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金属材料表面改性技术的研究进展[1]

金属材料表面改性技术的研究进展[1]
金属材料表面改性技术的研究进展[1]

金属材料表面改性涂层的新进展(专业课)试题及答案

1、工艺参数对合金元素吸收率的影响重要程度由大到小排列正确的是()。 A、工件电压>气压>源极电压>极间距 B、工件电压>极间距>源极电压>气压 C、气压>源极电压>极间距>工件电压 D、气压>极间距>工件电压>源极电压 2、激光熔覆陶瓷涂层不包括()。 A、激光热源 B、陶瓷高硬度、高耐磨 C、金属韧性 D、金属耐磨性 3、在1995年,()生产的Hastelloy C-2000镍基耐蚀合金为苑极,进行Ni-Cr-Mo-Cu多元共渗工艺研究。 A、美国 B、日本 C、中国 D、英国 4、下列对良好熔覆层的客观要求描述不正确的是()。 A、熔覆层材料和基体材料的熔点相近,以保证二者间稀释最小 B、熔覆层材料和基体材料的熔点相近,以保证二者间稀释最大 C、熔覆层与基体间要避免形成脆性相,以保证界面结合强度高 D、两种材料都要有一定塑性,以补偿热应力,保证界面不形成裂纹 5、下列哪项不是熔覆技术的应用()。 A、耐磨涂层 B、抗老化涂层 C、抗氧化涂层 D、耐蚀涂层 6、下列是结合力的定量测试方法的是 A、喷砂法 B、弯折法 C、锉刀法 D、张力法 7、工艺参数对合金元素的影响重要程度由小到大排列正确的是()。 A、工件电压>气压>源极电压>极间距

B、工件电压>气压>极间距>源极电压 C、气压>源极电压>极间距>工件电压 D、气压>极间距>工件电压>源极电压 1、激光熔覆尚待研究和解决的问题是()。 A、大功率激光器及适于自动化工业生产的光路转换系统 B、快速凝固理论的建立与复合涂层界面精细结构的深入研究 C、工艺过程的稳定性与反馈控制 D、涂层质量的监测与缺陷控制 2、下列哪项是熔覆技术的应用()。 A、耐磨涂层 B、耐蚀涂层 C、抗氧化涂层 D、抗老化涂层 3、下列对冲刷腐蚀描述正确的是()。 A、简称冲蚀,是材料在应力和化学介质协同作用下材料的过早失效现象 B、在石油、化工。水电等过程中广泛存在 C、暴露在运动流体中的多有类型的设备如料浆泵的过流部件、弯头、三通和换热器管,都会遭受到冲蚀的破坏 D、在含固相颗粒的双相流中,破坏更为严重,它大大缩短设备的寿命 4、激光熔覆陶瓷涂层包括()。 A、激光热源 B、陶瓷高硬度、高耐磨 C、金属韧性 D、金属耐磨性 5、下列为结合力的测试方法的是()。 A、喷砂法 B、弯折法 C、锉刀法 D、划格法 6、下列对良好熔覆层的客观要求描述正确的是()。 A、熔覆层材料和基体材料的熔点相近,以保证二者间稀释最小 B、熔覆层材料和基体材料的熔点相近,以保证二者间稀释最大 C、熔覆层与基体间要避免形成脆性相,以保证界面结合强度高 D、两种材料都要有一定塑性,以补偿热应力,保证界面不形成裂纹

材料表面的硅烷化改性

实验64 材料表面的硅烷化改性 一.实验目的 1.利用硅烷偶联剂改性有机或无机材料。 2.制备无机-有机杂化粉体或薄膜材料。 二.实验原理 很多纳米材料都是重要的无机化工产品,是橡胶.塑料.油漆.油墨.造纸.农药及牙膏等行业不可缺少的优良原料。以SiO2纳米颗粒为例,纯粹制备的SiO2颗粒表面上存在着大量的羟基基团,呈极性.亲水性强,众多的颗粒相互联结成链状,链状结构彼此又以氢键相互作用,形成由聚集体组成的立体网状结构,在这种立体网状结构中分子间作用力很强,应用过程中很难均匀分散在有机聚合物中,颗粒的纳米效应很难发挥出来。如何将纳米SiO2均匀分散在高分子材料中,以提高聚合物材料的各项性能是一个重要的研究方向。 硅烷偶联剂发展至今已有一百多种产品,按Y有机官能团的不同,可分为链系基类硅烷偶联剂.氨基硅烷偶联剂.环氧基类硅烷偶联剂.烷基丙烯酰氧基类硅烷偶联剂及双官能基型硅烷偶联剂等。 硅烷偶联剂处理技术原理简单.操作方便,其与材料表面的作用机理一直是研究的重点,目前关于硅烷在材料表面行为的理论有很多假设,主要有化学键理论.物理吸附理论.表面浸润理论.可逆水解平衡理论和酸碱相互作用理论等。 硅烷偶联剂分子含有两种反应性基团,化学结构可以用X3SiRY来表示,其中,X是可进行水解反应并生成硅烃基(Si-OH)的基团,如卤素.氨基.烷氧基和乙酰氧基等,硅醇基团可和无机物(如无机盐类.硅酸盐.金属及金属氧化物等)发生化学反应,生成稳定的化学键,将硅烷与无机材料连接起来。Y是非水解基团,可与有机基团如乙烯基.氨基.巯基.环氧基等起反应,从而提高硅烷与聚合物的粘连性。R是具有饱和键或不饱和键的碳链,将官能团Y 和Si原子连接起来。因此硅烷偶联剂分子被认为是连接无机材料和有机材料的“分子桥”,能将两种性质悬殊的材料牢固地连接在一起,形成无机相/硅烷偶联剂/有机相的结合形态,从而增加了后续有机涂层与基地材料的结合力。 一般来说,硅烷分子中的两个端基团既能分别参与各自的反应,也能同时起反应。通过适当的控制反应条件,可在不改变Y官能团的前提下取代X官能团,或者在保留X官能团的情况下,使Y官能团改性。若在水性介质中对Y官能团改性,那么X基团同时水解。则硅烷的作用过程依照四步反应模型来解释: ①与硅相连的3个Si-X基团水解成Si-OH; ②Si-OH之间缩合反应,脱水生成Si-OH的低聚硅烷; ③低聚物中的Si-OH与基体表面的-OH形成氢键; ④加热固化过程中发生脱水反应,与基材以共价键连接。 界面上硅烷偶联剂只有一个硅与基材表面键合,剩下两个Si-OH可与其他硅烷中的Si-OH 缩合形成Si-O-Si结构。 常用的硅烷偶联剂主要有; (十二烷基三甲氧基硅烷) (乙烯基三乙氧基硅烷)

表面改性技术在陶瓷材料中的应用

表面改性技术在陶瓷材料中的应用 引言: 材料表面处理是材料表面改性和新材料制备的重要手段,材料表面改性是目前材料科学最活跃的领域之一。传统的表面改性技术,方法有渗氮、阳极氧化、化学气相沉积、物理气相沉积、离子束溅射沉积等。随着人们对材料表面重要性认识的提高,在传统的表面改性技术和方法的基础上,研究了许多用于改善材料表面性能的技术,主要包括两个方面:利用激光束或离子束的高能量在短时间内加热和熔化表面区域,从而形成一些异常的亚稳表面;离子注入或离子束混合技术把原子直接引进表面层中。陶瓷材料多具有离子键和共价键结构,键能高,原子间结合力强,表面自由能低,原子间距小,堆积致密,无自由电子运动。这些特性赋予了陶瓷材料高熔点、高硬度、高刚度、高化学稳定性、高绝缘绝热性能、热导率低、热膨胀系数小、摩擦系数小、无延展性等鲜明的特性。但陶瓷材料同样具有一些致命的弱点,如:塑性变形差,抗热震和抗疲劳性能差,对应力集中和裂纹敏感、质脆以及在高温环境中其强度、抗氧化性能等明显降低等。 正文: 一、陶瓷材料表面改性技术的应用 1.不同添加剂对陶瓷材料性能的影响。 由于陶瓷材料的耐高温特性经常被应用到高温环境中,特别是高温结构 陶瓷,其高温抗氧化性受到人们的关注。Si 3N 4 是一种强共价结合陶瓷,具有高 硬度、高强度、耐磨和耐腐蚀性好的性能。但是没有添加剂的Si 3N 4 几乎不 能烧结,陶瓷材料的高温强度强烈地受材料组成和显微结构的影响,而材料的显微结构特别是晶界相组成是受添加剂影响的,晶界相的组成对高温力学性能的影响极其敏感。对致密氮化硅而言,坯体中的物质传递对材料的氧化起着决定性作用,一般认为,在测试条件下,具有抛物线规律的氮化硅材料,其决定氧化的主要因素取决于晶界的添加剂离子和杂质离子的扩散速率,不同的添加剂对氮化硅陶瓷的氧化行为影响有所不同[1,2,3]。 2.离子注入技术。 离子注入就是用离子化粒子,经过加速和分离的高能量离子束作用于材料表面,使之产生一定厚度的注入层而改变其表面特性。可根据需要选择要注入的元素,并根据工艺条件控制注入元素的浓度分布和注入深度,形成所需要的过饱和固溶体、亚稳相和各种平衡相,以及一般冶金方法无法得到的合金相或金属间化合物,可直接获得马氏体硬化表面,得到所需要的表面结构和性能由于形成的改性表面不受热力学条件的限制(相平衡、固溶度),所以具有独特的优点。离子注入表面处理技术有:金属蒸汽真空弧离子源离子注入,等离子源注入等。在相同的条件下,重离子比轻离子有更强烈的辐射硬化,因此其对抗弯强度的增加更显著;由于单晶的表面缺陷少所以增加效果 更好]7,6[。

材料改性与表面工程

材料改性与表面工程 镁合金被誉为“21世纪最具发展潜力和前途的绿色工程材料”。他是金属结构材料中最轻的一种,镁合金从早期被应用于航空航天工业到目前在汽车材料、光学仪器、电子电信、军工工业等方面的应用有了很大发展。但是镁合金的耐蚀性耐磨性硬度及耐高温性能较差,在某种程度上又制约了镁合金材料的广泛应用。采用冷喷涂技术在镁合金表面喷涂覆盖上一层致密的保护膜,是解决镁合金腐蚀和磨损问题,提高镁合金铸件使用寿命,拓宽镁合金应用范围的关键之一。 1.冷喷涂原理和特点 超音速冷喷涂(简称冷喷涂)是近年发展起来的一种新型涂层制备工艺,常以金属材料(如钛、镍、钨、钴、铜、合金等)[1-5]为喷涂材料进行金属表面改性和功能涂层的制备。 冷喷涂技术[6]就是将经过一定低温预热的高压(1.5~3.5MPa)气体(N2、He 或压缩气体)分两路,一路通过送粉器,携带经预热(100~600℃)的粉末粒子(1~50 m)从轴向送入高速气流中;另一路通过加热器使气体膨胀,提高气流速度(300~1200 m/s),最后两路气流进入喷枪,在其中形成气─固双相流,在完全固态下撞击基体,通过较大的塑性变形而沉积于基体表面形成涂层。在喷涂过程中,喷枪距离为5~30 mm。 冷喷涂实现低温状态下的金属涂层沉积,具有如下主要优点:其一,喷涂粉末在加工过程中工作温度低,几乎无氧化现象,涂层表面组织均匀;其二,涂层密度大、结合强度高;其三,涂层材料适用广泛,可制备硬度大、耐磨性高、强度高的涂层;其四,可以加工具有特殊物理化学性质的涂层;其五,组织稳定;其六,涂层表面具有残余的压应力,使耐疲劳性增加;其七,喷涂粉末可以回收再利用。 2.国内外用冷喷涂技术在镁合金基体上喷涂铝合金涂层的研究现状 Yongshan Tao[7]等人用冷喷涂的方法在AZ91D镁合金表面沉积一层纯铝涂层,发现涂层中存在微米尺寸的裂纹和孔洞,涂层颗粒边界处中形成了新的界面和亚晶相;在质量分数为3.5%的中性NaCl溶液中浸渍后发现涂层的抗点蚀性能比具有相似纯度的铝块好。在浸渍过程中,由于在涂层中存在着相互独立的微米级或纳米级的孔洞而发生了传质现象。在浸渍十天之后,由于涂层致密细颗粒的结构,它仍然可以为AZ91D 镁合金基体提供良好的耐蚀性保护。 他们还在铝粉中加入α-Al2O3作为增强颗粒,发现涂层和纯铝涂层相比有较小的气孔率,由于α-Al2O3在基体上的渗透和侵蚀,涂层和基体之间的结合力也增强;α-Al2O3在铝基体上的捣固和增强作用涂层具

QPQ金属材料表面改性处理技术简介

QPQ金属材料表面改性处理技术简介 QPQ处理技术是一种可以同时大幅度提高金属表面的耐磨性、抗蚀性,而工件几乎不变形的新的金属表面强化改性技术。该技术由德国迪高沙公司开发。由于该工艺可以使金属表面的耐磨、耐蚀性及耐疲劳性能大幅度提高,已被广泛用于汽车、摩托车、机车、工程、纺织、轻工机械、仪表,工模具、办公设备等各种行业。该技术具有以下优点: 一、性能优良 1.良好的耐磨性、耐疲劳性能: 经QPQ处理的45钢,40Cr钢(退火状态)的耐磨性达到淬火及高频淬火的16倍以上,达到20钢渗碳淬火的9倍以上,为镀硬铬和离子氧化的2倍多(见附表一)。在大量生产条件下提高工模具寿命1-4倍。 2.极好的抗蚀性: 普通炭钢经QPQ处理后具有极高的抗蚀性,例如45钢经QPQ处理后在大气中和盐雾中的抗蚀性比1Cr18Ni 9Ti不锈钢高5倍;比镀硬铬高70倍以上;比发黑高280倍以上(见附表二)。 3.极小的变形: QPQ处理可以认为是变形最小的硬化方法,处理后工件的尺寸和形状变化极小,可以用来解决很多常规处理方法无法解决的热处理变形问题。 4.可以替代多道工序: 该工艺一次处理可以替代淬火——回火——发黑三道工序或渗碳——淬火——回火——镀硬铬四道工序,可以大大降低生产成本,并且大幅度节能。 二、应用范围广: 1.使用材料: 适用于各种工具钢、冷热模具钢、结构钢、不锈耐热钢、纯铁、铸铁及粉末冶金件。 2.可替代工艺: 可以大量替代渗碳淬火、高频淬火、易变形的淬火;替代离子氮化;替代发黑、磷化、硫化、镀硬铬、镀装饰铬。普通结构钢经QPQ处理,在很多情况下可以大量替代不锈钢。 3.已经成熟应用的产品: 工具:高速钢钻头、铣刀、铰刀、丝锥、滚刀、插齿刀、拉刀等,加工不锈钢、耐热钢效果尤为显著。 模具:各种冷拉模、挤压模、冲模、压铸模。对大量通用的橡胶模、塑料模、玻璃模等各种模具,由于模具承受压力不大,可以选用退火态调质的中炭钢作QPQ处理替代T12或9SiCr类钢制淬火模具。 机床件:机床摩擦片、导轨、电器铁芯等。 汽车摩托车件:曲轴、凸轮轴、气门、气簧、扭转盘、刹车控制系统、座位滑动器、保险杠、齿轮、连杆、链轮、缸套、门锁、挡风玻璃摇臂风扇电机、离和器摩擦片等…… 纺织机:络筒机件、弹力丝机热轨、罗拉、钢令圈等。 齿轮:多种大小规格齿轮。 办公设备及家用电器件:各种耐磨性、轴类件。 电力设施件:露天放置的电力设施中的耐磨蚀件。 中山市小榄镇生产力促进中心为了提高小榄镇五金产业的生产技术水平,现定于在本月23日与中山成工材料科技有限公司联合举行一次QPQ金属材料表面改性处理技术展示会,届时欢迎各五金企业参加,详情请与本中心联系。 表一:滑动磨损试验

材料表面改性方法

材料表面改性方法 材料表面改性是指不改变材料整体(基体)特性,仅改变材料近表面层的物理、化学特性的表面处理手段,材料表面改性也可以称为材料表面强化处理。 现代材料表面改性目的:是把材料表面与基体看作为一个统一的系统进行设计与改性,以最经济、最有效的方法改变材料近表面层的形态、化学成份和组织结构,赋予新的复合性能,以新型的功能,实现新的工程应用。现代材料表面改性技术就是应用物理、化学、电子学、机械学、材料学的知识,对产品或材料进行处理,赋予材料表面减磨、耐磨、耐蚀、耐热、隔热、抗氧化、防辐射以及声光电磁热等特殊功能的技术。 分类: 1、传统的表面改性技术: 表面热处理:通过对钢件表面的加热、冷却而改变表层力学性能的金属热处理工艺。表面淬火是表面热处理的主要内容,其目的是获得高硬度的表面层和有利的内应力分布,以提高工件的耐磨性能和抗疲劳性能。 表面渗碳:面渗碳处理:将含碳(0.1~0.25)的钢放到碳势高的环境介质中,通过让活性高的碳原子扩散到钢的内部,形成一定厚度的碳含量较高的渗碳层,再经过淬火\回火,使工件的表面层得到碳含量高的M,而心部因碳含量保持原始浓度而得到碳含量低的M,M的硬度主要与其碳含量有关,故经渗碳处理和后续热处理可使工件获得外硬内韧的性能. 2、60年代以来:传统的淬火已由火焰加热发展为高频加热 高频加热设备是采用磁场感应涡流加热原理,利用电流通过线圈产生磁场,当磁场内磁力线通过金属材质时,使锅炉体本身自行高速发热,然后再加热物质,并且能在短时间内达到令人满意的温度。 3、70年代以来: 化学镀:是指在不用外加电流的情况下,在同一溶液中使用还原剂使金属离子在具有催化活性的表面上沉积出金属镀层的方法。 4、近30年来: 热喷涂:热喷涂是指一系列过程,在这些过程中,细微而分散的金属或非金属的涂层材料,以一种熔化或半熔化状态,沉积到一种经过制备

材料表面的硅烷化改性

材料表面的硅烷化改性 Company Document number:WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998

实验64 材料表面的硅烷化改性 一.实验目的 1.利用硅烷偶联剂改性有机或无机材料。 2.制备无机-有机杂化粉体或薄膜材料。 二.实验原理 很多纳米材料都是重要的无机化工产品,是橡胶.塑料.油漆.油墨.造纸.农药及牙膏等行业不可缺少的优良原料。以SiO2纳米颗粒为例,纯粹制备的SiO2颗粒表面上存在着大量的羟基基团,呈极性.亲水性强,众多的颗粒相互联结成链状,链状结构彼此又以氢键相互作用,形成由聚集体组成的立体网状结构,在这种立体网状结构中分子间作用力很强,应用过程中很难均匀分散在有机聚合物中,颗粒的纳米效应很难发挥出来。如何将纳米SiO2均匀分散在高分子材料中,以提高聚合物材料的各项性能是一个重要的研究方向。 硅烷偶联剂发展至今已有一百多种产品,按Y有机官能团的不同,可分为链系基类硅烷偶联剂.氨基硅烷偶联剂.环氧基类硅烷偶联剂.烷基丙烯酰氧基类硅烷偶联剂及双官能基型硅烷偶联剂等。 硅烷偶联剂处理技术原理简单.操作方便,其与材料表面的作用机理一直是研究的重点,目前关于硅烷在材料表面行为的理论有很多假设,主要有化学键理论.物理吸附理论.表面浸润理论.可逆水解平衡理论和酸碱相互作用理论等。 硅烷偶联剂分子含有两种反应性基团,化学结构可以用X3SiRY来表示,其中,X是可进行水解反应并生成硅烃基(Si-OH)的基团,如卤素.氨基.烷氧基和乙酰氧基等,硅醇基团可和无机物(如无机盐类.硅酸盐.金属及金属氧化物等)发生化学反应,生成稳定的化学键,将硅烷与无机材料连接起来。Y是非水解

材料表面技术16

1.表面技术概念:广义:是直接与各种表面现象或过程有关的,是能为人类造福或被人类利用的技术;通过物理、化学或机械以及复合方法,使金属表面具有与基体不同的组织结构、化学成分和物理状态,从而赋予表面与基体不同的性能; 通过物理、化学或机械以及复合方法,使金属表面具有与基体不同的组织结构、化学成分和物理状态,从而赋予表面与基体不同的性能; 2.按照作用原理分类(matton分类): (1)原子沉积:以原子、离子、分子和粒子集团等原子尺度沉积在基体表面上,如电镀,化学镀,PVD,CVD等; (2)颗粒沉积:以宏观尺度形态在基体上形成覆盖层,如热喷涂,冷喷涂,或搪瓷涂层;(3)整体覆盖:沉积材料同一时间整体涂覆在基体上,如热浸镀,涂装,堆焊和包箔等;(4)表面改性:用物理、化学、机械等方法改变材料表面形貌,化学成分,组织结构和应力状态灯,如喷丸,喷砂,化学热处理; 3.基体表面预处理: 概念:用物理、化学方法除去基体表面的油污,氧化皮及其它污染物,使基体表面呈现出一定的粗糙度和清洁度; 前处理包括:(1)表面整平:使表面平整,光滑,达到要求的粗糙度,抛光,磨光,滚光;(2)除油(脱脂):有机除油,化学法,电化学法; (3)除锈(酸洗):化学、电化学; (4)弱腐蚀(活化):电镀、化学镀,除去表面钝化膜,露出新鲜晶格组织稀酸稀碱中处理; 4.喷砂:定义:利用压缩空气把磨料高速喷到零件表面,对其清理的方法。钢砂,石英砂,氧化铝,碳化硅; 应用范围:(1)可清除热处理件(锻件、铸件)表面氧化皮,型砂; (2)可除去工件表面毛刺,锈蚀,油污; (3)对于不宜用酸洗除氧化皮工件,可用喷砂代替; (4)对于某些表面技术,如热喷涂,涂装,可用喷砂产生一定粗糙度,产生“锚固效应”;喷丸:与喷砂原理和设备类似,只是采用的磨料不同, 应用范围:①是零件产生压应力,从而提高零件的疲劳强度和抗应力及抗腐蚀能力。②代替一般冷热成型工艺,可对大型薄壁铝制零件进行成型加工,这样可避免零件表面残留的张应力而形成有利的压应力。③对扭曲的薄壁零件进行校正,经喷丸后的零件使用温度不能太高,以防消除喷丸产生的压应力,使用温度范围因材料而定,一般钢铁件为260-290℃,铝零件为170℃。 5.覆盖能力:使工件最凹处沉积上金属的能力; 均镀(分散)能力:使金属镀层厚度均匀分布的能力; 分散能力好,深度能力肯定好;深度能力好,均镀能力不一定好; 电流效率:电极上实际析出(溶解)物质的质量与理论计算得到的析出(溶解)物质的质量的比; 6.电镀:指在含有欲镀金属的盐类溶液中,以被镀基体金属为阴极,通过电解作用,使镀液中欲镀金属的阳离子在基体金属表面沉积出来,形成镀层的一种表面加工方法; 使电镀分散能力强措施:工件形状越简单越好,加入络合剂,提高溶液导电性,加入导电盐,离阳极距离远一些,可以使镀层分散能力更好; 7.阴极极化:当电流通过电极时,电极电位会偏离平衡电极电位,随电流密度增加电极电位不断变负,即阴极极化; 电化学极化:由于阴极上电化学反应速度小于外电源供给电极电子的速度,从而使电极电位向负的方向移动而引起的极化作用;

表面改性技术综述

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

医用金属材料表面处理

医用钛合金材料表面改性 摘要:金属材料是生物医学材料中应用最早的。由金属具有较高的强度和韧性,适用于修复或换人体的硬组织,早在一百多年前人们就已用贵金属镶牙。随着抗腐蚀性强的不锈钢、弹性模量与骨组织接近铜铁合金,以及记忆合金材料、复合材料等新型生物医学金属材料的不断出现,其应用范围也在扩大。 关键词:钛合金材料,表面涂层处理,表面改性 (一)医用金属与合金表面涂层处理 金属及其合金在生物体内的生物活性、磨损、腐蚀问题尚未解决,需对其表面进行改性。表面改性不仅要抑制有害金属离子的溶出,而且要促进组织的再生和加强材料与组织结合。 生物钛合金材料的表面改性技术主要可以分为: (1)物理化学方法(2)形态学方法(3)生物化学方法。 1 物理化学方法——改善金属生物材料表面性能的主要方法 (1)热喷涂 热喷涂是利用一种热源的火焰将粉末状的金属或非金属喷涂材料加热熔融并软化,并用热源自身的动力或外加高速气流雾化,使喷涂材料的液滴以一定的速度喷向经过预处理干净的基体表面,依靠喷涂材料的物理变化和化学反应,与基体形成结合层的工艺方法。可分为电弧喷涂、等离子喷涂、火焰喷涂、爆炸喷涂等。 (2)脉冲激光融敷 是在低输出功率、高扫描速速的脉冲激光照射下,将涂敷材料融敷在基体表面的方法。 (3)离子溅射 离子溅射以高速离子轰击靶材,使涂敷材料粉粒溅射并沉积在金属基体 (4)喷砂法 用喷砂机将涂敷材料粉末直接高速喷出镶入基体表面。 (5)电化学法 电化学法是用电化学的方法,通过调节电解液的浓度、PH值、反应温度,电场强度,电流等来控制反应的制备方法。 (6)离子注入法 离子注入改性是将所需的元素在离子气化室中进行气化,通过高频放

(完整版)材料表面改性习题整理答案

第六章热喷涂、喷焊与堆焊技术 1.什么是热喷涂?根据所使用的热源不同,可以将热喷涂工艺分为哪两大类?热喷涂:采用各种热源将涂层材料加热熔化或半熔化,高速气体将其雾化,并在高速气流的带动下雾化粒子撞击基材表面,冷凝后形成具有某种功能的涂层。喷焊是用热源将涂层材料重熔,涂层内颗粒之间、涂层与基体之间形成无孔隙的冶金结合。 堆焊技术是将具有一定使用性能的材料(线材或焊条)借助一定的热源手段熔覆在基材表面,使基体表面具有耐磨、耐蚀、耐热等特殊性能或使零件恢复原有形状尺寸的工艺方法。 2.热喷涂技术的特点是什么?局限性是什么? 热喷涂的技术特点:可在各种基材上制备各种涂层;基材温度低(30~200℃),热影响区浅,变形小;涂层厚度范围宽(0.5~5mm);喷涂效率高,成本低; 操作灵活,可在不同尺寸和形状的工件上喷涂; 局限性:加热效率低,喷涂材料利用率低,涂层与基体结合强度低。 3.热喷涂涂层的结构是什么?如何改善涂层结构? 涂层是由无数变形粒子相互交错呈波浪式一层一层堆叠而成的层状结构。涂层中伴有氧化物等夹杂、未熔化的球形颗粒,并存在部分孔隙,孔隙率0.025%-50%。 改善涂层结构的方法(1)选用高温热源(如激光热源、等离子弧)、超音速喷涂、以及保护气氛或低压下喷涂,都可以减少涂层中的氧化物夹杂和气孔,改善涂层的结构和性能。(2)喷涂层的结构还可以通过重熔处理来改善,涂层中的氧化物夹杂和孔隙会在重熔中消除,涂层的层状结构会变成均质结构,与基体的结合强度也会提高。 4.对热喷涂材料有什么要求? (1)热稳定性好,在高温焰流中不升华,不分解。 (2)较宽的液相区,使熔滴在较长时间内保持液相。 (3)与基材有相近的热膨胀系数,以防止因膨胀系数相差过大产生较大的热应力。 (4)喷涂材料在熔融状态下应和基材有较好的润湿性,以保证涂层与基材之间有良好的结合性能。 (5)粉末固态流动性好,保证送粉的均匀性。 5.热喷涂涂层与基体的结合机理是什么? 一般认为在涂层与基体之间机械结合起主要作用,即熔融态的粒子撞击到基材表面凹凸不平处,铺展成扁平状的液态薄层,这些覆盖并紧贴基体表面的液态薄片,在冷却凝固时收缩咬住凸出点而形成机械结合。同时,其它几种结合机理(扩散、冶金、物理结合)也在不同程度地起作用,其程度受粉末的成分、表面状态、温度、热物理性能等因素的影响。 6.热喷涂的工艺流程。

材料改性教学总结

材料改性

浅谈表面改性 摘要:本文主要总结了各种材料的改性及改性剂对其的影响,其中还涉及到各种改性方法及对材料改性的展望。 关键字:表面改性纳米金属 1 引言 表面改性是指在保持材料或制品原性能的前提下,赋予其表面新的性能,如亲水性、生物相容性、抗静电性能、染色性能等。表面改性的方法有很多报道,大体上可以归结为:表面化学反应法、表面接枝法、表面复合化法等。 表面改性技术(surface modified technique) 则是采用化学的、物理的方法改变材料或工件表面的化学成分或组织结构以提高机器零件或材料性能的一类热处理技术。它包括化学热处理(渗氮、渗碳、渗金属等);表面涂层(低压等离子喷涂、低压电弧喷涂、激光重熔复合等门薄膜镀层(物理气相沉积、化学气相沉积等)和非金属涂层技术等。这些用以强化零件或材料表面的技术,赋予零件耐高温、防腐蚀、耐磨损、抗疲劳、防辐射、导电、导磁等各种新的特性。使原来在高速、高温、高压、重载、腐蚀介质环境下工作的零件,提高了可靠性、延长了使用寿命,具有很大的经济意义和推广价值。 2表面改性对不同材料性能的影响 2.1 对SF/PP复合材料性能的影响 剑麻纤维(SF)因具有较高的比强度和比模量而成为树脂基体较好的天然纤维增强材料,适用于制备成本低、比模量高和耐冲击的纤维/树脂复合材料。国内常用马来酸酐接枝聚丙烯或有机硅烷为界面相容剂,来提高SF/PP复合材料的力学性能,表面改性可以提高纤维与PP基体的黏合性。使SF/PP复合材料的力学性能和流动性能提高,吸水率下降【1】。 2.2对羟基磷灰石蛋白吸附的影响 羟基磷灰石因为与人体骨组织中的无机组分相近而被广泛应用于有机/ 无机复合物中。但是, HAP 表面具有亲水性, 大多数应用于骨修复的有机材料具有疏水性, 两者的极性差异导致了界面相容性下降, 进而降低复合物的力学性能。克服这一困难最常用的方法

材料表面改性技术

聚四氟乙烯等离子体表面改性 1、前言 1938 年美国杜邦公司的研究人员Roy Plunkett 在尝试制作新的氟化合物制冷剂时意外发现了聚四氟乙烯[1]。聚四氟乙烯(PTFE)是一种具有优异综合性能的特种工程塑料,有“塑料王”的美誉。聚四氟乙烯(PTFE)分子结构中,以碳原子为骨架,周围被氟原子覆盖。由于C-F 键的键能很大,而且分子结构又完全对称,这使其具有极好的耐热、耐寒性(使用温度-250~260℃);极好的耐化学腐蚀性,不溶解或溶胀于任何已知溶剂中,即使在高温下王水对其也不能起作用;优异的电绝缘性;突出的不粘性,几乎所有的黏性物质都不能黏附在其表面;独特的自润滑性及低摩擦系数等一系列优异的综合性能[2]。聚四氟乙烯因为其独特的性能在军事领域得到重要应用,然后又逐渐拓展到生产和生活领域。目前已经在航空航天、石油化工、建筑、轻纺、机械、电子、环保、医学等领域得到普遍应用,并日益深入到人们的日常生活中[3]。 虽然聚四氟乙烯有诸多的优点,但是由于该材料表面能很低(临界表面张力1.8 mN/m),表面疏水性极高(与水的接触角超过100°)。这种极低的表面活性和不粘性严重影响了PTFE在粘接、印染、生物相容等方面的应用,特别是限制了聚四氟乙烯薄膜与其他材料的复合[4]。为了提高聚四氟乙烯的表面润湿性能,使它可与其他材料粘接、复合,必须对PTFE进行表面亲水改性。目前,对聚四氟乙烯改性的方法主要有聚四氟乙烯、等离子法、辐射接枝法、激光处理法、离子束注入法、高温熔融法、电解还原法、力化学处理法等,本文主要介绍等离子法改性技术。 2、聚四氟乙烯表面能低的原因 聚四氟乙烯表面能低主要有以下几方面的原因: (1)碳氟键稳定性好,其键能可达485.3kJ/mol; (2)分子结构高度对称,结晶度高; (3)不含活性基团,导致材料表面疏水性极高; (4)PTFE的溶度参数很小,与其他物质的黏附性也很小。 3、低温等离子法

高分子材料的表面改性技术研究

高分子材料的表面改性技术研究 摘要:高分子材料表面改性在实际应用中具有非常巨大的价值,因此,必须加强对其表面改性技术的研究,不断进步,从而能够充分发挥出其应用的价值。 关键词:高分子材料表面改性技术等离子体 一、高分子材料的表面改性的简述 高分子材料表面是介于高分子材料本体和外部环境之间的相边界。在许多时候高分子材料表面的物理和化学性质对其应用有至关重要的影响。以聚烯烃(主要是聚乙烯与聚丙烯)类塑料为例,其表面具有化学反应性低、极性小、表面能低、憎水等特点。如果不经过改性处理,塑料制品就很难进行粘接、电镀、涂饰、层压、印刷等二次加工,这会大大缩小其应用范围。近年来,关于高分子材料在生物医学上的应用研究很多.但普通高分子材料表面的生物相容性很差,如不经过表面改性而直接应用会发生不希望的蛋白质吸附和细胞粘附等问题。 表面改性就是在保持材料或制品原有性能的前提下,赋予其表面新的性能。高分子材料经过表面改性后可以改变表面的化学组成、提高表面极性、增加表面能、改善结晶形态和表面形貌、除去弱边界层等.从而提高高分子材料表面的润湿性、粘结性及很多其他性能。 二、高分子材料的表面改性技术研究 (一)等离子体处理 等离子体处理是将材料暴露于非聚合性气体等离子体中,利用等离子体轰击材料表面,等离子体中的活性物质与高分子材料表面进行各种相互作用,引起高分子材料结构发生许多变化,进而对高分子材料进行表面改性。等离子体处理能够改善高分子材料的表面性能,包括染色性、湿润性、印刷性、粘合性、防静电性、表面固化等。 聚合物材料的浸润性与许多领域有关,如印刷、喷涂和染色等,但由于聚合物材料表面自由能低,故而导致浸润性能不好。Guruvenket等分别用氩和氧等离子体处理聚苯乙烯和聚乙烯表面,通过测定接触角对表面性能进行了研究,对于氩和氧等离子体,接触角随着等离子体能量和处理时间增加而减少,ATR一FTIR分析表明,在聚合物表面有含氧基团,如羰基、羧基、醚键和过氧基等的生成。 Lai等通过接触角测量仪、X一射线光电子能谱(XPS)和扫描电子显微镜(SEM)研究了微波氩等离子体处理聚碳酸酯、聚丙烯和聚酯的表面特性。结果显示,等离子体处理改变了表面的化学成分和粗糙度,化学成分的改变使得聚合物表面具有较高的亲水性,其主要原因是由于含氧基团所占比率的增加,这与他人的研究结果一致;但是进一步的研究分析表明,C=O 双键是导致聚合物表面亲水性增加的关键因素。 (二)等离子体聚合 等离子体聚合是将高分子材料暴露于聚合性气体中,表面沉积一层较薄的聚合物膜,等离子体聚合法有如下优点:(1)成膜均匀;(2)膜中无气体;(3)膜与基体附着性能好;(4)可进行大面积的涂复;(5)易和其它气相法(CVD)法、真空蒸镀法等结合。在表面保护膜、光学材料、电子材料、分离膜、医用材料等方面的等离子体聚合表面改性进行了广泛的研究。Tab.2列出了几个研究实例,等离子体聚合可用于制备导电高分子膜,在电子器件、传感器上有着广阔的应用前景,也可用于制备光刻胶膜、分离膜、绝缘膜、光学材料的反射率、折射率控制、薄膜波导、生物医学材料等。等离子体膜在分离中研究最多的是作气体分离膜,对渗透气化膜、反渗透膜也已作了大量的研究,PVC与液晶N-对乙氧基苄叉对丁基苯胺的共混体系具有良好的相容性,并可使膜的透气率大幅度提高,但存在液晶挥发损失问题,利用氟碳化合物有较强厌氧能力,用等离子体聚合物在累积复合物膜表面进行改性可提高其氧氮分离系数;等离子体聚合膜在电子材料中的应用不仅局限于绝缘,已发展到了作导体、半导体、超导材料方面,有关超导膜的研究是一个很活跃的领域;N.Inagaki等研究了用TFE等离子体

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第六章热喷涂、喷焊与堆焊技术 1. 什么是热喷涂?根据所使用的热源不同,可以将热喷涂工艺分为哪两大类?热喷涂:采用各种热源将涂层材料加热熔化或半熔化,高速气体将其雾化,并在高速气流的带动下雾化粒子撞击基材表面,冷凝后形成具有某种功能的涂层。喷焊是用热源将涂层材料重熔,涂层内颗粒之间、涂层与基体之间形成无孔隙的冶金结合。 堆焊技术是将具有一定使用性能的材料 (线材或焊条) 借助一定的热源手段熔覆在基材表面,使基体表面具有耐磨、耐蚀、耐热等特殊性能或使零件恢复原有形状尺寸的工艺方法。 2. 热喷涂技术的特点是什么?局限性是什么? 热喷涂的技术特点:可在各种基材上制备各种涂层;基材温度低( 30?200C), 热影响区浅,变形小;涂层厚度范围宽(0.5?5mm;喷涂效率高,成本低;操作灵活,可在不同尺寸和形状的工件上喷涂;局限性:加热效率低,喷涂材料利用率低,涂层与基体结合强度低。 3. 热喷涂涂层的结构是什么?如何改善涂层结构? 涂层是由无数变形粒子相互交错呈波浪式一层一层堆叠而成的层状结构。涂层中伴有氧化物等夹杂、未熔化的球形颗粒,并存在部分孔隙,孔隙率0.025%-50%。 改善涂层结构的方法(1) 选用高温热源( 如激光热源、等离子弧) 、超音速喷涂、 以及保护气氛或低压下喷涂,都可以减少涂层中的氧化物夹杂和气孔,改善涂层的结构和性能。(2) 喷涂层的结构还可以通过重熔处理来改善,涂层中的氧化物夹杂和孔隙会在重熔中消除,涂层的层状结构会变成均质结构,与基体的结合强度也会提高。 4. 对热喷涂材料有什么要求? (1) 热稳定性好,在高温焰流中不升华,不分解。 (2) 较宽的液相区,使熔滴在较长时间内保持液相。 (3) 与基材有相近的热膨胀系数,以防止因膨胀系数相差过大产生较大的热应力。 (4) 喷涂材料在熔融状态下应和基材有较好的润湿性,以保证涂层与基材之间有良好的结合性能。 (5) 粉末固态流动性好,保证送粉的均匀性。 5. 热喷涂涂层与基体的结合机理是什么?一般认为在涂层与基体之间机械结合起主要作用,即熔融态的粒子撞击到基材表面凹凸不平处,铺展成扁平状的液态薄层,这些覆盖并紧贴基体表面的液态薄片,在冷却凝固时收缩咬住凸出点而形成机械结合。同时,其它几种结合机理 (扩散、冶金、物理结合)也在不同程度地起作用,其程度受粉末的成分、表面状态、温度、热物理性能等因素的影响。 6. 热喷涂的工艺流程。

表面改性方法

镁合金表面熔覆改性技术 Surface Overlaying Modification Technology of Magnesium Alloys 摘要评述了镁合金表面熔覆改性技术的国内外发展概况,着重介绍了热喷涂、激光熔覆及热喷涂+激光重熔复合熔覆3种处理工艺和熔覆涂层材料,提出采用热喷涂+激光熔覆合法熔覆工艺、镁合金表面熔覆非晶合金以及熔覆高熔点涂层是提高镁合金表面性能的有效方法,具有良好的应用前景。 关键字:镁合金表面改性研究进展 Abstract:Recent developments of the application of surfacing overlaying modification technology of magnesium alloys are reviewed. The main treatment processes including thermal spraying, laser cladding and a two-step composite method, thermal spraying firstly then laser cladding, are introduced emphatically. Moreover, coating materials for surface modification of magnesium alloy are also summarized. It's pointed out that the composite technology of thermal spraying firstly then laser cladding, overlaying amorphous alloys coating and high melting point materials coating are effective methods of enhancing surface performance of magnesium alloys, which have good application prospects and are worth further studying. Key words magnesium alloys, surface modification, research progresses 1 序言 镁合金因密度低.比强度、比刚度高.电磁屏蔽性好.减震性好.以及优良的切削加工性能.在航空、汽车和电子通讯等行业中得到广泛的应用。但是镁的化学稳定性低.电极电位很负(-2.34V)耐蚀性差.月_镁合金的耐磨性、硬度及耐高温性能也较差.在某种程度上制约了镁合金材料的广泛应用。因此.如何提高镁合金的耐磨、耐腐蚀及耐热等综合性能已成为当今镁合金材料研究、发展的重要课题。有效的途径之一是对镁合金表而进行表而改性处理.在基体材料的表而形成相应的保护层。 日前,镁合金表而处理上要有化学转化、阳极氧化、表而渗层、表而电镀等方法这些方法都存在一些局限性.要么对环境有较人污染.要么所制得的涂层厚度、致密性有限而不能够有效保护。然而采用表而熔覆改性处理.如热喷涂、激光熔覆等方法.就可以克服以上不足.既环保又满足使用性能。本文综述了近年来国内外镁合金表而熔覆改性处理技术和熔覆涂层材料的发展概况。 2 镁合金表面熔覆工艺 2.1 热喷涂工艺 热喷涂技术几乎适用各种材料对零件表而的喷涂.对零件的尺寸大小及形

表面处理和改性技术

表面处理与改性技术及其在制造行业中的应用 李从富汪致远杨荟琦 0 前言 表面工程是改善机械零件、电子电器元件等基质材料表面性能的一门科学和技术。对于机械零件,表面工程主要用于提高零件表面的耐磨性、耐蚀性、耐热性及抗疲劳强度等力学性能,以保证现代机械在高速高温高压重载以及强腐蚀介质工况下可靠而持久地运行。表面工程是现代制造业的重要组成部分,是维修与再制造的基本手段。表面工程技术可分为三类,即表面改性、表面处理和表面涂覆。 表面改性技术通过对基体材料表面采用化学的、物理的方法改变材料或工件表面的化学成分或组织结构以提高机器零件或材料性能。它包括化学热处理(渗氮、渗碳、渗金属等)、表面涂层(低压等离子喷涂、低压电弧喷涂)、激光重熔复合等薄膜镀层(物理气相沉积、化学气相沉积等)和非金属涂层技术等。这些用以强化零件或材料表面的技术,赋予零件耐高温、防腐蚀、耐磨损、抗疲劳、防辐射、导电、导磁等各种新的特性,使原来在高速、高温、高压、重载、腐蚀介质环境下工作的零件,提高了可靠性、延长了使用寿命,具有很大的经济意义和推广价值。 表面处理技术不改变材料表面组织,包括各种表面淬火(感应加热、激光加热、电子束加热)、表面形变强化(如喷丸、滚压)等。 1 表面改性技术 1.1 堆焊技术 堆焊是用焊接方法在机械零件表面堆敷一层具有一定性能材料的工艺过程。它不是为了连接零件,其目的在于使零件表面获得具有耐磨、耐热、耐蚀等特殊性能的熔敷金属层,或是为了恢复或增加零件的尺寸。堆焊除可显著提高工件的使用寿命,节省制造及维修费用外,还可减少修理和更换零件的时间,减少停机、停产的损失,从而提高生产率,降低生产成奉。由于应用堆焊能更合理地利用材料,从而可获得优异的综合性能,对改进产品设计也有重大意义。故堆焊技术已在各行各业的机械制造与维修中得到广泛的应用。堆焊主要用于两个方面: (1) 制造新产品 堆焊工艺可使零件表面改质改性,以获得所需要的特殊性能,即所谓表面强化。由于零件基材和表面堆焊层采用不同性能的材料,分别满足了二者不同的技术要求,充分发挥了材料的潜力,从而大大减少了贵重金属的消耗。 (2) 修复旧零件 汽车、拖拉机、工程机械、轧辊、轴类、工模具等易损零件,均大量采用堆焊工艺修复。修复旧件的费用较低,而使用寿命往往比新件还高,如堆焊旧轧辊的费用是新轧辊的30%——50%,而轧制金属量可比新轧辊提高3——5倍。因此,广泛采用堆焊工艺修复旧件,对节约钢材,节省资金,弥补配件短缺,提高经济效益等作用显著。

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