工業(yè)生產(chǎn)及生活中，大多數(shù)零件的表面是最易遭受破損的部分，從而導致失效，而在逐步走向工業(yè)4.0的今天，各種生產(chǎn)設備、零部件等對其表面性能的要求越來越高。若所有部件均采用性能優(yōu)異的材料，來提高整個機械結構的表面性能，這是顯然不科學也不具有現(xiàn)實意義的，因此研究材料的表面性能成為在生產(chǎn)和科研方面均具有重大意義的研究方向。

納米氧化鋁

來源：宣城晶瑞

其中，涂層技術已經(jīng)成為表面防護領域中最廣泛應用的技術之一，它不僅根據(jù)不同材料所具有的各項性能賦予產(chǎn)品表面各種功能，而且適用于不同形狀的產(chǎn)品表面，操作簡單，而且在產(chǎn)品零部件上具有不同性能的功能涂層可被廣泛應用在不同環(huán)境條件中，如磨損嚴重，高溫高壓，潮濕環(huán)境等，解決了本身零件缺陷問題，增加了產(chǎn)品在不同環(huán)境下的使用率。

其中，氧化鋁因其良好的化學穩(wěn)定性、耐腐蝕性和熱穩(wěn)定性而廣泛應用于表面防護領域。

目前，制備氧化鋁涂層的方法較多，采用的設備儀器和制備條件各不相同，如熱噴涂法、電子束蒸發(fā)、氣相沉積、磁控濺射、陽極氧化法以及溶膠-凝膠法等。

熱噴涂法

熱噴涂技術能夠在金屬、陶瓷、玻璃、塑料等基底上產(chǎn)生微米級甚至納米級的氧化鋁涂層。每個熱噴涂過程包括利用噴嘴中的熱能，熔化和加速顆粒（溶液）向基板方向運動，此時熱能轉化為氣體流動的動能，并在膨脹過程中將能量從氣體轉移到顆粒（溶液）上。當它們撞擊到基板后，顆粒（溶液）的動能和熱能轉化為粘性變形功和表面能，顆粒（溶液）以極高的淬火速率擴散和凝固。一次又一次，它們形成連續(xù)的沉積物。

熱噴涂原理示意圖

根據(jù)熱源不同，熱噴涂主要分為等離子，火焰，電弧，以及冷噴涂。各種熱噴涂過程的原理十分相似，但每一種熱噴涂方法都有其優(yōu)缺點。

各種熱噴涂技術的特點

電子束蒸發(fā)法

電子束蒸發(fā)法是一種采用真空蒸發(fā)工藝鍍膜的方法，在真空條件下，使用電子束將噴涂的材料進行高溫蒸發(fā)處理，并向需要噴涂的基底輸運，通過冷水環(huán)境調節(jié)，使加熱的物質凝結形成涂層的方法。在制備氧化物薄膜方面很有潛力的技術，該技術通過調控自身溫度和氧氣壓力等條件控制噴涂涂層的化學組成與形貌結構，其優(yōu)點是可在較高的沉積速率下快速制備出薄膜。但在電子束加熱裝置中，為了使其快速冷卻凝結成涂層，會將被加熱的物質放置于冷水中，而潮濕的環(huán)境會影響涂層的結合力，從而影響整體的質量。

氣相沉積法

熱噴涂等半熔融處理方法容易產(chǎn)生多孔的、噴濺狀的厚涂層，限制了其應用范圍。氣相沉積法能夠生產(chǎn)具有原子或納米級結構控制的高純涂料，并具有較低的加工溫度。化學氣相沉積(CVD)過程包括氣相中的均相反應或在加熱表面附近發(fā)生的非均相化學反應，分別導致粉末或薄膜的形成。物理蒸發(fā)沉積(PVD)可以在相對較低的溫度（小于500℃）生產(chǎn)涂層。因此，PVD不會破壞材料基體的力學性能。此外，PVD由于不像CVD那樣涉及復雜的化學反應，對環(huán)境沒有傷害，符合綠色生產(chǎn)的理念。

溶膠凝膠法

溶膠-凝膠法要求較低的加工溫度，從而制備高純度的氧化物陶瓷涂層。將Al2O3粉末分散在硅溶膠-凝膠溶液，然后浸涂在基體上，所得到的涂層呈復合微觀結構，其中晶態(tài)氧化鋁顆粒通過非晶態(tài)硅相相互連接，硅基質使涂層與基體具有良好的粘結性。

磁控濺射法

磁控濺射法是指將靶材上的原子或分子通過蒸發(fā)或濺射出的磁控濺射工藝，然后濺射出的物質沉積到基底上形成涂層的方法。磁控濺射法由于磁控反應不同又分為射頻反應磁控濺射法和直流(交流)反應磁控濺射法。

陽極氧化法

陽極氧化制備技術是近年來符合綠色環(huán)保理念的制備工藝，屬于軟溶液制備技術的一種，這種方法可以制備出孔徑可控，有序的氧化鋁薄膜。應用此方法制備出的薄膜材料可以用作一維納米材料的模板，并且應用于微過濾器的過濾膜。同時還可以用于制備不同性能的納米級電器件，如光學、電學、磁學。陽極氧化法制備技術具有控制薄膜形貌結構、薄膜沉積速率、耗能小、綠色環(huán)保及設備儀器等明顯優(yōu)點。

參考來源：

[1]熊璇玥.等離子噴涂納米及微米氧化鋁涂層的制備與性能研究

[2]蒲夢園.氧化鋁涂層的制備及研究

[3]葉凱旋.Al

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復合陶瓷涂層的制備及其性能研究

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