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超光滑鍍層使鋼材性能更佳
發布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司www.jshcn.cn
更新時間：2015-11-05
哈佛大學保爾森工程和應用學院(SEAS)的研究人員找到了一種能夠提高鋼材強度，可靠性，持久性的方法。他們采用的多孔氧化鎢表面涂層，是迄今為止抗污染、抗腐蝕最持久的材料，即使是在持續強烈的結構變化后，仍能阻止各類的液體滲入。
國外采用了一種納米多孔氧化鎢涂層技術，新開發出了一種鋼材，其性能優良，可廣泛應用多領域，這將帶來未來的產業變革。
鋼材在我們的生活中隨處可見，但是盡管在過去的50年已開發出了各種牌號的鋼，鋼材表面幾乎沒有發生變化——也沒有絲毫改進。如今的鋼材跟以前的一樣，容易被水和鹽及磨料，如沙子侵蝕。鋼材手術器械仍然存在微生物，致使感染。
如今，哈佛大學保爾森工程和應用學院(SEAS)的研究人員找到了一種能夠提高鋼材強度，可靠性，持久性的方法。他們采用的多孔氧化鎢表面涂層，是迄今為止抗污染、抗腐蝕最持久的材料，即使是在持續強烈的結構變化后，仍能阻止各類的液體滲入。
這種材料包含另外一種沒有粘性、抗污染的材料，后者是在材料科學教授、哈佛大學生物啟發工程韋思研究院核心成員Joanna Aizenberg的實驗室中研制成的。Aizenberg的團隊于2011年成功研制了滑液注入多孔表面技術(SLIPS) ，自那之后，他們證明了多孔氧化鎢涂層在許多領域的應用。
這項技術應用廣泛，同時具有商業價值，其中包括無污染醫用器械，如移植和手術刀，也能用于3D打印，還可能大規模應用于建筑和海洋船只。
“我們的超級鋼比之前任何一種抗污染鋼都要耐用，”Aizenberg說，“目前，這兩個概念——材料耐久性和抗污染——是互相沖突的。為增強材料的抗污染能力，我們需要使表面有紋理并多孔的材料，但是粗納米結構鍍層本身就比其多數同類材料脆弱。研究表明，若是對材料表面進行細致的處理，材料就能體現出多種，甚至不能共存的性能，而不會影響材料原有的性能。”
“我們的超級鋼比之前任何一種抗污染鋼都要耐用，”哈佛大學的Aizenberg說
該團隊還通過電化學技術，在鋼材表面直接生成由成千上萬的粗氧化鎢顆粒組成的超薄薄膜，成功將抗污染性能與力學持久性結合。“即使顆粒的一部分被破壞，這種作用也不會傳遞到另外的部分，因為在相鄰的顆粒間沒有連接物”，前SEAS成員，博士后Alexander Tesler稱，目前，他是以色列魏茨曼科學研究所的成員，也是該文章的第一作者。“這種顆粒狀的形態再加上本身的耐久性和粗氧化鎢，能夠讓表面在摩擦工況下保持防水性能，而在此之前這是做不到的。”
電化學沉積已成為鋼材制造中一項廣為使用的技術，Aizenberg說，“我不想再想出另外一個耗資巨大卻沒有采用的生產線了”。她還說，這個目標是彈性的，且并不會對現有工業產業產生影響。
該團隊用不銹鋼鑷子，螺絲刀，金剛鉆劃線器劃，并用成千上萬個玻璃珠擊打超級鋼表面，對其進行測試。并采用包括水，油，高腐蝕性介質，含細菌的生物液體，血液等對材料進行抗潮濕測試。不僅超級鋼能阻擋所有的液體，并且表現出抗生物污染的性質，而且氧化鎢還使超級鋼比沒有鍍層的鋼材強度提高。
醫用器械是該材料最具前景的應用領域之一，該論文的聯合作者、SLIPS Technologies公司的聯合創始人兼副總裁Philseok Kim說，“由于成功驗證了超級鋼抵抗細菌和血液的能力，對強度和抗污染能力都有嚴格要求的小型醫用移植材料，工具和手術器材，如手術刀，手術針等，是我們正在探索的高附加值商業應用領域。”
另外一個應用是3D打印和微矩陣設備，尤其適用于打印摩擦阻力大、易污染的高粘度生物材料和聚合材料。
此外，美國海軍目前正在以每年數百萬美元的投資研究船體生物污染。有機物，如藤壺、海藻會產生阻力，增加能源消耗，更不用說清理和重新噴涂抗污染油漆的費用了，這些油漆多數對環境有害。如果批量生產，這些材料不失為一個更清潔、更廉價的選擇。
“這項研究是核心部分的一個例子，是經典的材料科學”Aizenberg稱，“我們有一種可以改變世界的材料，并且想知道，我們怎樣才能讓它更優秀？”
該研究成果已經發表在?Nature Communications?上。
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