯度纳米复合涂层显微硬度由底层的100Hv左右逐渐增加到表层的600Hv左右，呈梯度变化。耐磨性测试表明，复合涂层耐磨性大大提高，大约为灰铸铁的2倍左右、为粉末冶金材料的3倍左右。铸铁和粉末冶金材料基体表面仿生梯度纳米复合涂层与水的润湿角均增大，达到97～105度，产生一定的憎水性。该研究成果将仿生技术与纳米表面改性技术有机地结合起来，赋予金属材料表面耐磨憎水梯度功能层，使金属材料表面组织更致密，晶粒更细小。研究成果达到该领域国际先进水平。该项技术操作简便，工艺稳定，安全可靠，能大大改善铸件、粉末冶金件以及其他表面组织不致密的金属材料表面质量，提高表面硬度及耐磨性能，对开拓铸件、粉末冶金件应用领域，提高铸件、粉末冶金件使用寿命均有重要意义。另外，由于电沉积法纳米表面改性层具有憎水性，在不粘表面等领域也有广阔的应用前景。