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作品名称：超涂护翼—基于高熵合金涂层的植保无人机长效防护方案
学校名称：山东理工大学
参赛队伍：智材绿创
队伍编号：209922
参赛学生：周岩艳代学粮陶泽霖刘蕊
指导老师：张远
投票日期：2025年10月10日 00:00->2025年12月15日 00:00
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详细说明

植保无人机作为农业现代化核心装备，作业效率较传统方式提升5-10倍且减少30%以上农药用量，但田间恶劣环境使其面临多重挑战：药液腐蚀易损坏电路板、机身与作物尘土剐蹭加速涂层磨损、高温高湿加速设备老化，导致平均防护周期不足3个月，维护成本高企。传统防护涂层存在性能矛盾，纳米涂层虽短期防潮却难抵长期剐蹭，均无法满足极端工况，为此本项目创新引入高熵合金涂层技术，打造长效防护方案。

该方案以“梯度高熵合金涂层+关键部件精准覆盖”为核心结构，通过激光熔覆技术制备三层复合涂层：外层0-500μm高Ti高B成分形成TiB₂增强相，硬度达65HRC抵御颗粒冲刷；中间层500-1000μm FeCoCrNiAl过渡层FCC结构占比90%，韧性达25J/cm²防脆裂；内层1000-1500μm低Cr高Ni成分与基材冶金结合，结合强度≥300MPa防脱落。同时针对无人机核心易损部位定制覆盖方案，飞行系统旋翼轴、电机外壳覆1.2mm厚涂层兼顾耐磨散热，喷洒系统喷头、药箱接口用含Cr高熵成分（腐蚀速率仅为316不锈钢1/20），电子系统电路板经氮化物改性形成接触角143°的疏水层，且通过控制气团流量90 L/min、丙烷流量92.4 L/min、15次喷涂、250mm喷涂距离、1000 mm/s移动速度等参数，实现涂层厚度210±10μm、成分均匀性99.5%的精准控制。

方案核心创新体现在三方面：一是团队自主搭建超音速火焰喷涂系统，优化粒子加速与热源控制，制备成本降低20%以上、涂层结合率达99%，全封闭喷涂房设计杜绝粉尘与有害气体泄漏，奠定高效绿色制备基础；二是创新引入AlCrFeNiMoNb等高熵合金材料，依托高熵效应与迟滞扩散效应消除涂层多相电位差，经电化学测试，涂层腐蚀电流较传统涂层降低两个数量级，耐蚀能力提升100倍，破解农药与湿气腐蚀难题；三是研发元学习与集成学习融合的预测算法，通过元知识数据库优化不平衡数据，结合改进人工蜂群算法优化参数，使涂层性能预测准确度提升3%，为成分定制提供精准支撑。

在核心功能上，25℃室温下UMT-3摩擦计测试显示，高熵涂层磨损深度10.9mm、宽度0.56mm、体积损失0.0189mm³，远优于ZM5基体（磨损深度60.6mm、宽度1.07mm、体积损失0.2930mm³），耐盐雾测试达500小时以上，800℃保温100小时结构稳定、冲击韧性18J/cm²，适配-20℃至60℃宽温环境，且用Fe、Mn替代贵重金属将涂层成本降至300元/kg，无有害成分释放。使用时，无人机出厂前或维护阶段用专用设备单次施工覆盖核心部位（效率1m²/h），日常操作无需额外防护、清水即可清洁，高频作业下防护周期从3个月延长至3年，兼容多旋翼、单旋翼等主流机型，可按机身材质定制涂层，不影响飞行性能与载荷能力，为植保无人机长效防护提供创新解决方案，助力智慧农业降本提质。