本文讨论了通过激光处理用硅氮烷和其他金属镀铝的问题。与传统工艺相比，所得硅氮烷涂层铝基材提高了硬度，适用于磨损保护。
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纯铝或合金铝的刚度和比强度使其适合用作制造结构部件的潜在原材料。然而，由于铝的低表面硬度和耐磨性，其寿命会缩短。尽管使用基于前体的涂层在炉中进行陶瓷化是提高刚度的最合适方法，但其应用仅限于耐高温基材。
铝表面涂层高比强度和刚度是在航空航天和汽车工业中设计轻质结构部件的先决条件。在众多材料中，铝及其合金符合这一标准。
虽然表面涂层是提高铝的耐磨性和表面硬度的一种经济有效的方法，但它必须在低于 200 摄氏度的温度下进行涂层，以防止其降解。很少使用的涂层方法包括物理气相沉积 (PVD) 工艺。钛 (TiN) 和铬 (CrN) 的氮化物通常涂在铝上。虽然 PVD 涂层是薄层，但热喷涂会产生厚而耐磨的涂层。
聚合物衍生陶瓷 (PDC) 技术是一种替代技术，可生成坚硬且耐热的陶瓷涂层。PDC 技术是一种简便的涂层方法，可以通过喷涂、旋涂、浸渍或使用刮刀进行应用。
铝上的硅氮烷涂层在《国际陶瓷》杂志的一项研究中，作者报告了通过激光处理的陶瓷涂层铝。陶瓷涂层由 3 mol% 的氧化钇稳定氧化锆 (ZrO 2 ) 和铝填料组成。ZrO 2填料增加了涂层厚度并改善了机械性能。与其他陶瓷相比，ZrO 2具有较高的热膨胀系数(CTE)，从而减少了涂层与基材之间的热失配。添加铝薄片增加了激光吸收并改善了激光辐射到涂层表面的转换。此外，铝是一种低熔点成分，可降低涂层系统凝固过程中的应力。
作者预计，所研究的涂层系统的激光热解在铝等低熔点基材材料上具有耐磨性的潜力。由于短的相互作用时间和激光辐射的选择性热解，这种方法可以在没有任何热损伤或熔化的情况下进行基材涂层。此外，该工艺提供了一种低成本的方法，用于在具有低耐磨性和耐腐蚀性的高温敏感基材上涂覆陶瓷涂层。
相关研究
在ACS Applied Materials and Interfaces杂志上报道的另一项工作中，讨论了在氯化钠溶液中具有增强的抗点蚀能力的铝合金超疏水氧化表面的制造。这种涂料在汽车工业、造船业、航空业、建筑业和医药业具有潜在的应用前景。涂层方法基于纳秒激光表面处理，然后是疏水剂的化学吸附，以实现合金表面的超疏水状态。此外，电化学和润湿实验表明，金属表面的超疏水状态在氯化物溶液中抑制了几天的腐蚀过程。
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最近发表在《热喷涂技术杂志》上的另一项研究展示了一种在铝基材上沉积高熵合金涂层的新两阶段方法。在第一阶段，他们使用两种由五种金属粉末组成的混合物，通过冷喷涂在铝基材上涂覆了 2.5 毫米厚的复合前体涂层。在第二阶段，作者对复合涂层顶面的 500-1000 µm 层进行了激光熔化。所制造金属的微观结构分析表明，在激光熔化过程中，熔池中的元素混合良好。
结论总之，具有光束和激光辅助改性的光子驱动材料制造在基础研究中引起了相当大的兴趣。由于激光加工是一个敏感的过程，它需要严格控制激光参数。激光辅助表面改性提高了机械性能并抑制了铝及其合金的腐蚀。此外，陶瓷颗粒的添加控制了微观结构的演变。
值得注意的是，这种表面改性在生物医学、汽车、航空发动机、机床、石油钻探和加工行业的维修和维护应用中具有最大的潜力。
