Emerging Trends in Nanostructured Coatings: Unraveling Processing Techniques, Corrosion Mechanisms, and Tribological Performance

Abstract

Поверхнева корозія та знос значно обмежують термін служби промислових компонентів, що призводить до високих економічних витрат і витрат на безпеку. Однак, як явища на поверхневому рівні, ці механізми деградації потенційно можуть бути пом’якшені лише за допомогою модифікації поверхні, не змінюючи об’ємних властивостей. Останні досягнення в області нанотехнологій зробили можливим ряд наноструктурованих захисних покриттів для поверхонь. Завдяки використанню таких наноматеріалів, як кераміка та метали, ці покриття забезпечують підвищену стійкість до хімічної корозії та фізичного зношування. У цьому огляді обговорюється поточний стан досліджень наноструктурних покриттів для захисту поверхні. Він узагальнює методи синтезу для отримання наноструктурованих покриттів, такі як методи золь-гель та електрохімічного осадження. Порівнюється корозійна та трибологічна поведінка різних матеріалів покриття, таких як оксиди та нітриди металів. Композитні полімерно-металічні покриття виділяються своєю кращою стійкістю до розтріскування порівняно з традиційними керамічними покриттями. Крім того, описуються самовідновлювальні та змащувальні покриття, створені за біологічним принципом. Нарешті, окреслено поточні технічні виклики та напрямки майбутніх досліджень, такі як покращення міцності адгезії покриття та масштабування для масового виробництва та комерціалізації.

Surface corrosion and wear significantly limit the lifetimes of industrial components, resulting in high economic and safety costs. However, as surface-level phenomena, these degradation mechanisms can potentially be mitigated through surface modifications alone, without altering bulk properties. Recent advances in nanotechnology have made possible a range of nanostructured protective coatings for surfaces. By incorporating nanomaterials like ceramics and metals, these coatings provide enhanced resistance to chemical corrosion and physical wear. This review discusses the current state of research on nanostructured coatings for surface protection. It summarizes the synthesis techniques for producing nanostructured coatings such as solgel and electrochemical deposition methods. The corrosion and tribological behaviors of various coating materials like metal oxides and nitrides are compared. Composite polymer-metal coatings are highlighted for their superior crack resistance compared to traditional ceramic coatings. In addition, bio-inspired self-healing and lubricating coatings are described. Finally, current technical challenges and future research directions are outlined such as improving coating adhesion strength and scale-up for mass production and commercialization.