现代表面改性技术的国内外最新研究进展
材料表面改性的研究现状及其应用
材料表面改性的研究现状及其应用在工业生产和科技研究中，表面改性技术被广泛应用于各种材料的表面处理和改性上，它可以对材料表面的化学、物理和电学性质进行调整，提高材料的机械强度、磨损性、耐腐蚀性、导电性等特性。
本文将介绍当前材料表面改性研究的现状和应用。
一、材料表面改性原理与分类材料表面改性技术的主要目的是通过氧化、还原、质子化、离化等反应，将功能性基团引入材料表面，或改变表面化学状态以达到改善材料性能的目的。
常用的表面改性技术有:1. 化学方法：包括化学还原、化学氧化、化学镀等；2. 物理方法：包括离子注入、等离子体处理、热处理、高能束处理等；3. 生物方法：包括基因工程、酶、激素等的作用。
二、材料表面改性的应用领域材料表面改性技术已经在许多领域中得到了广泛的应用，下面就几个方面来进行说明：1. 质量控制：材料表面改性技术可以提高材料表面的质量，利用化学、物理等方法对材料进行改性处理，提高污染防护和机械抗性等性能，使产品质量更为稳定。
2. 自清洁：在低温等离子处理的作用下，可形成亲水性表面，使污染和尘土更容易被清洁，这种技术被广泛应用于颜料、涂装、医用材料、航空航天、塑料和玻璃等领域。
3. 材料保护与涂装：材料表面改性技术可以有效保护材料，包括防坑、防腐和防水等功能，并能应用于汽车、造船、航空航天等领域。
4. 生物医用：这种方法可通过蛋白质或聚合物材料的修饰获得优良的表面生物相容性，以应用于生物医学领域，如假肢、医用材料等。
三、材料表面改性存在的问题施工技术：材料表面改性需要高精准度的施工技术和相关技术的支持。
精准的施工技术对表面改性效果的影响非常大。
研究人员还需要研究新的改性技术、改善当前技术的可靠性、效率等方面的问题。
应用难以掌握：虽然材料表面改性应用范围广泛，但是只有在对应用程序的了解和协调上取得一定的经验和认识，才能随时解决问题并提供可能的解决方案。
四、结论材料表面改性技术的发展已经成为当前科技和产业内最为重要的领域之一。
PBO_纤维表面改性处理的研究进展
表面技术第53卷第1期PBO纤维表面改性处理的研究进展杨超杰，吴喜娜，魏浩，王国军*（哈尔滨工程大学 青岛创新发展基地，山东 青岛 266000）摘要：聚对苯撑苯并二噁唑（PBO）纤维因其比强度高、比模量高、耐热性好、阻燃性好以及优异的介电性能，现已在安全防护、建筑汽车等领域得到广泛应用。
由于PBO纤维表面光滑、化学惰性，导致其与基体树脂界面结合差，进一步影响复合材料的整体性能，这大大限制了PBO纤维优异综合性能的发挥，所以对PBO纤维表面进行改性处理显得尤为重要。
介绍了近年来国内外针对PBO纤维不同表面改性方法及对应复合材料性能改善程度的研究进展，从PBO纤维改性方法的分类入手，阐述了各种方法的基本原理。
通过对这些处理方法的比较，阐述了国内PBO纤维表面改性的研究进展，指出了国内外在PBO纤维表面改性处理上的差距，为未来的发展方向提供了参考。
PBO纤维表面改性方法包括化学刻蚀法、等离子体处理、表面涂层法、化学接枝法、紫外刻蚀法、上浆剂处理等。
各种改性技术各有利弊，在选择改性方法时，理应考虑达到工艺快捷有效、经济环保和无损纤维性能等指标。
未来，在PBO纤维表面改性的处理方法领域，将逐步向绿色环保的上浆剂处理方向发展。
关键词：聚对苯撑苯并二噁唑纤维；表面改性；界面；复合材料中图分类号：TB34 文献标志码：A 文章编号：1001-3660(2024)01-0048-08DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2024.01.004Research Progress on Surface Modification of PBO FiberYANG Chaojie, WU Xina, WEI Hao, WANG Guojun*(Qingdao Innovation and Development Base, Harbin Engineering University, Shandong Qingdao 266000, China)ABSTRACT: PBO fiber has become the ultimate choice in many fields because of its high specific strength, high specific modulus, good heat resistance, good flame retardant and excellent dielectric properties, and has been widely used in aerospace, national defense weapons, safety protection, construction and automobile fields. Because the surface of PBO fiber is smooth and chemically inert, the interface between PBO fiber and matrix resin is poor, which further affects the overall performance of the composite material, and greatly limits the play of the excellent comprehensive performance of PBO fiber, so it is particularly important to modify the surface of PBO fiber. In this paper, the research progress of different surface modification methods of PBO fibers and the improvement of composite properties in recent years were reviewed. Surface modification was mainly made to change the chemical composition and structure of the surface, improve the number of polar groups and reactive groups;change the surface morphology, improve the roughness and specific surface area; increase the surface free energy and improve the surface wettability. All the above modification effects must minimize the negative effects on the bulk properties of fibers.Finally, it was pointed out that the current surface treatment methods of PBO fibers were still insufficient, and it was necessary收稿日期：2022-12-15；修订日期：2023-04-03Received：2022-12-15；Revised：2023-04-03引文格式：杨超杰, 吴喜娜, 魏浩, 等. PBO纤维表面改性处理的研究进展[J]. 表面技术, 2024, 53(1): 48-55.YANG Chaojie, WU Xina, WEI Hao, et al. Research Progress on Surface Modification of PBO Fiber[J]. Surface Technology, 2024, 53(1): 48-55.*通信作者（Corresponding author）第53卷第1期杨超杰，等：PBO纤维表面改性处理的研究进展·49·and urgent to find a green and efficient modification method. In recent years, with the development of fiber surface modification technology, PBO fiber modification methods have been fully developed, and the corresponding application fields have been expanded. In this paper, the different surface modification methods of PBO fiber and the improvement of the properties of composite materials were introduced. Starting from the classification of PBO fiber modification methods, the basic principles of each method were expounded, and the advantages and disadvantages of each method and the scope of application were clarified.Based on six modification methods, the surface modification methods of PBO fiber at home and abroad were investigated. By comparing these treatment methods, the research progress of PBO fiber surface modification at home and abroad was confirmed, the gap between domestic and foreign PBO fiber surface modification treatment was clear, and the future development direction was pointed out. PBO fiber surface modification methods include chemical etching, plasma treatment, surface coating, chemical grafting, ultraviolet etching, and sizing agent treatment. Each modification technology has its own advantages and disadvantages.When selecting a modification method, it is required to consider the fast and effective process, economic and environmental protection and non-destructive fiber properties. The surface treatment method of sizing agent can meet the above requirements.In recent years, the introduction of active nanoparticles such as graphene oxide, carbon nanotubes and silica into sizing agents to improve interface adhesion has become a research focus. The prepared nanocomposites not only have stronger interface, but also show many attractive functions, such as photothermal conversion, interface self-healing, etc. In addition, as a non-damaging method, surface sizing is an ideal method to achieve uniform UV shielding or light absorption ability on the surface of PBO fiber, which can effectively reduce UV intensity and block UV irradiation. In the future, in surface modification treatment of PBO fiber, the direction of environmental protection sizing agent treatment will be gradually developed.KEY WORDS: poly(p-phenylene-2,6-benzoxazole) fiber; surface modification; interface; composite materials聚对苯撑苯并二 唑（PBO）纤维因其优异的性能，特别是突出的力学性能、热稳定性、低密度，成为一种很有前途的增强先进复合材料的有机纤维之王[1]。
表面科学研究的前沿进展
表面科学研究的前沿进展作为现代科技的重要一环，表面科学在现代材料学、能源化学、环境科学等领域中都有广泛的应用，涉及到许多行业和领域。
本文将从表面纳米科学、表面反应动力学、表面电化学、表面物理学等角度探讨表面科学研究的前沿进展。
表面纳米科学表面纳米科学是表面科学领域的重要分支之一，它涉及到纳米级别下的表面物理、化学以及电子结构等方面，具有高度的学科交叉性。
在表面纳米科学方面，国内外的研究者们在功能材料、催化剂以及纳米器件等方面取得了重要的进展。
例如，利用铂纳米颗粒修饰的氧化铝载体，能够有效催化苯胺的氧化反应，其催化效率远高于传统催化剂。
另外，表面纳米科学还包括表面增强拉曼散射技术。
利用金属纳米结构能够将分子吸附在其表面上，形成一个增强的电场区域，从而增强了分子振动光谱的强度。
通过这种方式，科学家们可以通过对表面增强拉曼散射技术的研究，有效地探测分子的结构与行为，为材料研究提供了先进的手段。
表面反应动力学表面反应动力学是研究表面成分分布以及表面化学反应机理和动力学的学科。
在表面反应动力学领域中，主要涉及到化学吸附、表面扩散、表面反应等方面，其研究成果对于深入了解化学反应机制，促进催化剂的设计以及探究物质表面性质和表面结构等都具有重要的意义。
目前，国内外的研究者们在该领域已经取得了重要的进展。
例如，利用表面反应动力学基础理论和计算方法，研究者们成功地探究了钴金合金催化酸氧化反应的机理，提出了酸处理过的钴金合金更具有活性等结论。
表面电化学表面电化学是表面科学领域重要的研究方向之一。
它主要涉及到电化学过程的理论、机制、方法与材料。
在表面电化学研究中，主要包括表面电荷分布、表面电位与电子结构、表面氧化还原反应等方面。
在表面电化学领域，广泛应用于能源转换、催化剂、生物传感等领域。
例如，在太阳能电池领域，利用表面电化学技术，国内外学者们针对纳米级别的界面结构、电荷分布和界面催化等方面进行深入研究，为太阳能电池的研究和应用提供了重要的理论基础。
材料表面改性技术研究
材料表面改性技术研究随着工业技术的不断发展，材料表面改性技术越来越受到人们的关注。
这项技术广泛应用于各个领域，如航空航天、汽车制造、电子设备等。
它可以改变材料表面的性质，从而改善材料的性能，延长其使用寿命。
本文将介绍材料表面改性技术的研究现状、应用场景以及未来发展方向。
一、材料表面改性技术的研究现状材料表面改性技术是一种通过对材料表面进行物理、化学或机械处理，改变其表面性质的技术。
其研究领域涉及物理、化学、材料科学、机械等多个学科，因此需要协同的多个领域的专家来共同探索。
目前，对材料表面改性技术的研究主要分为以下几个方面：1. 表面涂层技术。
表面涂层是一种常见的表面改性技术，主要应用于防腐、耐磨、抗氧化等方面。
常用的表面涂层材料包括金属涂层、粉末涂层、聚合物涂层等。
随着技术的不断创新，新型表面涂层材料也不断涌现。
2. 表面处理技术。
表面处理技术是通过物理或化学方法对材料表面进行处理，使其表面性质发生改变。
其中，化学处理包括酸洗、镀金属、镀铬等，物理处理则包括研磨、抛光、冷加工、热处理等。
3. 表面形貌调控技术。
表面形貌调控技术是通过对材料表面形貌进行微观或宏观调控，实现表面性能的改善。
其应用范围包括材料表面复合材料制备、微纳米加工、生物医学、传感器等方面。
二、材料表面改性技术的应用场景材料表面改性技术在多个领域都有广泛的应用。
下面列举一些典型的应用场景：1. 航空航天领域。
航空航天领域对材料的性能要求极高，而材料表面改性技术可以改善材料的性能，例如提高抗腐蚀性能、降低氧化速度。
例如，航空发动机的涡轮叶片采用高温涂层技术，提高其耐热性能。
2. 汽车制造领域。
汽车部件需要具备良好的耐磨性、减震性能、耐腐蚀性等，而材料表面改性技术可以改善这些性能。
比如，汽车发动机的活塞采用薄膜涂层技术，提高了其耐磨性能。
3. 电子设备领域。
电子设备对材料的性能要求越来越高，材料表面改性技术可以改善材料的导电性能、电化学性能等，提高电子设备的性能稳定性。
航空材料表面改性技术研究及应用前景
航空材料表面改性技术研究及应用前景引言：随着航空业的迅猛发展和航空器运行环境的严峻条件，对航空材料的性能要求越来越高。
航空材料表面改性技术在提高材料性能、延长使用寿命和降低维修成本等方面发挥着重要的作用。
本文将介绍航空材料表面改性技术的研究进展和应用前景。
一、航空材料表面改性技术的研究进展1. 表面涂层技术表面涂层技术是航空材料表面改性的常见方法之一。
涂层可提供材料的防腐蚀、耐磨损、耐高温和抗氧化等性能。
目前，热喷涂技术、电化学沉积技术和物理气相沉积技术是常用的表面涂层技术。
这些技术不仅可以改善材料的表面性能，还可以延长材料的使用寿命。
2. 表面改性工艺表面改性工艺是通过物理或化学方法改变材料表面的化学成分或物理结构，以满足特定的技术要求。
常见的表面改性工艺有离子注入、化学镀膜、微弧氧化和激光熔覆等。
这些工艺可以提高材料的耐腐蚀性、摩擦磨损性和抗疲劳性能，满足航空器在恶劣环境下的使用需求。
3. 表面纳米技术表面纳米技术是将纳米材料应用于航空材料的表面改性中。
纳米材料具有特殊的物理、化学和机械性能，在航空材料的表面改性中具有广阔应用前景。
纳米涂层、纳米颗粒填充材料和纳米结构形成等技术被广泛研究和应用，以提高材料的硬度、抗腐蚀性和疲劳性能。
二、航空材料表面改性技术的应用前景1. 抗腐蚀和防氧化航空器在高空飞行时，表面容易受到氧气和湿气的腐蚀。
通过表面涂层和改性工艺，可以提高材料的抗腐蚀性能，延长航空器的使用寿命。
此外，表面涂层还可以提供良好的防氧化性能，减少航空器在高温环境下的氧化速率。
2. 耐磨损和抗疲劳航空器在飞行过程中，表面往往遭受严重的摩擦和磨损。
通过表面改性技术，可以使材料的硬度提高、表面平整度增加，从而提高材料的耐磨损性能。
此外，表面改性技术还可以增强材料的抗疲劳性能，减少由于循环载荷引起的裂纹和断裂。
3. 航空器外观和能效航空器的外观不仅影响其美观度，还与其气动性能和燃油效率有关。
表面涂层技术可以改善航空器的外观，减少气动阻力，提高飞行效率。
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。
钴酸锂正极材料表面改性进展
钴酸锂正极材料表面改性进展钴酸锂（LiCoO2，简称LCO）正极材料因其高能量密度、高电压平台和良好的循环稳定性，在锂离子电池领域得到了广泛的应用。
然而，随着电动汽车和便携式电子设备对电池性能要求的不断提高，钴酸锂正极材料在实际应用中也面临着一些挑战，如较低的热稳定性、较差的循环寿命和较差的安全性等。
为了提高钴酸锂正极材料的性能，研究者们进行了大量的表面改性研究。
本文将探讨钴酸锂正极材料表面改性的研究进展。
一、钴酸锂正极材料的表面改性方法钴酸锂正极材料的表面改性方法主要包括物理改性和化学改性两大类。
1.1 物理改性方法物理改性方法主要通过改变材料的表面形貌、结构和尺寸来改善其性能。
常见的物理改性方法包括机械球磨、热处理、超声处理等。
1.1.1 机械球磨机械球磨是一种通过外力作用使材料颗粒细化、表面活性增加的方法。
通过球磨处理，可以有效地减小钴酸锂正极材料的颗粒尺寸，增加其比表面积，从而提高材料的电化学反应活性和循环稳定性。
1.1.2 热处理热处理是通过控制温度和气氛来改变材料表面性质的方法。
适当的热处理可以去除钴酸锂正极材料表面的杂质，减少晶格缺陷，提高材料的热稳定性和电化学性能。
1.1.3 超声处理超声处理利用超声波的空化效应，使材料表面产生微米级或纳米级的裂纹，从而增加材料的比表面积和表面活性。
超声处理可以有效地改善钴酸锂正极材料的电化学性能。
1.2 化学改性方法化学改性方法通过在材料表面引入新的化学基团或化合物来改善其性能。
常见的化学改性方法包括表面包覆、表面涂层、表面掺杂等。
1.2.1 表面包覆表面包覆是通过在钴酸锂正极材料表面包覆一层稳定的化合物，如氧化物、磷酸盐、氟化物等，来提高材料的热稳定性和循环稳定性。
包覆层可以有效地阻止电解液与材料表面的直接接触，减少副反应的发生。
1.2.2 表面涂层表面涂层是通过在钴酸锂正极材料表面涂覆一层导电性好、化学稳定性高的化合物，如碳材料、聚合物等，来提高材料的电导率和循环稳定性。
材料表面改性技术的现状与应用分析
材料表面改性技术的现状与应用分析材料表面改性技术，是指通过修饰材料的表面，改变其表面性质，以提高材料的物理、化学、生物等性能。
这种技术已经广泛应用于各个领域，例如材料科学、化学、医学、生物学等。
本文将对材料表面改性技术的现状与应用进行分析。
一、材料表面改性技术的分类一般来说，可以将材料表面改性技术分为化学改性技术和物理改性技术两类。
化学改性技术是指在材料表面通过化学反应形成新的化学键，使材料的表面性质得到改变。
这种技术的优点是改性效果较为显著，但缺点也不小，例如需要使用的溶剂可能对环境造成污染，而且方法较为复杂，需要较长时间。
物理改性技术则是指改变材料表面的物理形态，例如在材料表面形成等离子体，利用磁控溅射等方法进行改性。
这种技术的优点在于操作相对简单，可进行大规模生产，但缺点在于改性效果可能不太明显。
二、材料表面改性技术的应用领域材料表面改性技术在各个领域都有应用，下面将以几个典型的应用领域为例进行介绍。
1、医药领域在医药领域，材料表面改性技术已经广泛应用。
例如利用化学改性技术，可以在药物的表面修饰上适当的官能团，从而改变药物的性质，增加药效，减少副作用。
而在硅胶、铝酸盐等材料表面上修饰有机官能团，可以提高材料的亲水性，从而使药物更容易被人体吸收。
2、光电器件制造在制造光电器件时，材料的表面物理性质通常是关键因素之一。
例如在铜铟镓硒太阳能电池的制造中，将TEL(CH3CN)4的气体流通过表面电化学反硝化方法用于对铜铟镓硒电池的前层进行原子层表面精细修饰，改变其表面性质，从而提高太阳电池的转换效率。
3、生物医学领域材料表面改性技术已经广泛应用于生物医学领域。
例如可以通过表面改性技术来改变生物材料的亲水性和疏水性，使其更适合生物医学用途。
另外，还可以将生物材料表面修饰上生物活性物质，例如单链抗体、多肽等，从而实现生物特定的目的。
三、结语总之，材料表面改性技术是一种十分实用的技术，已经广泛应用于各个领域。
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J I A N G S U U N I V E R S I T Y现代表面改性技术的国内外最新研究进展学院名称：专业班级：姓名、学号：指导教师：时间：摘要：金属材料表面改性技术是一门新兴的技术，主要包括激光表面改性、离子注入法、物理气相沉积法和热喷涂等，简述了该4种技术的研究和发展现状，对各种技术的原理和应用状况分别加以描述，最后总结了材料表面改性技术的发展前景。
关键词：激光表面改性离子注入物理气相沉积。
工业技术的发展使得制造工业产品所需的材料品种日益繁多，为了适应高强度、高硬度、耐磨、耐高温、耐腐蚀等不同要求，通常采用各种表面处理技术对普通金属材料表面进行加工，使其适用各种复杂的工作环境。
金属材料表面改性技术很多，除传统的热处理、电镀堆焊外，还包括激光表面改性、离子注入法、物理气相沉积法和热喷涂等。
随着现代工业的发展, 对机械产品零件表面的性能要求越来越高。
对其研究已经成为材料科学研究的一个重要领域。
表面改性研究的重要性在于在不改变原材料基本性能的基础上采用各种技术改善或提高材料的表面性能, 金属材料表面改性可以提高零件的寿命、减少磨损, 提高经济效益。
铜合金具有很高的导电、导热性能及良好的塑性; 电极电位是正值, 具有很好的耐蚀性能; 铜合金还是优良的耐磨材料, 这些特点是其它材料所不能同时具有的。
铜合金在机械、电子等各行各业的广泛应用, 特别是在耐磨、耐热、耐蚀零件中。
如要求表面高性能的铜材零部件有连铸结晶器, 氧枪喷头, 高炉风口, 滑块, 轴承等, 高炉风口是典型的耐磨耐热零部件, 通过表面改性, 不仅保持其传导性而且达到表面高硬度、高耐磨性等使用要求。
目前, 铜合金的表面改性技术主要有: 热处理多元共渗、表面渗硫、等离子喷涂以及铸渗法等。
1 激光表面改性由于激光特有的优良属性, 自从20世纪中期激光器的研制成功以来, 激光已被广泛应用于科学技术研究和工业生产。
激光表面改性是激光在表面技术领域中的新的应用, 虽然在激光应用领域中只占大约15%的比重, 但由于激光表面处理同其他表面处理技术相比具有很多独特的优点, 如激光熔化后形成的组织, 化学均匀性很高, 而且晶粒非常细小, 因而强化了合金,使耐磨性大大提高; 由于热输入小, 工件变形小, 对基体产生的热影响很小等等。
因此在表面处理领域内, 针对激光表面改性的研究和开发活动相当活跃。
根据采用的不同的激光能量密度和不同的处理方式, 激光表面改性技术中比较典型的方法有几种: 激光熔覆、激光表面熔凝、激光相变硬化、激光冲击强化、激光表面合金化等。
这些方法的目的都是为了使工作面获得基材无法达到或代价太大的高硬度、高耐磨性以及高耐腐蚀性等性能, 从而实现既节约了成本, 又满足工作要求的目的。
本文综述了激光表面改性技术的研究和应用状况, 展望了激光表面改性技术的发展趋势。
1．1 激光相变硬化在各种激光表面改性的方法中激光相变硬化是当前研究最多的, 进展最快的一种表面改性方法。
激光相变硬化又称激光淬火, 就是利用激光将金属材料加热到相变点以上, 金属熔化以前, 依靠金属自身冷却达到淬火的目的。
激光相变硬化的实质是马氏体相变硬化。
马氏体和亚结构晶粒都被超细化, 相变硬化后残余奥氏体也被显著强化。
与常规热处理淬火相比较,激光相变后材料硬度要提高15% ~ 20%, 低碳钢也能提高一定的硬度。
激光相变硬化技术已经应用于球墨铸铁的曲轴; 灰铸铁的导向阀; 铸铁的柴油机轴瓦、凸轮轴、铆钉、联轴器、弹簧; 4340钢的安全凸轮等。
对4Cr13不锈钢过丝辊进行激光表面淬火, 得到的硬化层组织为细小的位错马氏体和隐晶马氏体及少量的残留奥氏体, 组织细密, 硬度高, 并且显著降低了工件的畸变量。
激光相变硬化技术在用以提高金属材料的表面硬度、耐磨性、疲劳寿命等方面已经基本成熟, 在机械行业也得到日益广泛的应用。
1．2 激光冲击强化利用高能密度激光束照射金属材料表面, 由于金属升华气化而急速膨胀, 产生的高于材料的动态屈服强度的高压应力波,从而提高了金属材料的物理机械性能。
大功率激光冲击的作用基本上是力学性质, 其热作用可以忽略不计。
激光冲击强化改善了材料表面的耐磨性和耐腐蚀性能, 大大提高材料的强度和硬度, 这项新技术最显著的特点是明显改善材料的抗疲劳性能。
由于激光冲击强化后使材料产生的变形很小, 不产生热影响区,也不改变材料的表面粗糙度, 非常适合于微小孔区、焊缝热影响区等局部区域的表面强化。
国外正在进行用激光冲击波来改善飞机结构中紧固件疲劳性能的应用研究。
激光冲击在提高焊缝强度方面的应用研究工作做得较少,相关的报道不多,但激光冲击技术用于改善焊接接头区性能的研究工作具有相当的吸引力。
1．3 激光合金化利用高能量的激光束使根据需求加入的合金层涂层与基体金属表面混合熔化, 在极短的时间内, 形成不同化学成分和结构表面的合金层。
由于激光加热速度快的特性, 发生成分、组织和性能变化的熔化区及热影响区都很小。
合金元素完全溶解于表层内, 获得的改性层成分很均匀, 对皲裂和剥落等倾向不敏感。
激光表面合金化与激光熔覆有许多相似之处, 但激光熔覆后, 基体成分基本上不进入涂层中, 而激光表面合金化形成的表面层是合金涂层与基体共同形成的混合层。
激光合金化技术比较适合用于零件的重要部位, 如模具的刀刃等。
这种方法不仅增加了工件的寿命和疲劳强度, 而且简化了工艺, 节约了合金元素。
目前, 在工业应用中已经开始使用这种表面处理技术。
例如: 在氮气氛中熔化T i形成硬度和熔点都很高的T iN, 从而提高表面的硬度和耐磨性。
许多合金元素如T i、Nb、V、Cr等都可以通过这种方法渗入材料表层, 从而大幅度改善材料的硬度, 耐磨性和耐腐蚀性能。
近年来日本的汽车制造业亦开始采用这种技术，对汽车排气阀实施激光涂覆钨铬钴合金层。
1．4 激光非晶化激光非晶化是利用激光熔池所具有的超高速冷却条件使某些成分的合金表面形成具有特殊性能的非晶层。
激光表面改性技术很大幅度地提高了金属材料表面的硬度、耐磨性和耐腐蚀性等。
激光表面处理效果的优越性使激光表面处理的领域不断扩大, 从黑色金属到有色金属, 甚至运用于非金属材料的表面改性。
激光表面改性技术具有广阔的发展前景, 潜力很大, 经济效益可观, 国内外都在积极投入力量进行研究。
为了得到综合效果更好的表面层, 复合表面改性技术将是激光表面改性的一个重要方向。
由于激光光束小, 导致处理面小是激光表面改性技术急需解决的问题。
随着激光器、机器人和自动控制技术的发展, 激光表面改性技术将向着大功率、自动化、智能化的方向迈进。
激光表面处理技术对环保几乎没有负面效应, 明显的性能优势将使激光表面改性技术在众多表面改性技术中占据主导地位。
2 离子注入法离子表面改性技术主要包括离子镀、离子注入和离子化学热处理等。
离子镀技术主要有蒸发源离子镀、多弧离子镀和磁控溅射离子镀等。
其中磁控溅射离子镀是由磁控溅射技术与溅射离子镀技术有机结合而成。
其施镀工艺不同于普通离子镀，可得到耐磨性、耐蚀性、耐热性不同的镀层。
利用磁控溅射离子镀技术强化阀座表面的试验研究为阀座表面强化开辟了一条新途径。
离子注入技术是将预先选择元素的原子离化后，经电场加速，使其获得高能量，然后将其打入材料中的过程。
该技术作为改变材料表面物理、化学、电磁学和力学性能的有效手段，在世界范围内得到广泛应用。
目前投入运行的离子注入机主要为氮注入机。
离子化学热处理的基本原理是：将工件置于真空室内，其问充以适当分压的渗剂气体（氮气或碳氢化合物），在外加直流电压的作用下，电子从工件向真空室壁运动，当含渗剂的混合气体分子被电子碰撞离化时，产生辉光放电。
新形成的正离子将向工件加速，当与工件表面发生碰撞时，与工件表面的化学元素相结合。
研究表明，采用强流脉冲电子束轰击处理可以有效地清除316L不锈钢表层的MnS夹杂物，从而达到净化材料表面的目的。
通过对1Crl8Ni9Ti奥氏体不锈钢进行碳氮离子不同剂量注入和共注入，可引起注入元素在钢中的化学效应，改善了注入层结构，并形成新的合金层或弥散强化相。
使钢表面硬度增加、摩擦特性得到改善、抗磨损特性提高。
并改善钢的抗氧化和抗腐蚀特性。
3 物理气相沉积法物理气相沉积技术是一种对材料表面进行改性处理的高新技术, 最初和最成功的发展是在半导体工业、航天航空等特殊领域。
在机械工业中作为一种新型的表面强化技术起始于80 年代初, 而且主要集中在切削工具的表面强化。
以改善机械摩擦副零件性能为目的的研究近10 多年才受到广泛重视, 是现在重点开发的新领域。
将金属、合金或化合物放在真空室中蒸发，使这些气相原子或分子在一定条件下沉积在工件表面上的工艺称为物理气相沉积(简称PVD)。
美国Balzers Too l Coat ing 公司1994 年评估了用PVD法制取的薄膜在2000年前的市场发展前景, 认为, 1980 年PVD 镀层95% 用于改善切削工具寿命, 在2000 年50%PVD 镀层将用于提高切削工具性能, 另50% 将用于改善冲压模、磨损零件部等的寿命。
由于大量采用新技术和新工艺, 使物理气相沉积技术近10 年在模具和磨损零部件的应用上迈进了一大步, 正在改变那种PVD 就是刀具上镀T iN 的传统概念。
物理气相沉积法用于零件防蚀抗磨损镀层越来越多, 取得非常好的效果。
德国Dorrenberg Edelstah l公司开发了一种在压模上使用电弧蒸发镀沉积、具有高附着力的CrN 涂层的PVD法, 镀层性能高于T iN 或T iCN 镀层, 可用于铝件的加工模具上。
英国Cambridge 和Tecvac 公司完善了在加工黄铜、T i 和A l的加工模具上的CrN 沉积法, 镀层厚度3～20 μm, 镀层具有良好的附着性, 镀层显示了较好的使用效果(包括挤压, 成型以及塑料加工模具)。
MultiArc (U K) Ltd 在伯明翰Too ling ’95 展览会上介绍了该公司一种用于提高冲模寿命的PVD 工艺, 6～8 μm厚的沉积层提高冲压4 mm 厚钢质变速箱壳的冲模寿命, 由冲压500 次增大到20400次, 且不需要再抛光。
日本在活塞环等零件表面采用离子镀法镀覆具有CrN或Cr2N成分、附着力强的耐磨膜, 膜层中氮浓度由基体向表面膜层表面不断增大。
镀层在不断变更氮分压情况下用蒸发源铬和反应气体N2制成, 镀膜层厚度10～60μm, 硬度1500～2000HV , 远高于电镀Cr 和氮化。
它的耐粘着性能约是电镀Cr 的1. 5倍, 且其实际耐久性是电镀Cr 的4～10倍, 具有运行平稳、无拉缸、抱缸现象, 效果十分理想, 是一种无公害的、可取代电镀Cr处理的表面处理手段。