两大汽车电子设备原始制造商正在开发一种铝气缸体,其关键零部件上的纳米钢涂层小于5lb,使用该涂料是为降低设备导热率并提高耐磨性。为什么说纳米材料已成为工程设计师们的新武器?这便是一个典型的例子。

纳米碳管由圆柱型的碳分子组成,拥有
独立的电气性能,但是价格昂贵。 似乎人们对纳米材料设备的大肆宣传疯狂过头,这使得纳米的应用看起来似乎是继硅晶片之后的又一材料革新狂潮。大量风险投资基金被注入到纳米产品开发当中,同时市场调查公司做了几乎让人难以置信的数字预测。PR工厂日夜加班加点生产,像宾西法尼亚州和纽约州这些地区都在争先恐后支出经济开发种子资金。到2007年,联邦纳米技术启动项目投入到纳米材料开发中的资金将高达十三亿美金。
在标题背后是否隐藏着一个真实且意义非凡的未来呢?
首先,我们来看看纳米。从理论上来说,它是国际单位制中用来度量以10-9为基本数量级的长度单位,一纳米等于十亿分之一米。据称,Albert Einstein 曾经在他的博士论文中说一个糖分子的大小是1nm。当说到材料的时候,通常是由供应商对纳米下定义。纳米工业生产的领头企业之一PPG工业集团解释道:纳米微粒是指由小于100nm的至少一维的材料。
一些研究工程师认为纳米只是一个代名词而已。这个领域发展至少要追溯到20世纪50年代,那个时候叫做原子工程设计。
让人更加混淆不清的是,越来越多的人将一切微小体积的事物称作纳米。国际塑料工程师协会SPE中有一个特殊兴趣团队,称作纳米/微型塑模小组。他们的名称叫法很奇怪,因为他们进行的微型塑模是制造微小体积的设备,而如今的纳米塑模却通常指的是大体积设备零件的生产,只是其防护涂料中添加了纳米材料成分而已。另外一方面,人们将几乎每一个主要科学领域内的发展都叫纳米,有时也指在原子平台上制造的纳米材料,有时则是尺寸缩小的产品。

根据NanoSteel 测试,其中一种NanoSteel 涂料材料(SHS7170)的强
度是Ti-6AI-6V 材料的四倍。 当我们聚焦工程机械产品设计时,会发现它在实际应用里面更具意义。
增强型铝材
承担铝气缸体工作的NanoSteel公司是一个很好的例子。公司坐落在罗得岛州首府普洛维登斯,这个有五年历史的公司主要销售可应用于热喷涂技术、焊接技术和激光补焊的专利纳米结构材料。纳米材料的主要性能表现在抗磨、抗腐蚀、抗高温氧化和腐蚀上。
NanoSteel 公司的技术总监Daniel James Branagan博士说道:“我们设计我们自己的钢结非晶成型合金”。Branagan博士在1996年研究永磁材料的时候添入纳米成分,给材料赋予了特殊能力,让它们能够控制多成分复杂冶金体变形。研究最初是由美国爱德华州工程与环境实验室(INEEL)投资启动,后转由国防高级研究计划署(DARPA)投资。在2002年,军用工业技术公司(MILCOM)注册了这项研究并组建NanoSteel公司。
纳米金属材料的最新应用是生产用于保护铝制斜槽的涂料,而该斜槽是用来将搅拌车内的水泥向特殊现场递送的。Branagan.说道:“钢斜槽重达80lb,搬运这个斜槽需要耗费工人们很多体力”。而纳米涂层的铝制斜槽重量小于20lb. 他补充道:“NanoSteel公司制作的涂层给纳米材料的应用指明了一条新途径。”
经过研究在气缸上也使用相同的方案,在铝气缸体表面涂上一层重2-3lb的纳米钢涂料,这样,未来汽车的重量将会得到大大减轻。纳米钢的成本一般是每磅$30到$35。NanoSteel公司花费了大约六个月的时间完成了一项客户订单,将纳米涂料技术应用在石油勘探使用的钻井上。他们另一个目标是将喷涂纳米技术应用到塑料合成材料上。
从另外一个角度看纳米技术,在钢材工业领域中它也并非新面孔。

Chevy Impala 汽车的热塑性塑料车侧饰条
使用了早期纳米复合技术。 美国宾夕法尼亚州门罗维尔市的美国钢铁(U.S Steel)公司研究及技术中心涂料产品技术经理Michael Simko先生说:“虽然在一些产品和材料应用上,纳米结构它确实带来了惊人的变革,而且被人们奉为划时代突破,但特级纳米结构在很多年前就已经被用于制造钢材了。我们现在仍在使用这些方法和步骤来生产性能更好、更轻、更强和更节省成本的材料,以满足客户需要。我们现在正在考虑在使用合成控制和热机械工艺技术原位反应炼钢的时候,如何在液态钢中加入纳米材料并让其均匀分布。目前这项技术尚未投入商业运作,也不是我们正在使用的工艺方法。”
对塑料材料的冲击
大多数结构型材料都是塑料合成类的。新材料的应用固然引人注目,但它们在行业内的广泛应用将会是一个缓慢的过程,需要大量的资金投入