涂料的大跨步：纳米粒子技术的进步和冷喷涂您是知道的，腐蚀是需要付出昂贵代价的。无论您是在谈论故障成本、检查和维修成本，还是更换费用，这些成本加起来高达数十亿元。据估算，腐蚀预计在年给美国经济造成超过1万亿美元的损失。这就是为什么涂料经常应用在金属和非金属基材，用来防止腐蚀性电化学和化学反应导致材料劣化。由于法规要求的变化以及工作环境的严峻性，人们一直需要开发耐用、经济、安全和环保的新型涂料。
涂料生产商们一直在努力开发新产品以应对这些日益严峻的挑战。目前的趋势与先进的无磷表面预处理、硅烷的开发和涂料系统中的纳米颗粒有关。冷喷涂技术也正在开发中，以替代热喷涂，用来提高表面强度和防腐蚀保护。智能涂料也正在开发中，它可以感应腐蚀性物质的PH值并及时释放抗腐蚀化学物质以抵抗腐蚀物质的渗透。
涂层提供的防腐蚀保护的评估标准在于：
涂层对基材表面的附着力
层的凝聚力
薄膜厚度和均匀度
热稳定性
化学稳定性
涂层的机械强度
耐磨性
孔隙率
或者其他具体的要求
在这些标准里面，良好的表面清洁和调节准备过程对于确保不同涂层与基材表面的牢固附着力是至关重要的。
我们了解下水性涂料
水性涂料正越来越多地取代一些溶剂型涂料，因为它们更安全、更环保。它们通常被称为转化涂层产品。除了开发新的涂层以最大限度地减少表面劣化外，专家们还专注于改进基材表面清洁和预处理工艺。钛、钒、硅和锆基化合物与聚合物的使用提高了预处理效果。许多汽车制造商已经成功地将一些使用锌磷化的预处理工艺替换为使用具有纳米级锆化合物颗粒的陶瓷产品以及许多其他更环保的有机材料的预处理工艺。
在某些情况下，涂层可能会通过与腐蚀性物质的反应而不断消耗。当涂层用作牺牲阳极时，例如钢上锌层的情况，可以通过尝试使用锌-铝以及锌-镁合金作为涂层来进行改进。同样，已经开发并测试了无机和有机树脂基、富含锌镁的油漆和涂料，以保护钢铁和其他金属基材。
许多有机涂层为抵抗腐蚀性物质的侵蚀而提供了强大的保护，并防止离子从腐蚀性物质转移到基材。在这些应用于金属基材的阻隔型聚合物涂层中，渗透性成为关键问题，因为夹杂物和涂层损坏会导致腐蚀物质到达基材。
过去，为了保护金属免受腐蚀，主要是铅和铬酸盐腐蚀，抑制剂已被广泛用作底漆。然而，由于监管限制，正在开发新的缓蚀剂并针对各种应用进行测试。含有硅酸盐、磷酸盐和钼酸盐的缓蚀剂已被大量用于替代铬酸盐和铅。
热纳米喷涂涂层
几十年来，碳化钨/钴(WC/Co)热喷涂涂层已被用于设备和部件表面的腐蚀保护。近年来，研究人员正致力于开发纳米材料和喷涂工艺，以在基材上沉积陶瓷与金属的纳米结构复合材料。纳米粒子涂层的优点包括高腐蚀保护和磨损保护，同时保持良好的断裂韧性的优势。纳米结构的WC/Co颗粒在实验室中使用晶粒生长抑制剂和合金添加剂进行加工，并用作热喷涂原料。
工业纳米结构粒子涂料
机器零件需要有效的表面处理，以使其能够在各种腐蚀性环境下工作。在某些情况下，纳米颗粒由于质量非常低而不能用于热喷涂。它们不能被直接携带在高速气流中以均匀地沉积在部件表面上。
一些工艺已获得专利，可首先将纳米颗粒转化为球形颗粒，并在它们靠近表面时在飞行中复制更小的纳米颗粒。这些纳米涂层显示出更高的粘合强度、耐腐蚀性、韧性和耐磨性。用于腐蚀和磨损保护的纳米颗粒原料包括碳化钨/钴（WC/Co和氧化铝/氧化钛（Al2O3/TiO2）。后者被美国海军以及民用应用所使用
用智能涂料代替六价铬
尽管存在健康和安全问题，六价铬一直是金属工业用于防腐蚀的主要方式。但是今天的安全、健康和环境因素禁止使用六价铬。研究人员现在正在用多功能和智能纳米粒子涂层代替被动的防护涂层，这种涂层可以感知腐蚀介质并释放抗腐蚀成分。一些纳米结构颗粒涂层可以修复受损涂层，从而确保保护继续有效和耐用。
智能纳米粒子涂层具有许多基本功能，可确保腐蚀传感和愈合能力。颗粒感知外部刺激并对其作出反应，例如PH值的降低、涂层完整性的变化或腐蚀电位的变化。多层涂层中的纳米结构颗粒在其整体结构内发生反应，触发愈合过程。
研究人员现在已经设计出用于腐蚀保护和磨损保护的涂层逐层沉积的先进技术。在这种方法中，腐蚀抑制剂和聚电解质沉积在预处理的基材上。
在德国，马克斯普朗克胶体和界面研究所的科学家声称，他们的先进涂层基于聚电解质，对腐蚀性介质的PH值敏感。它们夹在聚合物纳米结构网络中的抑制剂中。这些先进的涂层显示出自修复特性，对金属基材（例如用于飞机的铝合金）具有持久的腐蚀保护作用。
该技术在汽车、海事以及石油和天然气管道领域具有潜在应用。这种先进的系统不仅可以作为腐蚀介质的屏障，还可以感知多层涂层由于腐蚀反应而发生的内部结构变化，并响应变化来修复损伤并防止进一步的损伤。自愈能力由聚电解质的流动性提供。
使用的工艺是对基材（铝合金）表面进行超声波预处理，并精确沉积厚度小于5至10纳米的带相反电荷的抑制剂和聚电解质纳米颗粒层。这些智能多层涂层提供基材的钝化以及自修复功能和PH缓冲。
冷喷涂涂料
冷喷涂使用高速惰性气体喷射来加速指向基材的细粉防腐材料颗粒。颗粒在低于金属熔化温度的温度下发生塑性变形。该技术通过将粉末加速到非常高的速度（至m/s），将各种金属、复合材料和其他粉末（例如陶瓷粉末）应用于金属基材。在撞击到基材表面时，粉末颗粒很容易变形并粘附在表面上，从而与基材形成牢固的结合。额外的颗粒继续撞击固体表面，从而形成厚涂层。
在该技术中，可以将各种耐腐蚀和耐磨粉末组合用于给定基材。复合冷涂层已应用于钢、铜和铝的合金。添加到粉末中的一些延展性内容可以实现基本的塑性变形过程。
冷喷涂工艺已被开发以进一步提高金属和复合材料的耐腐蚀性和其他基本功能能力。已经观察到，与母材所显示的性能相比，正常的热喷涂技术导致涂层的功能性能较差。由于夹杂物、飞行中的氧化以及高温下的重熔，热处理过程可能会受到影响，从而导致由于相互连接的孔隙而导致早期腐蚀恶化。冷喷涂可产生更接近母材性能的有效涂层。研究表明，碳化钨等耐腐蚀和耐磨材料可以冷喷涂在各种材料表面上。
冷喷涂产生的涂层具有孔隙率极低和硬度更高的优点与热喷涂相比。它们确保颗粒具有更强的基材附着力和内聚力，从而形成更硬的表面。在提供腐蚀保护和耐磨性方面，相对较薄的冷喷涂层与较厚的热喷涂层一样有效。此外，这种新方法对于原位工作和修复以及维护非常方便。这种方法已被尝试用于镁和铝合金等敏感材料的腐蚀保护和修复。硬铬沉积工艺现在正被WC-Co粉末的冷喷涂所取代。由于美学优势，冷喷涂在建筑应用中具有很高的潜力。它也有医疗应用。
铝合金冷喷涂在石化和石油和天然气工业中作为防腐涂层具有潜在的应用。钛、铌和镍合金也可用作防腐冷喷涂。防腐铝锡合金涂层可涂在汽车和航空航天领域的无铅轴承和部件上。美国军方尝试了以下冷喷：
钢和铝基材上的镍涂层
铝上钽
军用掩体门框铝锌铜锡
高海拔电磁干扰屏蔽（其他工艺不太可能）
用于屏蔽电子信号的逃逸
用无孔铝复合材料涂层密封接头
用于弹药箱的耐磨涂层
用于恢复桅杆支架
用于武器系统
用于变速箱外壳
用于直升机环林维修
冷喷涂工艺导致涂层中更高的布氏硬度和更低的氧含量。它可以通过简单的排列形成复杂的几何形状。
聚合物涂料中的纳米颗粒
纳米技术现在正在帮助涂料行业生产更有效的环保产品。在树脂中添加纳米颗粒有助于显着提高耐腐蚀性。与传统颜料相比，这些额外的纳米颗粒在涂层表面的更大表面活性有助于吸收更多的树脂。粘土作为纳米颗粒显着增强了基材的腐蚀保护。
分散在环氧树脂体系基质中的二氧化钛(TiO2)纳米颗粒可减少腐蚀磨损和摩擦滑动和滚动磨损。然而，在许多情况下，需要稳定剂来提高相容性并减少与配方中其他成分的化学反应。（在文章3关于二氧化钛腐蚀预防的真相中了解更多关于使用二氧化钛的信息。）
纳米填料还可以改善：
耐刮擦
热稳定性
抗辐射性
防止磨损变质
由于它们的低渗透性，它们还可以减少水分的进入。
纳米粒子涂料应用
具有分散在其中的粘土纳米粒子的聚合物涂层，当应用于冷轧钢表面时，提供比任何普通环氧树脂涂层更有效的耐腐蚀性。这些纳米粒子分散涂层在桥梁和其他室外结构上的成功现场试验通常暴露在恶劣的工作环境中。
具有埃洛石粘土、锌、SiO2和Fe2O3纳米粒子的单独分散体的环氧涂层在室温固化的钢表面上成功地进行了试验。对涂层测试项目进行盐溶液浸泡测试。这些纳米粒子对涂层钢表面的腐蚀保护的有益作用已得到明确证实。更好的涂层微观结构改善了涂层的机械性能以及耐腐蚀性。
氧化锌纳米颗粒已被用于汽车工业的涂料中。这种氧化锌纳米粒子的分散体可以吸收紫外线并阻止其在内层发生反应，从而保护涂层并提高保护寿命。对于汽车涂料生产商而言，这降低了维修和维修成本。
涂层暴露在紫外线下会被氧化，最终导致剥落，削弱保护屏障。在气候条件变化和暴露于腐蚀性物质的过程中，涂层无法提供稳定的保护。氧化锌纳米粒子可快速吸收紫外线并保护涂层免于变质。
涂料生产商已开始技术合作，以开发和部署用于防腐涂料应用的纳米技术。由于这种合作，已经开发出用于钢的基于二氧化硅的无锌薄膜卷材涂层。
已开发出供飞机制造商使用的基于氧化铈的涂层。铈基涂层在用于制造飞机的铝合金上表现出良好的粘附强度。氢氧化铈和氧化铈相采用常规的表面处理方法沉积，取代了部分地区受法规限制的传统铬酸盐涂层。