钢渣的表面改性研究
金属材料的表面改性研究及应用
金属材料的表面改性研究及应用导言金属材料是重要的工程材料，其特性直接影响着工程结构的性能和寿命。
然而，金属材料在使用过程中常常遭受腐蚀、磨损和疲劳等损伤，限制了其应用范围和使用寿命。
为了提高金属材料的性能和延长其寿命，人们开展了大量的研究工作，其中表面改性是一种有效的方法。
一、表面改性的意义金属材料的表面改性是通过改变金属表面的化学、物理性质或结构来提高材料性能的方法。
其意义主要体现在以下几个方面：1.延长使用寿命：金属材料的使用寿命往往受到氧化、腐蚀、磨损等因素的限制。
通过表面改性，可以形成耐蚀、耐磨等保护层，延长金属材料的使用寿命。
2.提高强度和硬度：金属材料的强度和硬度直接影响其性能和应用范围。
通过表面改性，可以在金属材料表面形成高硬度的层，从而提高整体的强度。
3.改善摩擦和润滑性能：在金属材料的表面引入润滑剂或涂层，可以降低摩擦系数，提高摩擦性能，减少能量损耗。
4.实现功能性要求：通过表面改性，可以为金属材料赋予特殊功能，如防尘、抗菌、阻燃等，满足特定应用需求。
二、表面改性的研究方法目前，对金属材料的表面改性研究主要包括物理方法、化学方法和材料方法。
不同的方法有不同的适用范围和效果。
1.物理方法：物理方法包括喷涂、喷粉、电弧喷涂、激光熔覆等。
这些方法通过物理能量改变金属表面的结构，形成不同的表面层，改善材料性能。
2.化学方法：化学方法主要包括化学气相沉积、电镀、离子注入等。
这些方法通过在金属表面引入新的元素或分子，改变金属表面的物理和化学性质，提高材料性能。
3.材料方法：材料方法主要包括涂层和薄膜技术。
在金属表面形成特定的涂层或薄膜，改变金属材料的性能和功能。
三、表面改性的应用表面改性在各个领域具有广泛的应用。
以下以几个典型领域为例进行讨论。
1.航空航天领域：航空航天领域对材料的性能要求极高。
通过表面改性，可以为金属部件提供耐高温、耐磨损、耐腐蚀等特性，提高整体的安全性和可靠性。
2.汽车制造领域：汽车制造中，金属材料经常接触到恶劣的工作环境，容易发生腐蚀和磨损。
钢铁材料表面快速改性技术
本试验用的有机化合物是乙醇量百分数 W% 为 9． 09% ，电解液中水的 百分含量为 25% 。
（ 二） 实验机理。快速渗氮、渗碳及碳氮共渗处理的机理 同样也遵循扩散过程的菲克方程式。由于弧光放电，气体被 击穿产生大量的处于等离子体态的活性原子，这些活性原子 在电场的作用下 轰 击 试 样 表 面，离 子 注 入 到 处 理 材 料 中，产 生空位和位错，将导致两个方面的影响： 一方面，使工件表面 的活性原子的浓度提高； 另一方面，强化沿晶界扩散，即位错 沿着与轰击表面垂直的滑移面移动，其运动的方向与饱和元 素（ C，N） 扩散流的方向重合，从而大幅度提高材料内 C、N 原 子的扩散迁移速度。离子轰击导致浓度梯度提高和扩散系 数的增大，使得非金属扩散系数可提高 2 ～ 3 倍，从而使 C 和 N 原子的扩散过程得以强化； 在等离子电解渗透技术中等离 子体是通过弧光放电产生的，具有比较大的电流密度（ 1 A / cm2 左右） ，所以离子的轰击非常强烈，致使渗透的速度加快， 最终实现材料表面快速固溶和化合物强化处理。
钢铁材料表面快速改性技术研究
□刘 凯
【摘 要】本文在特定电解液体系下，应用液相等离子体电解渗透技术对 Q235 钢表面进行快速改性处理。探索了快速改性的 可行性，给出了渗层的 ESM 形貌，对深层进行了成分分析，测定了深层的硬度。
【关键词】快速改性； 渗透； 渗层性能 【作者简介】刘凯（ 1981 ～ ） ，男，河北秦皇岛人，燕山大学里仁学院硕士； 研究方向： 金属材料热处理及表面改性
一、引言 钢铁材料是现代应用最为广泛的重要工程材料。但是 由于其自身的原因及其使用的环境介质影响，难免要发生腐 蚀、磨损等各种形式的损坏，降低了工件的使用寿命，造成了 很大的经济损失。多年来，为了减轻钢铁材料因腐蚀与磨损 造成的损失，人们做了大量的研究与开发工作。除选用和研 制高性能的整体钢铁材料外，鉴于腐蚀与磨损都始于材料表 面，采用表面工程 技 术 实 施 于 材 料 表 面 以 改 变 其 耐 磨 、耐 蚀 性是材料科学工作者通常采用的办法。钢铁表面改性技术 发展很快，其中以气体碳氮共渗较好，在上世纪 60 年代中期 离子渗碳 / 氮技术迅速发展和完善起来，经历了 40 多年的时 间它已经成为离子热处理技术中最成熟、最普及的工艺，但是 处理温度高、共渗时间长、工件容易变形，而且气体离子碳氮共 渗技术是在低压气体放电产生的等离子体中进行的，反应需 要在低真空的条件下进行。液相等离子体电解渗透技术解决 了这些难题，它在一个开放的环境下，处理时间很短在几十秒 到几分钟的时间内即可获得高硬度、耐磨、耐蚀的渗透层。 二、实验分析方法及机理 （ 一） 试验分析方法。本实验的基体材料是 Q235 低碳钢， 试样尺寸分为 8 × 10 × 1． 2 mm。实验所需设备为自行研制的 2 kW 等离子体电解渗透装置。该装置主要有五部分组成： 直流 脉冲电源、共渗电解槽、排风系统、测温装置及电解液循环冷却 系统。在渗透处理过程中，处理的试样作为阴极。
金属材料的表面改性与热处理实现材料表面性能的提升
金属材料的表面改性与热处理实现材料表面性能的提升金属材料在工业和制造领域中广泛应用，其表面性能对材料整体性能和使用寿命起着至关重要的作用。
为了提高金属材料的表面性能，表面改性和热处理技术被广泛采用。
本文将介绍金属材料表面改性的常用方法和热处理对材料表面性能提升的作用。
一、金属材料的表面改性1.化学表面改性化学表面改性是通过在金属材料表面形成一层化学活性的物质或化合物，从而改变其表面性能。
常用的化学表面改性方法包括电化学处理、溶液浸渍和化学沉积等。
通过这些方法，可以实现金属材料表面的腐蚀耐久性、摩擦性能、润滑性能等的提高。
2.物理表面改性物理表面改性是通过物理手段对金属材料表面进行改良，包括机械处理、喷涂涂层和磁场处理等。
其中，机械处理如切削、打磨和抛光可以提高金属材料的光洁度和平滑度，从而降低表面粗糙度并增加强度。
喷涂涂层技术可以在金属表面形成一层保护性膜，提高耐磨性和耐腐蚀性。
磁场处理可以通过调控磁场对金属表面进行改性，改善其力学性能和磁性能。
二、金属材料的热处理热处理是一种通过对金属材料进行加热和冷却的工艺，以改变材料的组织结构和性能。
常用的热处理方法包括退火、淬火、回火和固溶处理等。
1.退火退火是将金属材料加热至一定温度，然后缓慢冷却的过程。
退火可以消除金属材料中的应力和缺陷，提高其塑性和可加工性。
此外，退火还可以改变材料的晶粒结构，从而调节材料的硬度和强度。
2.淬火淬火是将金属材料加热至临界温度，然后迅速冷却至常温的过程。
淬火可以使金属材料形成超饱和固溶体或马氏体组织，从而提高材料的硬度、强度和耐磨性。
淬火还可以产生残余应力，使材料表面形成压应力层，提高抗拉应力的能力。
3.回火回火是将淬火后的金属材料加热至较低温度，然后适当冷却的过程。
回火可以降低金属材料的脆性和残余应力，提高其韧性和可靠性。
回火还可以调节材料的硬度，使其适应不同的工作条件。
4.固溶处理固溶处理是将合金的固溶元素加热至高温区，然后迅速冷却的过程。
国内外金属材料表面改性技术研究综述
国内外金属材料表面改性技术研究综述金属材料表面改性技术作为一种重要的工艺手段，其研究具有重要意义。
通过改变金属表面性质，可以改善金属材料的性能，提升其耐磨性、耐腐蚀性、耐高温性等性能，从而满足不同领域的需求。
本文将综述国内外金属材料表面改性技术的研究进展和应用现状。
一、电化学处理电化学处理是通过电化学反应改变金属表面性质的一种方法。
常用的方法有阳极氧化、阴极沉积、电镀、阳极电析等。
电化学处理可以使金属表面形成氧化层、硫化层等，从而提升材料的耐腐蚀性和抗氧化性能。
此外，还可以通过改变电解质的成分和电解液的温度、浓度等条件，调节氧化层的厚度和形貌，从而影响材料的摩擦学、耐磨性等性能。
电化学处理技术在航空、汽车、机械等领域得到广泛应用。
二、化学处理化学处理是通过将金属材料浸泡在化学反应溶液中，改变金属表面性质的方法。
常用的方法有化学改性、盐酸漂白、酸洗、钝化等。
其中，化学改性是将金属表面化学改性剂溶液中进行浸泡处理，使金属表面形成纳米级别的氧化物膜或氮化物膜，从而提升其硬度和耐磨性能。
酸洗是将材料放入强酸中进行腐蚀处理，除去表面的氧化层和污物，从而提升金属表面的清洁度。
三、激光技术激光技术是通过激光器对金属表面进行定向加热、熔化、剥落等加工处理，从而改变金属表面的物理性质和化学性质。
常用的方法有激光熔覆、激光喷涂、激光刻蚀等。
激光熔覆是将金属粉末熔化成液态，在金属表面形成保护涂层，提升材料的耐磨性和耐腐蚀性。
激光喷涂是将涂料喷射到金属表面形成涂层，提升材料的耐热性、耐蚀性和耐磨性。
激光刻蚀是利用激光束照射金属表面，腐蚀掉部分金属表面，从而形成图案或文字。
四、等离子喷涂技术等离子喷涂技术是通过等离子体喷涂技术对金属表面进行改性处理的方法。
通过将金属材料加热至高温状态，在高温条件下，喷射等离子体进行表面改性处理。
等离子喷涂技术可以形成高强度、高密度的涂层，提升材料的抗磨性、耐蚀性和耐高温性。
此外，等离子喷涂技术还可以在金属表面涂覆碳纤维等复合材料，从而提升材料的强度和刚度。
金属材料的表面改性与腐蚀研究
金属材料的表面改性与腐蚀研究金属材料作为一种常用的工程材料，广泛应用于各个领域。
然而，由于其固有的腐蚀性质以及使用环境的影响，金属材料的腐蚀问题成为了制约其应用的重要因素之一。
为了解决这一问题，科学家们通过对金属材料表面进行改性，并开展了大量的腐蚀研究。
一、表面改性的手段表面改性是指对金属材料表面进行物理、化学处理，以改变其表面性质。
常见的表面改性手段有电化学技术、磁场处理、激光烧结、溅射涂覆等。
这些方法通过形成一层覆盖层或改变表面组织结构，来提升金属材料的耐腐蚀性能。
例如，通过电化学技术制备的电化学氧化层具有耐腐蚀、耐磨损、增强附着力等优点。
这种方法通过将金属材料置于电解介质中，并施加电压或电流，在金属表面形成一层均匀致密、无氧化物和碱式盐的氧化层。
氧化层的形成可以改变金属表面的化学组成和晶体结构，提高金属材料的耐腐蚀性。
二、表面改性对腐蚀性能的影响表面改性对金属材料的腐蚀性能有着显著影响。
一方面，表面改性可以增加金属材料的抗腐蚀能力。
通过改变表面化学组成和晶体结构，形成氧化层或涂覆层，金属材料的腐蚀倾向性降低，耐腐蚀性提高。
另一方面，表面改性还可以改善金属材料的耐磨性和耐疲劳性，减缓腐蚀产生和腐蚀扩展速度，延长金属材料的使用寿命。
三、腐蚀研究的目标和方法腐蚀研究的目标是为了理解金属材料在不同环境条件下的腐蚀过程，探索降低金属材料腐蚀速率的方法，并为工业应用提供科学依据。
腐蚀研究通常采用实验和模拟计算相结合的方法。
实验手段可以通过人工模拟腐蚀介质的环境条件，观察和测量金属材料的腐蚀过程，并分析其腐蚀产物。
模拟计算则通过建立腐蚀反应动力学模型，模拟预测金属材料在不同环境下的腐蚀行为。
在腐蚀研究中，科学家们还发现了金属材料腐蚀与表面微观结构、温度、湿度、气体成分等因素之间的相互关系。
这些因素的变化都会对金属材料的腐蚀性能产生一定影响。
例如，金属材料的微观结构和晶界缺陷是腐蚀产物形成的重要因素，将其纳米化或均匀化可以提高金属材料的耐腐蚀性。
工业废渣改性实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的本次实验旨在通过化学和物理方法对工业废渣进行改性处理，提高其资源化利用率，减少对环境的污染。
实验过程中，我们将对废渣进行成分分析，确定改性方案，并进行实验验证。
二、实验材料1. 工业废渣：来源于某工厂生产过程中产生的废渣，主要成分包括SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO等。
2. 实验试剂：硫酸、氢氧化钠、盐酸、氢氟酸、磷酸等。
3. 实验仪器：高温炉、搅拌器、离心机、X射线衍射仪、扫描电镜等。
三、实验方法1. 废渣成分分析：采用X射线衍射仪（XRD）对废渣进行成分分析，确定废渣中主要成分及含量。
2. 废渣改性方案设计：根据废渣成分，设计合适的改性方案，如酸浸、碱浸、熔融等。
3. 实验步骤：（1）酸浸：将废渣与硫酸按一定比例混合，搅拌溶解，控制反应温度和时间，使废渣中的有用成分溶解。
（2）碱浸：将酸浸后的溶液与氢氧化钠按一定比例混合，搅拌溶解，控制反应温度和时间，使废渣中的杂质沉淀。
（3）离心分离：将碱浸后的溶液进行离心分离，得到改性后的废渣和清液。
（4）熔融：将改性后的废渣进行高温熔融，得到改性产物。
4. 实验结果分析：对改性后的废渣进行成分分析、物理性能测试等，评价改性效果。
四、实验结果与分析1. 废渣成分分析：经XRD分析，废渣中主要成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO，含量分别为40%、30%、20%、10%。
2. 酸浸实验：将废渣与硫酸按1:1比例混合，搅拌溶解，反应温度控制在60℃，反应时间2小时。
实验结果显示，废渣中的SiO2、Al2O3、Fe2O3等有用成分基本溶解。
3. 碱浸实验：将酸浸后的溶液与氢氧化钠按1:1比例混合，搅拌溶解，反应温度控制在80℃，反应时间1小时。
实验结果显示，废渣中的杂质成分如CaO等基本沉淀。
4. 离心分离实验：将碱浸后的溶液进行离心分离，得到改性后的废渣和清液。
实验结果显示，改性后的废渣中SiO2、Al2O3、Fe2O3等有用成分含量较高，杂质成分含量较低。
钢渣改性研究进展
料 的 要 求， 这 种 钢 渣 磨 细 后 可 直 接 磨 制 新 品 种
ＭｇＦｅ２ Ｏ４ ；当钢渣的 Ｃ ／ Ｓ 小于 １ ８ 时，重构过程促进
蔡雪军将废弃的黏土砖、碎玻璃等破碎粉磨后与
主，部分 ＲＯ 相转变为 ＭｇＦｅ２ Ｏ４ 。
吹入，进行均化改性反应，然后进行粒化水淬。 均化
钢渣进行工业化在线重构，两种材料经造粒烘干后置
素。 分别对氧化气氛和还原气氛下针对钢渣改性的研究进行了综述，并提出了钢渣改性研究目前存在的主要问题。
关键词：钢渣；改性；胶凝材料；化学成分；矿物组成
ＤＯＩ：１０ １３２０５ ／ ｊ． ｈｊｇｃ． ２０１５１２０３２
ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＰＲＯＧＲＥＳＳ ＯＮ ＭＯＤＩＦＩＣＡＴＩＯＮ ＯＦ ＳＴＥＥＬ ＳＬＡＧ ＩＮ ＣＨＩＮＡ
的能耗居高不下，活性尤其是早期活性较差，体积安
含量不仅低于矿渣和粉煤灰，也低于硅酸盐水泥熟
定性存在隐患等。 由于我国每年钢渣的产生量惊人，
料。 因此相 比 矿 渣 和 粉 煤 灰 而 言， 较 低 的 ＳｉＯ２ 和
按吨钢产生钢渣量 ０ １２ ～ ０ １４ ｔ 计算，２０１４ 年产生
的钢渣量已超过 １ 亿 ｔ，很多钢铁企业仅将钢渣中的
铝质调节材料可促进 ｆ⁃ＣａＯ 的吸收，增加重构钢渣中
铝酸盐矿物的含量。 上述调节材料对重构钢渣胶凝
活性的增强效果顺序为白渣≈石灰≈矿渣 ＞ 煤渣≈
粉煤灰 ［７］ 。
当重构钢渣的 Ｃ ／ Ｓ 大于 ３ ０ 时，Ｃ ／ Ｓ 的增加可促
进 Ａ 矿的形成，同时 ＲＯ 相分解成 ｆ⁃ＭｇＯ；当钢渣的
Ｃ ／ Ｓ 为 ２ ７ ～ ３ ０ 时，重构过程促进 Ａ 矿和 Ｂ 矿的形
－ ０６ － ２７
工程机械用钢的表面改性处理研究
工程机械用钢的表面改性处理研究□王洋【内容摘要】对工程机械用45#钢进行表面热喷涂改性处理，研究了表面改性处理过程中粉末的组织与物相转变特征，并对比分析了基体与表面改性层的组织与摩擦磨损性能。
结果表明，热喷涂WC－10Co4Cr粉末粒度主要分布在2035μm，表面改性前后粉末形貌从球形转变为扁平状；经过热喷涂处理后，在工程机械用钢表面喷涂涂层中可以发现WC、W2C和CoCr相；WC－10Co4Cr粉末喷涂改性处理后，在不同的载荷和转速下，改性层与基体相比都具有更好的耐磨性能。
【关键词】工程机械用钢；WC－10Co4Cr粉末；形貌；物相；磨损【作者简介】王洋（1978．2 ），女，吉林长春人；长春职业技术学院工程技术分院副教授；研究方向：机械材料及制造技术工程机械行业是机械行业中钢材消费量最大的子行业之一，2014年消费钢材1 520万吨，占机械行业钢材消费量的12.2%，占钢材消费总量的2.3%。
我国现在已成为全球第一大工程机械市场。
钢材作为工程机械最重要的原材料，不仅决定着产品价格，也决定着产品的性能和可靠性。
总体来说，目前，中国工程机械用钢质量整体水平不高，只有约30%的产品实物质量达到国际先进水平。
这一现象导致的直接后果就是我国工程机械产品与国外同类产品相比，在耐久性、可靠性上的差距还比较大。
虽然每年工程机械消化了许多钢铁产能，但是受国内钢材行业技术制约，并未完全将工程机械用钢市场开发，还有部分高端钢材需要依靠进口。
归其原因，在一定程度上与高品质工程机械用钢的表面改性处理技术有关［1 2］，本文选取具有代表性的45#工程机械用钢为对象，通过在表面进行热喷涂的方法，研究了改性前后的组织与性能变化，研究结果对于提高工程机械用钢的使用性能具有参考意义。
一、实验材料与方法选用工程机械用钢常用牌号45#钢为基体材料，它的主要化学成分元素比例（%）：0.47C、0.10Cr、0.68Mn、0.17Ni、0.008S、0.004S、0.24Si，余量为Fe，使用状态为调质态，用于制作承受负荷较大的小截面调质件和应力较小的大型正火零件以及对心部强度要求不高的表面淬火零件，如梢子、导烟尘排放量的降低就必须得做到要实时监控相关企业的烟尘排放量的问题。
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钢渣是在炼钢时加入石灰石 、白云石和铁矿 石等冶炼熔剂以及造渣材料石灰后 ,从高温下融 化成的两个互不熔解的液相炉料中分离出来的杂 质 。现在一般大型钢厂年产几百万吨钢 ,产出钢 渣量大约是钢产量的 15 %～20 %[1 ] 。大量的钢 渣堆积不仅带来了环境污染而且占用大量良田 , 如能将钢渣变废为宝必将产生巨大的经济效益和 社会效益 。目前钢渣的再利用主要是直接利用或 经破碎细化后做添加剂[2 ] ,也有将其进行处理后 使用的[3 ] 。另外 ,还可对粉体进行表面改性使粉 体获得新的性能 ,以拓展其应用领域 ,但目前国内 外对钢渣粉体进行表面改性研究的报道很少 ,本 文通过硬脂酸对钢渣进行表面改性 ,为钢渣的综 合利用进行了有益的尝试 。
硬脂酸为有机羧酸 ,而钢渣呈碱性 ,它们的改 性应为化学键合作用 。图 3 、图 4 分别为加改性剂 硬脂酸和未加改性剂硬脂酸经相同时间粉磨后的 钢渣红外光谱图 。
图 3 改性后钢渣红外谱图
图 4 未改性钢渣的红外谱图
第 19 卷第 4 期 赵国等 :钢渣的表面改性研究
·15 ·
[ 7 ] 韩跃信 ,陈经华 ,王泽红 ,等. 纳米碳酸钙表面改性 [J ] . 矿治 ,2003 ,1 (12) :48～51.
Study on the Surface Modif ication of Steel Slag
Zhao Guo , L u L ei
(College of Materials Science and Engineering ,Nanjing Universit y of Technology , Jiangsu 210009 , China) Abstract : In t his article stearic acid was used to modify steel slag in t he planetary mill wit h average particle size and activation index as token parameters. The change of activation index of modified steel slag was studied in order to find t he best way to modify t he slag. The activation index of t he steel slag reached t he highest level when ground for 20 minutes in t he planetary mill wit h 0. 5 % (weight rate) of stearic acid . Infrared spectrum analysis revealed t hat t he stearic acid and steel slag had combined in chemical bond. Keywords : Steel slag ; Surface modification ; Activation index
(上接第 3 页)
Feasibitity of A Ne w Technique f or Melting of Heat Resistant Al2bearing Cast Iron
Z HA N G Xi u2hai1 , S U Guang2cai1 , PA N G Zu2gao1 , L I Hua2
图 2 活化指数与球磨时间关系图
2. 2 粒度分析 粒度分析发现加了硬脂酸的钢渣比未加的钢
渣更易粉磨 ,如加入 0. 35g 的硬脂酸粉磨 1h 后的 平均粒径为 6. 8μm ,而相同粉磨时间未加硬脂酸 的钢渣平均粒径为 7. 39μm 。可见硬脂酸的加入 提高了细度 ,硬脂酸在粉磨过程中起到了助磨剂 的作用 。这是因为硬脂酸分子可以中和钢渣颗粒 破碎时被截断颗粒内部的电价键 ,防止细颗粒的 团聚 。 2. 3 红外光谱分析
[4 ] 孙 红 ,刘志强 ,单永奎 ,等. 剥片高岭土的有机改 性[J ] . 矿物学报 ,2003 ,23 (2) :97～101.
[ 5 ] 郑水林. 粉体表面改性[ M ] . 北京 :中国建材工业出 版社 ,1995.
[ 6 ] 陈烨璞 ,吉红恋 ,赵英刚 ,等. 碳酸钙填料的表面改性 [J ] . 无锡轻工大学学报 ,1999 ,4 (18) :11～15.
图 1 硬脂酸用量与活化指数关系
2. 1. 2 行星磨粉磨时间对改性钢渣活化指数的 影响
图 2 是 50g 钢渣中加入 0. 14g 硬脂酸后不同 球磨时间对改性后钢渣活化指数的影响 。可以看 出 ,随着时间的增加 ,改性钢渣的活化指数不断增 大 。这是由于研磨促进了硬脂酸与钢渣颗粒表面 进行反应 ,使硬脂酸定向吸附于钢渣表面增加其 疏水性 。当研磨时间达到 5min 时 ,改性钢渣的活 化指数已达到 38. 63 % ,当达到 10min 时 ,其活化 指数由 38. 63 %上升到 75. 16 % ,变化十分明显 。 到 20min 时达到 92. 36 %。但当研磨时间大于 20min 时 ,活化指数不再增大 ,反而减小 。这是因 为当研磨时间短的时候 ,改性钢渣和硬脂酸混合 不完全 ,钢渣表面改性不完全 ,大部分改性钢渣不 能漂浮在水面上 ,即活化指数很小 ;随着研磨时间 的增加 ,钢渣与硬脂酸充分反应 ,活化指数逐渐增 大 ;当研磨时间达到 20min 时钢渣表面的硬脂酸 达到单分子层覆盖 ,硬脂酸的疏水基朝向外侧 ,此 时活化指数达到最大值 ;再增加研磨时间 ,由于机 械力的作用破坏了单分子层的覆盖 ,反而降低了 钢渣的活性 ,引起活化指数减小 。
表征矿物粉体表面改性效果的评价标准有多 种 ,如“活化指数”、“表面湿润性”、“包覆率”等 。 目前应用最多的是“活性指数”[4 ] 。未进行表面改 性的钢渣表面亲水 ,改性后由于硬脂酸的附着使
收稿日期 :2004 - 03 - 15
2 试验结果及讨论
2. 1 活化指数 2. 1. 1 硬脂酸加入量对改性钢渣活化指数的影
1 试验
表面疏水 ,在水中由于水的表面张力便会漂浮于 水面 。用“活性指数”H ( H = 样品中漂浮部分的 质量/ 样品总质量) 可以很好地表征改性的效果 。 H 在 0～100 %变化 ,可反映表面活化程度的变 化[5 ] 。H 的测定方法如下 : 取改性钢渣 1g 放入 100ml 烧杯中 ,加入 80ml 水 ,充分搅拌后用超声 波振荡 10min ,静置 5h ,取漂浮在水上的钢渣 ,过 滤 ,在 65 ℃烘箱中烘干后用分析天平测量其质 量。 1. 2. 2 粒度分析
响 图 1 是加入不同量硬脂酸,钢渣量相同 (50g) ,在行星球磨机中粉磨 1h 后测得的各样品 的活化指数 。可 以 看 出 ,当 硬 脂 酸 添 加量小于 0. 1g 时 ,改性钢渣的活化指数变化不大 ,当超过 0. 1g 时 ,其活化指数由 0. 1g 时的 2. 68 %上升到 0. 2g 的 95 % ,变化十分明显 ,不到 0. 3g 时即达到
(1. Guangxi Universit y , Nanning 530004 ,China ; 2. Nanning Jie Tong Foundry , Nanning 530010 , China) Abstract :Feasibility experiment of a new technique for t he melting of heat resistant aluminium bearing cast iron was carried out . The results showed t hat wit h t he technique ,dead of t he aluminium kept in 8 %～9 % ,t he segregation of aluminium in t he cast iron was avoided ,and t he chemical composition metallographic structure and mechanical properties are satisfaltory. Keywords :Aluminium heat resisting cast iron ; Segregation ; Deads ; New melting technique
第 19 卷第 4 期 材 料 开 发 与 应 用 ·13 ·
文章编号 :100321545 (2004) 0420013203
钢渣的表面改性研究
赵 国 ,陆 雷
(南京工业大学材料学院 ,江苏 南京 210009)
摘 要 :用硬脂酸在行星磨中对钢渣进行表面改性研究 ,并用平均粒径和活化指数作为表征参数 。研究了不 同条件下的改性钢渣活化指数的变化 ,探索了最佳改性条件 。发现当硬脂酸用量为 0. 5 % ,粉磨 20min 时活 化指数最大 。通过红外光谱分析其改性机理 ,发现硬脂酸是以化学键与钢渣颗粒结合 。 关键词 :钢渣 ;表面改性 ;活化指数 中图分类号 : TQ423. 99 文献标识码 :A
由图 3 可见 ,在 2960cm - 1 处出现了很小的吸收 峰 ,为 CH3 中的 C - H 吸收峰 。图 4 在 1444cm - 1 处的 宽 的 吸 收 峰 在 图 3 中 变 得 尖 锐 , 并 在 1446cm - 1处出现小的吸收峰 。羧酸盐 ( COO - ) 基 团的特征吸收峰在 1440 ～ 1360cm - 1 处 , 图 3 中 1446cm - 1处小的吸收峰应为硬脂酸盐中的 C - O 振动吸收峰 。因而可以断定硬脂酸在粉磨过程中 与钢渣发生了化学反应 用硬脂酸可以对钢渣进行改性并达到很 好的效果 。当硬脂酸用量在 0. 5 %时达到单分子 覆盖 ,此时活化指数最大达 100 % ;在粉磨 20min 时 ,改性钢渣的活化指数最高 。
(2) 粉磨改性时 ,硬脂酸同时起到了助磨剂的 作用 ,可降低钢渣颗粒的平均粒径 。