以双金属、氮化物和氧化物作为吸光组元的金属陶瓷涂层是一类极具发展潜力的耐高温光热转换涂层，为了明确其光谱选择性吸收机理，采用第一性原理计算和有限差分时域（FDTD）法研究了WTi、Cr₂O₃和TiN的能带结构、电子结合特性和分布特征对选择吸收特性的影响。研究结果表明：WTi双金属纳米颗粒因Ti的掺杂会产生强烈的原子轨道杂化，导致能带上移和带宽变窄，可以强化对电子的局域限制，有助于增强带间耦合作用和表面等离子体激元共振效应；Cr₂O₃氧化物纳米颗粒中存在较窄的禁带，键长易发生变化，故在高温下其光吸收机制会从电子跃迁方式向表面等离子体激元共振效应转变；TiN氮化物纳米颗粒中不存在禁带，体现出更广的光吸收波长范围，同时颗粒间稳定的键长和较高的载流子浓度增强了体系的稳定性和自由载流子光吸收效应。此外，FDTD模拟发现，小尺寸纳米颗粒在0.3~1.5 μm波段内具有很高的吸收系数，而大尺寸纳米颗粒虽然吸收系数不高，但是具有更高的散射系数。基于此，创新性地提出了多尺度分层化金属陶瓷光热转换涂层的组织构筑策略，使不同粒径的纳米粒子呈分层化有序排列，可以充分利用不同粒径纳米颗粒在不同波段的吸收优势并增强纳米粒子间的相互作用，有助于实现对太阳光的全谱吸收。实验研究结果表明，纳米颗粒分层化的AlCrON基金属陶瓷光热转换涂层不仅吸收率高达0.901，发射率还仅为0.184，同时能够在500 ℃、大气环境下保持稳定1000 h以上，表现出极为优异的光谱选择吸收性和热稳定性。

为了进一步研究激光熔覆Ni-Al/Al2O3-13%TiO2金属陶瓷涂层的硬度及耐磨性,应用YLS-2000 光纤激光器在45钢基体上分别制备Ni-Al涂层及Ni-Al/Al2O3-13%TiO2金属陶瓷涂层。通过金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线能谱分析、X射线衍射等系统地研究涂层的组织形貌、物相组成及元素分布。采用HXD-1000TB维氏硬度仪测定涂层截面显微硬度分布,利用M-2000磨损试验机进行磨损试验。结果表明,Ni-Al/Al2O3-13%TiO2金属陶瓷涂层的宏观成形质量较好,无裂纹,其涂层的截面最高硬度约为Ni-Al涂层的2倍,约为基体的4倍;其磨损体积约是45钢基体的1/8,相较于Ni-Al涂层的磨损体积降低了30%。Ni-Al/Al2O3-13%TiO2金属陶瓷涂层组织更加均匀致密,其硬度及耐磨性能相较于Ni-Al涂层及基体材料显著提升,该研究对于金属陶瓷材料的整体性能分析具有一定的参考意义。

利用激光熔覆技术,使用HL-1500型CO2激光器层.并采用现代化分析手段对涂层的宏观形貌,显微组织特征和元素分部进行了系统的观察和分析.研究结果表明,熔覆合金层显微组织由枝晶固溶体及其间细密的共晶组织组成,涂层中存在γ-Fe,γ-Ni,TiB2,TiB和少量的Ni4B3.

运用5 kW CO2连续激光器在16Mn钢表面激光熔覆镍基B4C金属陶瓷层(NB4C)和镍基SiC金属陶瓷层(NSiC),研究了两种激光熔覆层的组织、结构、显微硬度及滑动磨损特性,并用激光熔覆镍基合金层(Ni60)进行了滑动磨损对比试验.结果表明,熔覆合金层显微组织由枝晶固溶体及其间细密的共晶组织组成,NB4C熔覆层主要组成相为γ-Ni,γ-(Ni,Fe),(Cr,Fe)7C3,CrB,Ni3B,Fe2B,Fe23(C,B)6和B4C等,NSiC熔覆层主要组成相为γ-Ni,γ-(Fe,Ni),(Cr,Fe)7C3,Cr23C6和(Cr,Si)3Ni3Si等.三种激光熔覆层的显微硬度及耐滑动磨损性能由高到低的顺序为:NB4C→NSiC→Ni60.

采用CO2激光在TC4合金表面进行了NiCrBSi-TiC混合粉末的激光熔覆试验,利用扫描电镜和X射线衍射仪等对熔覆层的组织进行了分析,测试了熔覆层的显微硬度。结果表明,在优化工艺参数下可获得连续、均匀、无裂纹和气孔的熔覆层,熔覆层由TiC,γ-Ni,M23(CB)6,CrB,Ni3B等相组成。在激光熔覆过程中TiC颗粒边缘发生了溶解,冷却时以细小的枝晶形式析出,熔覆层显微硬度的平均值为Hv980。

采用双层预涂覆方法在低碳钢表面激光熔覆金属陶瓷涂层。借助 EPMA,XRD和显微硬度计测定了熔覆涂层的化学成份、显微组织和显微硬度。结果表明, 金属陶瓷涂层具有更均匀的显微组织和高的硬度, 没有孔洞及裂纹产生。