表面改性技术综述
聚合物表面改性方法综述
聚合物表面改性方法综述聚合物表面改性方法综述摘要：由于聚合物表面化学能低、化学惰性等因素，其使用时需要进行表面改性。
本文综述了聚合物表面改性的方法（化学处理、低温等离子处理、表面接枝处理、电晕放电处理、光化学改性和离子注入改性），并对其改性机理及应用研究进展进行了说明。
关键词：聚合物，表面，改性方法高聚物表面因表面能低、化学惰性、表面污染及存在弱边界层等原因，往往难以润湿和粘合。
因此，常常要对高聚物进行表面处理。
表面处理的目的就是改变表面化学组成，增加表面能，改善结晶形态和表面的几何性质，清除杂质或脆弱的边界层等，以提高聚合物表面的润湿性和粘结性等。
高聚物的表面改性方法有多种，如电晕、火焰、化学改性、等离子改性、辐照、光化学改性等。
这些方法一般只引起10nm～100μm 厚的表面层的物理或化学变化，对整体性质影响较小。
高聚物表面处理后的表面层化学、物理结构发生了变化，但是由于表面层很薄，对表面层变化的表征往往比较困难，表面物理性能一般通过接触角和表面能的测试进行表征，表面的形貌可用电镜进行观察，表面化学组成可由ESCA(光电子能谱)表征。
表面处理的效果往往由材料使用的性能直接评估，例如粘接强度的提高，印刷性能的改进，染色性的改善等等。
目前，聚合物改性方法主要有：化学处理、低温等离子处理、表面接枝、电晕放电处理和热处理等方法。
本文综述了上述聚合物表面方法的研究进展。
1.化学处理化学处理是用化学试剂浸洗高聚物, 使其表面发生化学的和物理的变化。
其研究进展如下：1.1溶液氧化法溶液氧化法是一种应用时间较长的处理方法，由于其简便易行，以处理形状复杂的部件，且条件易于控制，一直受到广泛关注。
溶液氧化法对聚合物表面改性影响较大的因素主要是化学氧化剂的种类及配方、处理时间、处理温度。
常用的氧化体系有:氯酸-硫酸系、高锰酸-硫酸系、无水铬酸-四氯乙烷系、铬酸-醋酸系、重铬酸-硫酸系及硫代硫酸铵-硝酸银系等，其中以后两种体系最为常用。
生物医用材料表面改性技术综述
生物医用材料表面改性技术综述随着医疗技术的发展和生物医用材料的广泛应用，生物医用材料表面改性技术越来越受到关注。
在生物医学领域，生物医用材料的表面改性技术可以有效地改善材料的性能，提高其生物相容性和生物亲和力，减少材料与生物组织之间的反应和排斥，提高其临床应用效果。
本文将综述生物医用材料表面改性技术的原理、分类以及应用现状。
一、生物医用材料表面改性技术原理生物医用材料表面改性技术的原理主要是通过对生物医用材料的表面进行化学或物理方法的改变，来实现对材料表面性质的调控，从而使其更加适合医学应用。
表面改性技术的主要作用是改进材料表面的形态结构、表面粗糙度、表面化学组成和表面能，以达到改善生物相容性和生物亲和力的目的。
二、生物医用材料表面改性技术分类1、化学改性技术化学改性技术是将生物医用材料表面进行化学修饰，使其呈现出希望的生物相容性和生物亲和性。
化学改性技术主要包括表面活性剂改性、胶原蛋白覆盖、化学交联和生物活性物质的掺杂等。
表面活性剂改性技术是利用表面活性剂的表面作用力将化合物吸附在表面上，从而改变表面化学性质的方法。
该技术可以改变表面能和表面化学成分，这样就可以增加材料表面的吸附能力和亲水性等，从而促进细胞黏附和增强生物相容性。
胶原蛋白覆盖是指用高分子胶原蛋白在生物医用材料表面覆盖一层胶原蛋白，从而提高其生物相容性和生物亲和力。
胶原蛋白具有良好的生物活性和生物亲和力，可以与细胞黏附，具有很好的生物相容性。
化学交联技术是指通过交联剂将分子或者高聚物与生物医用材料表面共价结合来实现改性。
这种方法可以改变生物医用材料表面的物化性质，从而达到改善其生物相容性和生物亲和力。
2、物理改性技术物理改性技术是改变生物医用材料表面性质，通过物理手段实现。
物理改性技术的方法较多，如电化学处理、离子注入、高压氧气等等。
这些方法可以改变材料表面的形态结构、表面粗糙度和表面能，从而提高其生物相容性和生物亲和力。
3、微纳米技术微纳米技术是利用微纳米技术制造出微米或纳米级别的表面纹理或其它结构，从而改变生物医用材料表面特性的方法。
燃料电池金属双极板表面改性技术综述
燃料电池金属双极板表面改性技术综述
张玉坤;徐斌
【期刊名称】《有色金属加工》
【年(卷),期】2024(53)1
【摘要】文章从耐腐蚀性、导电性的角度,概述了燃料电池金属双极板的性能要求、表面改性涂层材料和改性加工方式,重点介绍了不同涂层材料表面改性的特点,及对
金属双极板性能的影响,为燃料电池双极板的后续发展提供参考。
【总页数】8页(P9-15)
【作者】张玉坤;徐斌
【作者单位】广汽丰田汽车有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TM912;U469.72
【相关文献】
1.质子交换膜燃料电池用金属双极板表面改性的研究进展
2.燃料电池钛基金属双极板的表面改性
3.质子交换膜燃料电池金属双极板表面改性研究进展
4.质子交换膜
燃料电池金属双极板表面改性涂层研究进展5.质子交换膜燃料电池金属双极板表
面改性研究进展
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
复合材料表面处理方法综述
复合材料表面处理方法综述专业：材料科学与工程学号：2012000186姓名：杨彪摘要：界面是复合材料极为重要的微观结构,它作为增强体与基体连接的“桥梁”，对复合材料的物理机械性能有至关重要的影响。
复合材料的界面层及其优化设计，即复合材料界面工程，是复合材料研究的一个重要领域。
界面问题，在复合材料制备中起很大的作用，界面结合的好坏，直接影响复合材料的整体性能。
现针对国内外增强树脂用玻璃纤维、碳纤维以及芳纶纤维的表面处理方法，以强调界面问题的重要性。
关键词：界面，玻璃纤维，碳纤维，芳纶纤维Abstract：The interface is the microscopic structure of the composite material is extremely important, as a "bridge" to enhance and matrix connected, have a crucial impact on the physical and mechanical properties of the composites. The composite interface layer and its optimized design, the composite interface engineering, is an important area of research in the composite. Interface problems play a significant role in the preparation of composite materials, the interface combine the good and bad, a direct impact on the overall performance of the composite material. Now for domestic and reinforced resin with glass fibers, carbon fibers and aramid fibers of the surface treatment method, emphasizing the importance of the problem of the interface. Keywords: interface, glass fiber, carbon fiber, aramid fiber1 前言界面是复合材料极为重要的微观结构，它作为增强体与基体连接的“桥梁”，对复合材料的物理机械性能有重要的影响[1]。
生物医用材料表面改性综述
•表面孔径降低为10～30um 内皮细胞部分覆盖
抗凝血效果降低。 但是内表面多孔人工血管长期使用时易于破损、 失效率较高，这个问题还有待解决。
10
控制材料表面的粗糙化主要有以下方法：
1) 用 精 密 的 机 械 加 工 方 法 在 材 料 表 面 加 工 出 约 500um尺寸的螺线、台阶和孔等。
级联反应而形成血栓。
•表面吸附层主要是白蛋白时，可以防止凝血的发生。
22
因此，用白蛋白涂层或改善材料的表面 结构的方法，使材料选择性地吸附白蛋白涂 层来提高材料的血液相容性，就成为重要的 研究内容。
23
白蛋白在材料表面的结合状态是白蛋白可否 发挥作用的关键。 物理吸附法获得的白蛋白涂层结合力较差， 在与血液接触中容易与其他蛋白质发生交换作用， 从而使抗凝血性能逐渐下降。
➢ 现状:已建立材料表面形貌与细胞、组织黏 附行为之间的关系；
➢ 方向 ✓ 从分子水平上研究材料表面形貌对细胞形态
与功能的影响； ✓ 研究材料表面形貌对基因表达的影响。
15
2 .生物医用材料的表面修饰
• 材料表面修饰是材料改性最直接方法。 • 作为人体的一部分，正常人体器官充分参与了人
体系统的物质、能量及信息交换，因而能被人体 系统自然地接受和调控。 • 作为植入体的人工器官则难以完全实现上述各种 形式的物质交换，容易被人体系统视作异物，因 而产生各种排斥反应。
触面积，而是粗糙表面择优粘附成骨细胞、上皮细
胞。
5
“接触诱导”(contact guidance)作用
即细胞在材料表面的生长形态受材料表面形态 的调控，例如平行犁沟状表面 成纤维细胞沿沟 取向生长。已发现
氧化锆种植体表面改性及其在骨结合中的作用
氧化锆种植体表面改性及其在骨结合中的作用氧化锆拥有优良的美学性能、良好的力学性能和生物相容性，但未处理的氧化锆表面具有生物惰性，骨结合能力相对较差。
目前研究热点想通过氧化锆表面改性，增强材料骨结合能力。
本文将对此作综述。
1.表面形貌的改性表面形貌包括宏观、微观、纳米尺寸的形貌，会影响种植体周围细胞的粘附、增殖和分化及其生物力学稳定性。
氧化锆表面形貌的改性方法主要包括喷砂、酸蚀、喷砂酸蚀、激光、选择性渗透酸蚀等。
1.1喷砂喷砂指将铝或碳化硅等颗粒喷到氧化锆植入体表面，形成粗糙的表面，能提高表面粗糙度，从而增强蛋白的粘附和其他细胞行为[1]。
1.2酸蚀酸蚀即采用氢氟酸（HF）、硝酸、硫酸等溶液去除表面杂质，形成微米级结构，能增加材料表面积。
1.3喷砂-酸蚀酸蚀结合喷砂结合两者优点，是最常用的改性方法之一。
喷砂形成的较大凹坑可以为细胞提供附着的位点，促进细胞粘附、延伸和分化。
酸蚀形成的小凹坑与细胞形成点状接触从而刺激细胞生物活性。
这两个因素作用下，增加了黏着斑水平，最终促进了种植体周围骨形成[2]。
1.4选择性渗透酸蚀(SIE)Aboushelib[3]发明的一种新技术——选择性渗透酸蚀，通过在氧化锆表面覆盖一种特别的渗透玻璃，加热熔融。
熔融的液相玻璃在晶界之间扩散产生表面张力和毛细作用力，将晶粒分离。
最后冷却之后晶界之间的玻璃会在酸中蚀刻，得到纳米级多孔结构。
1.5激光激光处理可在氧化锆表面形成微纳米结构，能显著提高表面粗糙度，增加表面羟基数量，改善表面润湿性，促进成骨细胞黏附[4]。
目前有光纤激光、飞秒激光、CO2激光、Nd:YAG激光等。
2.表面化学修饰表面化学修饰是指将官能团应用于表面以优化表面化学性质，如润湿性、化学成分、电荷、结晶度，促进细胞粘附、增殖等反应。
2.1紫外线处理由于超亲水性，经紫外处理的钛种植体的骨整合性得到了显著改善。
这种现象称为“紫外光介导的光功能化”，其机制为:紫外线在桥接氧位点产生表面氧空位，有利于离解水的吸附。
中国无机粉体表面改性技术发展现状
中国无机粉体表面改性技术发展现状郑水林（中国矿业大学北京校区北京 100083）摘要：目前应用的表面改性工业主要有干法工艺、湿发工业、复合工艺三大类；表面改性设备部分是从化工、塑料、粉碎、分散等行业中引用过来的，专用粉体表面改性设备的开发始于20世纪90年代后期；表面改性剂主要有偶联剂、表面活性剂、有机低聚物、不饱和有机酸、有机硅、水溶性高分子以及金属氧化物及其盐等；表征技术有直接表征和对表面改性粉体应用性能的表征两种。
本文综述了中国无机粉体表面改性技术的现状并对其主要发展趋势进行了分析和展望。
关键词：无机粉体表面改性改性剂改性机前言以硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐、氧化物、氢氧化物、碳化物等为主要成分的无机粉体及其复合无机粉体是一类在现代工业、农业、建筑、交通运输、航空航天、环保等领域得到广泛应用的新材料。
这类新型无机粉体材料除了粒度微细且分布合理外，另一个重要特征是表面性质依用途不同进行了表面改性或优化处理，其目的是改善粉体的应用性能，如提高无机粉体的分散性、与复合材料中基料的相容性、改善材料的电性、热性、光性、耐侯性、化学稳定性以及改善复合材料的力学性能等【1】。
在复合材料迅速发展的现代社会，作为复合材料填料的无机粉体已逐渐成为复合材料不可或缺的重要组成部分。
无论是有机/无机复合材料还是无机/无机复合材料，粉体的表面特性，特别是超细粉体和纳米粉体的表面特性，是影响材料性能的关键因素之一。
其它诸如涂料或涂层材料吸附与催化材料等，粉体的表面性质都是决定其材料性能的关键因素之一。
正因为如此，粉体表面改性或表面处理技术已成为粉体加工技术的重要组成部分之一。
中国在这一领域虽然起步较晚，但近二十年来，尤其是近十年来，也有了较快发展【2】。
表面改性技术的主要组成部分是表面改性工艺、设备、表面改性剂及其配方、应用和表征技术等几方面，本文以工业化表面改性或表面处理技术为基点，简要回顾总结我过无机粉体表面改性技术的发展现状及其发展趋势。
橡胶表面改性的方法
橡胶表面改性的方法石 锐1,田 明1,2,齐 卿1,张立群1,2(1.北京化工大学北京市新型高分子材料制备与加工重点实验室,北京 100029;2.北京化工大学教育部纳米材料先进制备技术及应用科学重点实验室,北京 100029) 摘要:综述橡胶表面改性的方法,包括化学技术改性和物理技术改性。
化学技术改性包括表面卤化(氟化、氯化、溴化和碘化)、表面氧化和共价功能化改性;物理技术改性包括表面涂层、等离子处理与等离子聚合改性、辐射(等离子、γ2射线、紫外线和电子束等)引发表面接枝聚合等。
指出橡胶表面改性还需从橡胶表面分子的微观结构入手,不断探索新的改性手段,从而达到适应不同环境的目的。
关键词:橡胶;表面改性;化学技术改性;物理技术改性中图分类号:TQ330.7+5 文献标识码:B 文章编号:10002890X (2006)0320186206作者简介:石锐(19812),女,河南林州人,北京化工大学在读博士研究生,主要从事新型生物弹性体的设计、改性和应用研究。
很多情况下,橡胶材料是通过其表面和表面性能来参与工作的。
橡胶表面改性是在不影响橡胶基材性质的基础上通过改变橡胶的表面性质来适应某些特定的用途或赋予橡胶某些特殊的性能。
硅橡胶属于表面疏水性物质,但通过表面改性可以提高其表面亲水性,从而作为生物材料使用,扩展其使用范围;通过表面改性可在不影响材料强度的前提下减小旋转轴密封圈的表面摩擦。
橡胶材料表面改性按照改性目的可分为改变表面摩擦性能、改变表面粘合性能和改变表面亲水性能等;按照橡胶材料表面大分子发生变化的性质可分为物理改性和化学改性;按照改性方法可分为化学技术改性和物理技术改性。
本文按照改性方法对橡胶材料的表面改性进行介绍。
1 化学技术改性化学技术改性是指通过反应剂与材料表面发生化学反应,使材料表面在化学结构(有时伴随物理结构)上发生改变,从而达到提高材料某些性能的目的。
橡胶表面化学技术改性属于化学改性,改性时所发生的化学反应很复杂,涉及到取代、置换和环化反应等。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
表面改性技术综述表面改性是指采用某种工艺和手段使材料获得与其基体材料的组织结构性能不同的一种技术。
材料经过改性处理之后，既能发挥材料基体的力学性能，又能使材料表面获得各种特殊性能，如耐磨，耐腐蚀，耐高温，合适的射线吸收等。
金属表面改性技术在冶金、机械、电子、建筑、轻工、仪表等各个工业部门乃至农业和人们日常生活中都有着广泛的用途, 其种类繁多。
除常用的喷丸强化、表面热处理等传统技术外, 近些年还快速发展了激光、电子和离子等高能束表面处理技术。
今后, 随着物理学、材料学等相关学科的迅速发展, 还将不断涌现出新的表面改性技术。
尤其是复合表面技术的发展, 有可能获得意想不到的效果。
金属表面改性技术的飞速发展和不断创新, 将进一步推动其在工农业生产中的应用, 带来显著的经济效益。
传统的表面改性技术有：表面形变强化、表面热处理、表面化学热处理、离子束表面扩渗处理、高能束表面处理、离子注入表面改性等。
1、喷丸强化喷丸处理是在受喷材料再结晶温度以下进行的一种冷加工方法, 是将弹丸在很高速度下撞击受喷工件表面而完成的。
喷丸可应用于表面清理、光整加工、喷丸成型、喷丸校正、喷丸强化等方面。
喷丸强化又称受控喷丸, 不同于一般的喷丸工艺, 要求喷丸过程中严格控制工艺参数, 使工件在受喷后具有预期的表面形貌、表层组织结构和残余应力场, 从而大幅度提高疲劳强度和抗应力腐蚀能力。
实施喷丸时, 弹丸由专用的喷丸机籍助压缩空气、高压水流或叶轮, 高速射向零件受喷部位。
常用弹丸有球形铸铁丸、铸钢丸和其它非金属材料制成的弹丸。
喷丸强化的效果用喷丸强度来表示, 与弹丸种类和形状、碰撞速度和密度、喷射方位和距离、喷丸时间等因素有关。
表面喷丸提高金属材料疲劳强度的机理比较复杂, 涉及到塑性变形层(通常为011～018mm 厚) 的组织结构变化(如位错密度、亚晶粒尺寸) 和残余应力的变化。
因此, 只有合理控制表面变形层内的变化, 才可能获得预期的喷丸强化效果。
早在20 世纪20 年代, 喷丸强化就应用于汽车工业。
目前已成为机械制造等工业部门的一种重要的表面技术, 应用广泛。
涉及的材料除普通钢外,还有高强度钢和各种有色金属; 涉及的零件类型有弹簧、轴、齿轮、连杆、叶片、涡轮盘和飞机起落架组成件等。
2、传统表面热处理改性传统的表面热处理技术可分为表面淬火和化学热处理两大类。
它主要用来提高钢件的强度、硬度、耐磨性和疲劳极限。
在机械设备中, 许多零件(如齿轮轴、活塞销、曲轴等) 是在冲击载荷及表面磨损条件下工作的。
这类零件表面应具有高的硬度和耐磨性, 而心部应具有足够的塑性和韧性。
因此, 为满足其使用性能要求, 应进行表面热处理。
○1表面淬火表面淬火是把零件的表层迅速加热到淬火温度后快冷, 使零件表面层获得淬火马氏体而心部仍保持未淬火状态的一种淬火方法。
表面淬火的目的是使零件获得高硬度的表层, 以提高工件的耐磨性和疲劳性能, 而心部仍具有较好的韧性。
其设备简单、方法简便, 广泛用于钢铁零件。
根据加热方法的不同, 可分之为火焰加热表面淬火和感应加热表面淬火。
火焰加热表面淬火的淬透层一般为2 -6mm。
其特点是设备简单, 但加热温度高及淬硬层不易控制, 淬火质量不稳定, 使用上有局限性。
感应加热表面淬火的特点是: 加热速度快, 零件变形小, 生产效率高, 淬火后表面能获得优良的机械性能; 淬透层易控制, 淬火操作易实现机械化。
但设备较贵, 形状复杂零件的感应器不易制造, 不宜单件生产。
○2化学热处理化学热处理是将金属零件放在某种介质中加热、保温、冷却, 使介质中的某些元素渗入零件表面, 从而改变零件表层成分、组织和性能的热处理方法。
与其他热处理相比, 化学热处理不仅改变了金属的组织, 还改变了表面层的化学成分。
根据渗入元素的不同, 可将化学热处理分为三类(如表1 所示) 。
其中, 应用最广泛的是非金属和金属元素渗入的化学热处理。
渗碳是向材料表面渗入碳原子的过程。
钢件渗碳后经淬火, 回火处理, 可提高零件表面的硬度、耐磨性和疲劳强度, 而心部具有高的韧性。
渗碳主要用作齿轮、活塞销等零件。
渗氮是向材料表面渗入氮原子的过程。
钢件渗氮的目的是提高零件表面的硬度、耐磨性、耐蚀性及疲劳强度。
零件经渗氮后不再需进行其它热处理。
渗氮层具有比渗碳层更高的硬度、耐磨性和耐蚀性。
由于渗氮温度低, 所以处理前后零件的变形小。
通常, 将零件表面渗入铬、铝等金属元素的方法, 也称为表面合金化。
同渗碳相比, 渗金属一般需要更高的温度和更长的保温时间, 渗层厚度也远比渗碳层薄得多。
因为渗入金属原子在钢中进行的是置换扩散, 需要更大的激活能。
化学热处理原则上可应用于一切金属材料, 而化学介质又无限多样, 它在改善材料性能方面存在巨大的可能性。
目前, 主要将化学热处理用来改善钢铁零件的表面性能, 如钢表面的渗碳、渗氮及碳氮共渗、渗铬、渗铝等。
而在有色金属材料中, 化学热处理应用较少。
3、高能束热处理表面改性随着激光束、电子束、离子束等先进的材料表面加热和冷却手段的广泛应用, 激光处理、离子注入等强化金属材料表面层的新技术不断涌现, 从而诞生了激光表面淬火、离子注入强化等先进高能束表面改性技术。
高能束热处理的热源通常是指激光、电子束、离子束、太阳能和同步辐射等。
它们共同的特征是: 作用在材料表面上的功率密度高( ≥103W/cm2) , 为非接触式加热, 加热、冷却速度快, 热作用区小, 可根据需要选择。
其定向作用在金属表面, 使材料表层产生物理、化学或相结构变化, 从而达到金属表面改性的目的。
近10 年来, 高能束热处理技术在工业中的应用发展迅速, 特别是激光束热处理技术, 在汽车、冶金、纺织、机械、电子等工业中获得了很多成功例证。
○1激光表面改性金属材料的激光表面改性技术是70 年代中期发展起来的一项高新技术。
激光具有高辐射亮度、高方向性和高单色性三大特点, 可实现材料表面的快速加热和冷却。
其热影响区的范围很窄, 几乎不影响周围基体的组织。
若将激光束作用在金属表面上, 控制合适的工艺参数, 可显著改善其表面性能, 如提高金属表面硬度、强度、耐磨性、耐蚀性和耐高温等性能。
目前激光热处理在金属材料中得到了大量应用。
除表面淬火外, 已经应用或正在开发的还有激光表面非晶化、涂覆、合金化和脉冲硬化等等。
近年来, 把其它金属表面涂层技术和激光相结合进行的表面改性, 也获得了成功。
激光表面淬火是目前应用最成功的激光表面热处理技术。
它是利用高功率密度激光束(功率密度103～105W/ cm2) 扫描金属材料表面, 材料表面吸收光束能量而迅速升温到相变点以上, 然后移开激光束, 热量从材料表面向内部传导发散而迅速冷却(冷却速度可达到104 ℃/ s) , 从而实现快速自冷的淬火方式。
激光表面淬火硬化层较浅, 通常为013 ～016mm。
采用4～5kW 的大功率激光器, 能使硬化层的深度达3mm。
由于激光加热速度特别快, 工件表层的相变是在很大过冷度下进行的, 因而得到不均匀的奥氏体细晶粒, 冷却后转变成隐晶或细针马氏体。
激光淬火比常规淬火的表面硬度高15 %～20 %以上, 可显著提高钢的耐磨性。
另外, 表面淬硬层造成较大的压力, 有助于其疲劳强度的提高。
由于激光聚焦深度大, 在离焦点75mm 范围内的能量密度基本相同, 所以激光淬火处理对工件尺寸及表面平整度没有严格的要求, 能对形状复杂件(例如有拐角、沟槽、盲孔的零件) 进行处理; 激光淬火变形非常小, 甚至难以检查出来, 处理后的零件可直接送装配线; 另外, 激光加热速度极快，表面无须保护; 同时工艺操作简单, 也便于实现自动化。
由于具有以上一系列优点, 激光表面淬火发展十分迅速, 其在机械制造生产中的应用将不断拓展。
○2电子束表面改性电子束改性技术是近30 年发展起来的局部表面改性技术。
电子束也是一种高能密度的热源, 当它作用于金属表面时, 可根据工件改性的要求, 调整电子束束斑直径、功率密度、脉冲时间、作用形式等参数, 使其组织、性能按照人们需要的方向改变。
电子束表面改性可分为: 电子束表面淬火、表面晶粒细化改性、表面合金化改性、表面涂覆和非晶化改性等。
早期, 电子束技术主要用于薄钢带、细钢丝的电子束退火改性和冲击淬火等。
目前美国已经有比较完善的电子束加热退火炉, 用于处理钛、铌、铝、钽及核反应堆的金属材料。
世界工业发达国家都先后开展了电子束改性的应用工作。
如美国的Sciaky 公司在电子束焊接设备的基础上, 专门开发了用于电子束表面改性的设备。
我国电子束表面改性实验始于1979 年, 但比激光表面改性技术的发展要缓慢得多, 其原因在于电子束改性设备、工艺的工业应用尚需系统化。
电子束表面改性特别适用于处理易氧化的金属、贵金属以及半导体材料, 因为它需要在真空条件下进行, 污染小, 材料不易氧化。
可任意选择淬火部位进行加热, 其能量密度高达105W/ cm2 , 热影响区极小; 由于作用时间短, 材料变形小, 可实现高精度、高速度、无惯性控制。
主要缺点在于:真空条件下处理, 不利于大型件和流水线操作, 灵活性和适应性差, 生产效率低; 易产生放射线, 有害健康, 需加防护措施。
○3离子注入表面改性采用离子注入技术作为金属表面强化的研究始于70 年代初, 并已取得了可喜的成就。
离子注入是根据被处理材料表面所需要的性能, 选择适当种类的原子, 使其在真空电场中离子化, 并在高压下加速注入到材料表层。
离子注入将引起材料表层成分和结构发生变化, 以及原子环境和电子组态等微观状态的扰动,因此导致材料的各种物理、化学或力学性能的变化。
离子注入一般在常温或低温下进行。
整个过程均在真空中完成, 因而表面处理中无氧化和脱碳现象。
可以向金属或合金表面注入任何需要的元素,不论它们本来是否互溶。
离子注入的浓度可以很大, 不受溶解度的限制, 且与扩散系统无关。
离子注入后, 测不出工件的尺寸变化, 能保持原来的尺寸精度和表面粗糙度。
在某些情况下, 由于溅射效应, 工件的表面粗糙度还会有一定程度的改善。
其注入层和基体不存在的明显的界面, 注入离子深度由离子具有的能量决定, 易实现自动化操作; 且无废物处理, 清洁、安全可靠。
目前离子注入工艺已应用于许多工业部门, 尤其是工、模具制造业, 效果突出。
若将离子注入繁杂多变而易控的工艺条件与各种后处理相结合, 有可能产生许多意想不到的效果, 更是为材料性能的挖掘提供了广阔的天地。