功能梯度涂料的关键综述: 方法、性能和挑战（1） _机械

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长三角G60激光联盟导读
本文在现有文献的基础上，通过描述FGC处理的基本问题和潜力，对不同的FGC处理技术进行了批判性的回顾。本文为第一部分。

摘要
由于对不同性能的要求相互矛盾，金属基材上的表面涂层一直是研究人员面临的一个难题。近年来，功能梯度涂层由于其在许多先进工程应用中的机械、热学、电学和摩擦学性能，已成为全世界研究人员获得具有特定要求的涂层的材料。功能梯度复合材料是一种新型的传统复合材料，其相分布不均匀，形成光滑的梯度结构。因此，梯度涂层显示了一条新的研究路径。因此，本文在现有文献的基础上，通过描述FGC处理的基本问题和潜力，对不同的FGC处理技术进行了批判性的回顾。此外，本研究提出了梯度涂层最重要的潜在应用和未来挑战。

有机-无机混合物，带SNAP涂层。
1、介绍
在工程应用中，部件需要不同区域的分级性能，特别是经历摩擦、热、机械和化学作用的表面，以及在应用中损害部件的电化学相互作用。除非对摩擦和腐蚀现象进行控制和监测，否则无法恢复这种伤害。近年来，功能梯度材料以其独特的梯度特性在各种工程趋势和应用中发挥了至关重要的作用。在许多工业应用中，这种分级行为减少了故障并提高了零件的可靠性。功能梯度材料涉及以逐层的形式混合两种不同的材料，这两种材料具有不同的特性和体积比，如图1a所示。功能梯度材料可分为三种形式，即：表面涂层、块体材料和界面层，如图1b所示。

图1 功能梯度材料的基本概念、生产方法分类和类型。
此外，图1c和d显示了加工方法的各种分类和基于尺寸的功能梯度材料的不同形式的示意图。表面涂层通常涉及基材上的一层或双层均匀分段涂层。由于断裂耐久性差，这些涂层会发生开裂。引入功能梯度涂层（FGC）通过增强粘结粘结力、降低残余热应力和显著提高弹性和断裂强度来克服这些传统涂层的缺点。梯度结构的发展为细化材料和结构元素以提高性能和材料质量开辟了一条新途径。为了达到某些高温条件，必须对金属元件进行涂层。陶瓷涂层提供了一种独特的方法来分离和保存金属材料。
PVDF膜表面接枝改性示意图。
【功能梯度涂料的关键综述: 方法、性能和挑战（1）】最近针对涂层主题进行的几项研究证实，较薄单层涂层系统的梯度结构具有与厚涂层系统相当的热裂纹容限。即使如此，仍然迫切需要对功能梯度热障涂层（FG-TBC）进行有效设计，以深入评估失效机制。探讨了生长裂纹对FGC表面、FGC层和基材性能的影响。结果表明，通过改变基板的热膨胀系数（CTE）和杨氏模量，表面裂纹冲击减少。为研究结构对多层陶瓷层涂层表面裂纹萌生的影响而进行的分析揭示了裂纹扩展的原因，即由于应力降低和连续循环热应力而产生的张力。

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