铝合金表面改性技术的发展现状
铝合金具有密度小，机械加工效率高，易于加工成型等优点，是轻合金中应用最广、用量最多的合金[1-2]。铝合金的化学性质活泼，在干燥空气中铝的表面立即形成一层薄而致密的氧化膜。但铝合金的表面硬度低、耐磨性差，腐蚀电位较负，表层氧化膜易受强酸和强碱的腐蚀[3]，这些缺点严重限制了铝合金的应用。
为了克服铝合金表面性能方面的缺点，扩大其应用范围，延长使用寿命，表面改性技术是非常重要的环节。目前，随科学技术的不断进步，用于铝合金表面处理的工艺和技术得到广泛的研究，本文综述了国内外在铝合金表面改性技术方面的发展情况，涉及铝合金阳极氧化处理、化学镀、电镀、电弧喷涂、高能束(激光、离子束、电子束)表面改性技术等多种方法，介绍基于强流脉冲电子束的新型和复合表面处理技术。
1常用的铝合金表面改性技术
1.1阳极氧化技术
铝合金表面改性技术中阳极氧化是应用最广与最成功的技术，也是研究和开发最深入与最全面的技术。用铝合金制品作阳极，通电氧化，使铝合金制品表面形成一层较厚而致密的硬质氧化物保护膜，该膜具有双层结构，表面为多孔蜂窝状，较之铝合金的天然氧化膜，其耐蚀性、耐磨性均显著提高。
在氧化成膜形成过程中，同时发生两个过程：一是在铝合金表面生成Al2O3氧化膜的过程；二是在氧化膜生成的过程中伴随着氧化膜溶解的过程。只有当氧化膜的生成速度超过其溶解速度，方可得到一定厚度的氧化膜。
随着铝合金阳极氧化电解液的种类不同，可以得到阻挡型氧化物薄膜和多孔型氧化物薄膜。阻挡型氧化膜结构并不是均匀层，而是多层结构，刘磊等[4]使用透射电镜(TEM)观察了铝合金阳极氧化膜的微观结构，可清楚地看到膜孔的胞壁结构，单胞尺寸在60nm左右，孔径20nm。构成氧化膜的各胞状结构心密排的方式排列，每一个单胞有6个邻近的单胞，它们之间排列紧密，胞与胞之间有明显的胞壁带。
1.2电镀技术
电镀就是阴极沉积所需金属元素的工艺，被沉积的金属在工件表面形成结合牢固的致密镀层。为提高铝合金镀层的耐蚀性和强度，抑制铝合金镀层的枝晶生长，常需要在电镀纯铝的基础上进行铝合金的电镀。但由于铝合金本身的化学物理特性，使得
铝合金表面改性技术的发展现状
初鑫1,任鑫1,郝胜智2,徐洋3
(1.辽宁工程技术大学材料科学与工程学院,辽宁阜新123000;2.大连理工大学三束材料改性实验室,辽宁大连
116024;3.大连理工大学材料科学与工程学院,辽宁大连116024)
摘要：对近年来国内外铝合金表面改性技术的研究与应用情况进行综述，讨论了电子束表面改性技术的特点和基于强流脉冲电子束的复合表面处理技术的发展前景。
关键词：铝合金；表面改性；强流脉冲电子束；复合表面处理
中图分类号：TG178文献标识码：A文章编号：1001-3814(2010)20-0123-05 Progress State of Surface Modification Technology for Al Alloy
CHU Xin1,REN Xin1,HAO Shengzhi2,XU Yang3
(1.College of Material Science and Engineering,Liaoning Technical University,Fuxin123000,China;https://www.docsj.com/doc/231885250.html,boratory of Materials
Modification by Laser,Ion and Electron Beams,Dalian University of Technology,Dalian116024,China;3.College of Material Science and Engineering,Dalian University of Technology,Dalian116024,China)
Abstract：The research and application of surface modification technologies for aluminum alloy in recent years were summarized.The features of surface modification technology and prospect of high current pulsed electron beam combined treatment technology were discussed.
Key words：aluminum alloy;surface modification;high current pulsed electron beam;surface combined treatment
收稿日期:2010-09-09
作者简介:初鑫(1985-),男,辽宁盘锦人,硕士研究生,主要研究方向为
强流脉冲电子束材料表面改性;电话：189********;
E-mail:chuxin406@https://www.docsj.com/doc/231885250.html,
在铝合金基体上的电镀比在钢铁基材上施镀要困难得多，必须进行一些特殊的处理。
铝合金镀层的种类很多。按合金元素对镀层性能的影响可将合金镀层分为以下3类：①耐蚀铝合金镀层，合金元素的加入会极大地提高镀层的抗点蚀能力。②装饰性合金镀层，这类镀层具有金属玻璃结构，因此具有美观光亮的金属外表，不经加工即可作为器具的外装涂饰。③功能性合金镀层，这类镀层具有一定的磁性和超导性能。按加入合金元素的种类，可将镀层分为二元合金镀层和在二元合金镀层基础上扩展的三元或多元合金镀层[6]。
电镀在工业中应用已久，但有其不足之处：如镀膜不够致密，有气孔，易发生氢脆，对环境污染严重，三废处理费用高昂，同时电镀过程中产生的六价铬及电镀层中的镍、镉是对人体有害的致癌物质。
1.3化学镀技术
化学镀Ni-P镀层具有耐蚀性和耐磨性优异、与基体结合力高、表面镀层均匀、硬度高等优点，已成为很多金属及合金常用的表面防护方法[7-8]。与电镀工艺相比，化学镀是一种低污染的工艺，得到的镍磷合金又是一种很好的代铬镀层合金。经过化学镀镍所得镍磷镀层的厚度均匀，耐磨性有很大提高，操作简便且适合形状复杂的零件。它不仅提高了铝合金的耐蚀性、耐磨性、可焊性和点接触性，而且还赋予铝合金各种新的功能，如磁性能、润滑性能等。这些优良的特性使得化学镀镍的铝合金应用范围更加广泛[9-11]。
铝合金化学镀镍磷工艺多采用传统的二次浸锌前处理工艺，工艺流程如下：试样脱脂→水洗→纯水洗→浸锌→水洗→退锌→水洗→纯水洗→二次浸锌→水洗→褪锌→水洗→纯水洗→三次浸锌酸洗→水洗→纯水洗→化学镀镍磷合金→水洗。
胡永俊等[12]制备了Ni-W-P三元合金化学镀层，并研究了W含量对Ni-W-P镀层耐磨性和硬度的影响。结果表明：铝合金表面化学镀Ni-W-P三元合金在400℃加热1h后，表面硬度达1080HV25，表面硬度和耐磨性均较基体提高10倍以上。
但是，铝合金亲氧性强，在空气中表面容易氧化生成一层氧化膜，而且铝合金自身不具有催化活性，常常导致镀液沉积速度降低、镀层结合力差等现象。因此，根据铝合金的组成特点，研究简捷、适当的化学镀镍工艺规范，保证镀层质量是铝合金表面处理中亟待解决的问题。1.4电弧喷涂技术
由于铝合金的耐蚀性很少能超过纯铝，所以铝合金的表面保护越来越引起人们的关注，而热喷涂长效防护金属涂层一直是人们研究的热点之一[13-16]。
随电弧喷涂设备和技术的发展日趋成熟，电弧喷涂长效防护涂层的应用和研究逐渐占据了主要地位，在工业生产中，通常采用电弧喷涂进行防腐处理。徐荣正等[17]采用电弧喷涂工艺在6061铝合金基体表面喷涂高纯铝涂层，利用金相显微镜对涂层的组织进行观察，分析了基体与涂层的结合方式，测量了涂层的孔隙率。并采用w(NaCl)=5%的溶液浸泡试验、盐雾试验和电化学试验，检验了涂层的耐腐蚀性。结果表明，利用电弧喷涂技术可以在6061铝合金基体表面形成均匀、致密、孔隙率低、结合良好的高纯铝涂层；高纯铝涂层耐腐蚀性较好，对铝合金基体起到了保护作用，涂层经过封孔工艺处理后保护作用更好。
1.5激光表面改性
激光表面改性技术通过激光束与材料的相互作用使材料表面发生物理、化学性能变化，是一种改善铝合金表面性能的有效方法。与其他传统方法(阳极氧化法、PVD、CVD、溶胶-凝胶、等离子喷涂以及等离子微弧氧化等)相比，其最大特点是改性层厚而致密，与基体间呈冶金结合，结合强度高[18-20]。同时激光表面强化只对表层起作用，不影响基体的性质。激光表面改性通常包括激光表面合金化和激光熔覆两种方法。
激光表面合金化是指在激光光源的辅照下将Fe、Ni、Cr、B和Si等合金元素熔入铝合金基体，形成与基体具有优异冶金结合性能的合金化层。Fe、Ni 等合金化元素与Al形成细小弥散分布的金属间化合物强化相，达到提高铝合金表面硬度、改善耐磨性能的目的。由于激光能量的可控性好、合金化层与基体的结合性能好等优点，因此，激光表面合金化得到广泛的研究和应用。周龙早等[21]将Ni-Cr合金粉末用有机粘接剂调成膏状涂在铸造铝合金ZL108基体上，然后进行CO2激光表面合金化处理。通过选择合理的工艺参数，在基体表面获得了冶金结合性能良好的合金化层。利用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪对合金化层的显微组织结构进行详细的研究。结果表明：合金化层由Ni-Al 金属间化合物组成，并呈点状、弥散分布在Al-Si共晶基体上；合金化层的显微硬度可达230HV，比基体材料提高约3倍；耐磨性比基体提高2倍左右。
Jin等[22]在Al600上先电镀50～80μm的Cr粉，然后进行激光合金化处理，所得的合金化层化学成分均匀，表面光滑且无孔洞。
激光熔覆又称激光涂覆或激光熔敷，其实质是将具有特殊性能(如耐磨、耐蚀等)的粉末涂在金属表面或在激光照射时同步送粉，使其在激光束的作用下迅速熔化、扩展及快速凝固。铝合金对红外激光的高反射率使通过直接送粉进行激光熔覆是极为困难的，有研究者指出了激光熔覆陶瓷层的机理和工艺条件[23]，在激光辅照铝合金表面的同时，并且送粉位置适当的情况下，在基体上方产生等离子弧，该弧与激光束(功率密度≥5×104kW/cm2)共同作用下，可成功实现陶瓷熔覆。目前的研究显示：可成功在铝合金表面熔覆的材料体系主要有Cu基合金、Ni 基合金及TiC或WC等陶瓷相增强的Cu基或Ni 基复合材料[24-25]。李刚等[26]利用横流CO2激光器在38CrMoAl表面激光宽带熔覆NiCrBSi+WC(质量百分比25%)复合涂层，研究表明，硬化区可分为表面枝晶区、中部细晶区、熔覆结合枝晶区及基体四部分。涂层中物相Cr1.8W3.2B3、Cr23C6、Ni3B和WC1-x等硬化相对提高硬度、耐磨性起着积极的作用。过饱和的γ-Ni基体的固溶强化和细晶强化、高硬质点的弥散强化，使硬质相具有强韧的衬底，大大提高其耐磨性。合金层与基体成冶金结合，具有较好的强韧性及组织稳定性。
1.6等离子体表面改性
压缩电弧等离子束表面处理技术是近年来发展的一种材料表面处理新技术，其特点在于获得高的表面加热、冷却速度或直接把元素注入或熔入材料表面。通过改变材料表面的物理结构或化学组分，使材料的性能得以显著改善和提高，目前，等离子体表面处理因其性能的优势和低廉的成本已成为材料科学领域最活跃的研究方向之一。
用于金属材料表面改性的热等离子体技术通常指压缩电弧(转移弧或非转移弧)等离子束流，主要包括等离子基离子注入、微弧氧化等方法。
离子注入法是20世纪70年代发展起来的一种表面改性技术，但传统的离子束注入是一种“视线过程”，对几何形状复杂的零件很难发挥作用，而且不适宜大批量生产，因而其应用范围很有限。等离子基离子注入技术是一种新兴的表面改性方法，它是在传统离子注入技术的基础上发展起来的，不但克服了离子束离子注入的视线过程，可用于具有不同几何形状的零件，而且在每一脉冲注入过程中包含着注入、溅射、沉积等多元过程，根据需要控制适当参数可同时全方位地注入多种元素，实现对材料的表面改性，具有高效、低温、无视线过程和可批量生产等优点，有广阔的应用前景。等离子注入技术形成的超硬化合物、产生的非晶组织和表面压应力等能使工件表面的耐腐蚀、抗磨损和抗疲劳能力大大提高，膜层与基体之间无明显界面，膜基结合力增强。特别是采用金属等离子体基离子注入还可以使表面合金化，因而更受人们青睐。现在人们已经用等离子体注入技术提高铝合金的耐磨性、生物相容性[27]。
微弧氧化又称等离子体氧化，是最近十几年在阳极氧化基础上建立起来的一项高新技术。所谓微弧氧化就是将Al、Ti、Mg、Zr、Ta和Nb等金属或其合金(称之为ValveMetal)置于电解质水溶液中，利用电化学方法，使该材料表面微孔中产生火花放电斑点，在热化学、等离子体化学和电化学共同作用下，生成陶瓷膜层的阳极氧化方法。该陶瓷层厚达200μm以上，最高硬度达3000HV以上，并且耐磨、耐腐蚀和耐高温冲击等性能均优于阳极氧化膜。由于等离子体微弧氧化技术具有工艺简单、处理效率高、工艺成本低和无污染等特点，所制得的陶瓷膜除具有一般结构陶瓷涂层的耐磨、耐蚀和耐高温等优异特点外，还可根据不同的性能要求，制备出具有装饰、磁电屏蔽、电绝缘等功能性膜层。因此该技术已成为国际材料研究的热点之一，在航空、航天、建筑、纺织、电子工业等领域具有广阔的应用前景。
辛世刚等[28]采用等离子体电解氧化方法在铝合金表面制备了氧化锆涂层，电解液为包含Zr(OH)4颗粒的碱性溶液。涂层的组成、结构通过XRD、EPMA进行了研究。结果显示，涂层主要由t-ZrO2、m-ZrO2、α-Al2O3和γ-Al2O3组成，t-ZrO2为涂层的主晶相，分布在涂层表面，而α-Al2O3出现在涂层的内侧。涂层表面呈颗粒状，颗粒尺寸为1～2μm。在氧化过程中，Zr(OH)4颗粒在电场力的作用下向等离子体放电通道口沉积，在放电产生的高温作用下直接转化为氧化锆。
近年来国外在开发真空离子镀代替电镀技术的研究，如美国、日本在“多组电阻坩埚蒸发源离子镀铝代替电镀镉、电镀锌”和“空心阴极离子镀铬代替电镀铬”等方面进行研究工作，已取得较好效果，并用到生产中。在国内，大连理工大学从1980年从事钢铁件、黄铜件、铝合金和锌基合金的“真空离子镀
替代电镀”课题研究，至今已有二十余年，现已研究成功钢铁、黄铜、铝合金、锌基合金等基材表面进行离子镀铬、钛、锆、铝、氮化物等，可替代电镀锌、电镀镉，其成果：①离子镀中间层合金+离子镀铬(呈银白色)；②离子镀中间层合金+离子镀钛(或锆)+离子镀金+离子镀透明陶瓷保护膜(呈金黄色)，可彻底解决克服电镀中的缺点[29]。
2电子束表面改性技术
近些年来，以强脉冲束流为加工手段的表面改性技术得到迅速发展，并带来新的概念和特点。利用强脉冲束流进行材料表面处理时，入射能量瞬间沉积在工件表面薄层内，形成温度梯度极高的热作用区，当加热温度足够高时，受热表层中会出现熔化、汽化及熔体喷发等物理过程；与此同时，非均匀的温度分布可诱发强烈的应力耦合作用，致使表层材料在晶体学缺陷形式、数量和分布等方面发生显著变化；脉冲能量结束后，表层高温材料迅速冷却，形成各种亚稳态的表层组织和相结构，如过饱和固溶、超细晶、纳米结构等，从而使辐照处理材料达到常规方法难以实现的表面改性效果。
电子束表面改性工艺是一种较为先进的表面改性处理工艺，与传统的表面处理工艺相比，它具有以下优点[30]。
(1)工件变形小因为电子束表面改性处理过程中，只对工件表面的局部区域进行升(降)温处理，整个零件并未进入高温状态，输入零件的总能量少，因此几乎不可能产生变形，尤其是对于大型零件更是如此。所以，对于精密加工之后的零件特别适合，可大大减小精加工的研磨留量。
(2)节约能量、效率高电子束表面处理局部能量密度高，但处理时间很短。加上电热转换效率高达90%以上，故耗费的能量很少。
(3)清洁由于加工处理在真空室中进行，氧气、氮气所产生的有害影响极小，可以获得非常洁净的表面处理层。另外，处理过程中不需要油、水、盐等媒质，所以不会污染处理的零件和操作环境。
(4)处理方式灵活电子束的输出能量密度及其在工件表面的处理位置均可灵活、准确的调节。因而表面改性的部位和处理层的深度均可得到精确控制。
(5)重复性好因为电子束的总能量与功率密度的控制精度很高，扫描范围与处理位置可准确定位，所以可保证批量处理零件时的良好重复性。
(6)相对于激光和离子束，电子束束源简单、可靠度大、电子能量的吸收利用率受材料表面状态影响较小。
除此之外，采用电子束表面改性技术还可在客观上带来节省贵重金属的使用、简化生产工序及周转时间等可观的经济效益。
电子束处理是一种选择性区域处理，其工作过程类似于电子束焊接。从电子枪阴极表面发射的电子，经加速后直接轰击需要处理的工件表面，瞬间的能量转换和沉积使“表面层”(几个μm到几个mm)温度急剧升高，而基体仍保持“冷态”，电子束结束照射时，加热区域的热量迅速向基体扩散，表面层的温度急剧下降，从而在表面改性层中形成特定的加热、冷却过程，类似于常规的热处理过程。除此之外，快速的升温冷却过程中形成的巨大温度差会在改性过程中同步造成热应力的产生，并形成一定的应力分布状态[31]。以上述过程为基础，通过控制入射电子束的形式、能量幅值及空间分布，同时附以必要合金元素(气体或固体)的添加，就构成了电子束表面改性处理的独特工艺。将强流脉冲电子束用于金属材料表面处理时，如何有效控制束流能量作用区的热-力过程，实现材料表层显微组织和相结构的有益转变，是研究和发展这种表面改性技术的关键问题。
强流脉冲电子束源自核聚变的实验研究，近几年才开始在材料表面改性方面获得重视和使用，张可敏等[32]采用电化学阻抗谱和动态极化的方法研究了316L不锈钢经过强流脉冲电子束表面改性后在模拟体液中的腐蚀行为。结果表明，电子束轰击可以有效地提高316L不锈钢在模拟体液中的耐腐蚀性。经过改性的样品其界面电容下降，极化电阻升高。5次轰击后的样品表面因其火山坑的中心位置残存MnS夹杂或小孔而更易发生点蚀。20次轰击后的样品兵有最佳的耐蚀性，其腐蚀电流密度降至原始样品的1/15左右，这主要归因于电子束轰击对材料表面的选择性净化效应及反夏重熔对表面缺陷的修复。Rotshtein等[33]通过强流脉冲电子束对高速钢材料表面的改性，研究发现在高速钢近表层发生了相成分的改变，在硬质合金的表层发生显微机构的改变和相转变。Ivanova等[34]通过对WC-TiC-Co 硬质合金刀具进行强流脉冲电子束表面处理，发现在相界处形成了亚晶结构，并伴随着WC的同素异形转变，因此提高了硬质合金刀具的耐磨性。
大连理工大学三束实验室对铝合金表面电子束
改性进行了一些研究。以6063铝合金为基体，对其表面进行电子束复合处理，工艺为电子束辐照+化学镀镍。实验设备采用自行设计的强流脉冲电子束发生装置，工艺参数为：加速电压15～30keV；能量密度1～6J/cm2；电流1～10kA；脉冲时间1～6ms；脉冲频率0.1或0.2Hz，真空度10-3Pa。
经过强流脉冲电子束表面改性后，相比于未经活化直接化学镀的，Ni-P镀层表面更为平整，颗粒对比未经电子束处理直接化学镀有明显减少，并且成波浪起伏分布，间隙更小。磨损试验结果表明利用强流脉冲电子束代替化学镀前处理，获得镀层的耐磨性比正常化学镀获得的镀层有较大程度的提高。3结束语
铝合金电子束表面复合处理作为一种新型的表面改性工艺，具有独特的优点，有很大的发展空间。但目前也存在着一些不足之处，如电子束表面复合处理后镀层与基体之间的结合力弱，这将是该技术进一步研究改进的重要方向。
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铝合金表面改性技术的发展现状
铝合金具有密度小，机械加工效率高，易于加工成型等优点，是轻合金中应用最广、用量最多的合金[1-2]。铝合金的化学性质活泼，在干燥空气中铝的表面立即形成一层薄而致密的氧化膜。但铝合金的表面硬度低、耐磨性差，腐蚀电位较负，表层氧化膜易受强酸和强碱的腐蚀[3]，这些缺点严重限制了铝合金的应用。 为了克服铝合金表面性能方面的缺点，扩大其应用范围，延长使用寿命，表面改性技术是非常重要的环节。目前，随科学技术的不断进步，用于铝合金表面处理的工艺和技术得到广泛的研究，本文综述了国内外在铝合金表面改性技术方面的发展情况，涉及铝合金阳极氧化处理、化学镀、电镀、电弧喷涂、高能束(激光、离子束、电子束)表面改性技术等多种方法，介绍基于强流脉冲电子束的新型和复合表面处理技术。 1常用的铝合金表面改性技术 1.1阳极氧化技术 铝合金表面改性技术中阳极氧化是应用最广与最成功的技术，也是研究和开发最深入与最全面的技术。用铝合金制品作阳极，通电氧化，使铝合金制品表面形成一层较厚而致密的硬质氧化物保护膜，该膜具有双层结构，表面为多孔蜂窝状，较之铝合金的天然氧化膜，其耐蚀性、耐磨性均显著提高。 在氧化成膜形成过程中，同时发生两个过程：一是在铝合金表面生成Al2O3氧化膜的过程；二是在氧化膜生成的过程中伴随着氧化膜溶解的过程。只有当氧化膜的生成速度超过其溶解速度，方可得到一定厚度的氧化膜。 随着铝合金阳极氧化电解液的种类不同，可以得到阻挡型氧化物薄膜和多孔型氧化物薄膜。阻挡型氧化膜结构并不是均匀层，而是多层结构，刘磊等[4]使用透射电镜(TEM)观察了铝合金阳极氧化膜的微观结构，可清楚地看到膜孔的胞壁结构，单胞尺寸在60nm左右，孔径20nm。构成氧化膜的各胞状结构心密排的方式排列，每一个单胞有6个邻近的单胞，它们之间排列紧密，胞与胞之间有明显的胞壁带。 1.2电镀技术 电镀就是阴极沉积所需金属元素的工艺，被沉积的金属在工件表面形成结合牢固的致密镀层。为提高铝合金镀层的耐蚀性和强度，抑制铝合金镀层的枝晶生长，常需要在电镀纯铝的基础上进行铝合金的电镀。但由于铝合金本身的化学物理特性，使得 铝合金表面改性技术的发展现状 初鑫1,任鑫1,郝胜智2,徐洋3 (1.辽宁工程技术大学材料科学与工程学院,辽宁阜新123000;2.大连理工大学三束材料改性实验室,辽宁大连 116024;3.大连理工大学材料科学与工程学院,辽宁大连116024) 摘要：对近年来国内外铝合金表面改性技术的研究与应用情况进行综述，讨论了电子束表面改性技术的特点和基于强流脉冲电子束的复合表面处理技术的发展前景。 关键词：铝合金；表面改性；强流脉冲电子束；复合表面处理 中图分类号：TG178文献标识码：A文章编号：1001-3814(2010)20-0123-05 Progress State of Surface Modification Technology for Al Alloy CHU Xin1,REN Xin1,HAO Shengzhi2,XU Yang3 (1.College of Material Science and Engineering,Liaoning Technical University,Fuxin123000,China;https://www.docsj.com/doc/231885250.html,boratory of Materials Modification by Laser,Ion and Electron Beams,Dalian University of Technology,Dalian116024,China;3.College of Material Science and Engineering,Dalian University of Technology,Dalian116024,China) Abstract：The research and application of surface modification technologies for aluminum alloy in recent years were summarized.The features of surface modification technology and prospect of high current pulsed electron beam combined treatment technology were discussed. Key words：aluminum alloy;surface modification;high current pulsed electron beam;surface combined treatment 收稿日期:2010-09-09 作者简介:初鑫(1985-),男,辽宁盘锦人,硕士研究生,主要研究方向为 强流脉冲电子束材料表面改性;电话：189********; E-mail:chuxin406@https://www.docsj.com/doc/231885250.html,
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[。
钛合金表面处理
钛合金表面处理 引言 钛在高温下易于与空气中的O、H、N等元素及包埋料中的Si、Al、Mg等元素发生反应，在铸件表面形成表面污染层，使其优良的理化性能变差，硬度增加、塑性、弹性降低，脆性增加。 钛的密度小，故钛液流动时惯性小，熔钛流动性差致使铸流率低。铸造温度与铸型温差(300℃)较大，冷却快，铸造在保护性气氛中进行，钛铸件表面和内部难免有气孔等缺陷出现，对铸件的质量影响很大。 因此，钛铸件的表面处理与其它牙用合金相比显得更为重要，由于钛的独特的理化性能，如导热系数小、表面硬度、及弹性模量低，粘性大，电导率低、易氧化等，这对钛的表面处理带来了很大的难度，采用常规的表面处理方法很难达到理想的效果。必须采用特殊的加工方法和操作手段。 铸件的后期表面处理不仅是为了得到平滑光亮的表面，减少食物及菌斑等的积聚和粘附，维持患者的正常的口腔微生态的平衡，同时也增加了义齿的美感；更重要的是通过这些表面处理和改性过程，改善铸件的表面性状和适合性，提高义齿的耐磨、耐蚀和抗应力疲劳等理化特性。 一、表面反应层的去除 表面反应层是影响钛铸件理化性能的主要因素，在钛铸件研磨抛光前，必须达到完全去除表面污染层，才能达到满意的抛光效果。通过喷砂后酸洗的方法可完全去除钛的表面反应层。 1. 喷砂：钛铸件的喷砂处理一般选用白刚玉粗喷较好，喷砂的压力要比非贵金属者较小，一般控制在0.45Mpa以下。因为，喷射压力过大时, 砂粒冲击钛表面产生激烈火花，温度升高可与钛表面发生反应,形成二次污染，影响表面质量。时间为15~30秒，仅去除铸件表面的粘砂、表面烧结层和部分和氧化层即可。其余的表面反应层结构宜采用化学酸洗的方法快速去除。 2. 酸洗：酸洗能够快速完全去除表面反应层，而表面不会产生其他元素的污染。HF—HCl系和HF—HNO3系酸洗液都可用于钛的酸洗，但 HF—HCl系酸洗液吸氢量较大，而HF—HNO3系酸洗液吸氢量小，可控制HNO3的浓度减少吸氢，并可对表面进行光亮处理，一般HF的浓度在3%~5 %左右，HNO3的浓度在15%~30%左右为宜。 二、铸造缺陷的处理 内部气孔和缩孔内部缺陷：可等热静压技术(hot isostatic pressing)去
涂料用铝粉的表面改性研究进展
涂料用铝粉的表面改性研究进展 李利君1,2,3,皮丕辉1,王炼石3,文秀芳1,程江1,杨卓如1 (1.华南理工大学化学与化工学院,广州510640;2.公安部四川消防研究所,都江堰611830; 3.华南理工大学材料科学与工程学院,广州510640) 摘 要:铝粉作为重要的金属颜料之一,当其用于水性涂料时,易被腐蚀而逐渐失去金属光泽,因此需要对其进行表面改性。目前的表面改性方法主要有添加缓蚀剂法和包覆膜法,较多的是添加缓蚀剂来保护铝颜料,而包覆膜法对铝颜料能起到更好的保护作用,被认为是一种较有发展前景的方法。本文对铝颜料表面改性机理及改性方法的研究进展进行了介绍,指出了目前改性方法中存在的不足,并提出了改进措施。 关键词:铝颜料;表面改性;缓蚀剂;包覆膜 中图分类号:T G179;TQ633 文献标识码:A 文章编号:10052748X(2009)0820519204 A R evie w of Surface Modif ication of Aluminum Pigments Applied in Coatings L I Li2jun1,2,3,PI Pi2hui1,WAN G Lian2shi3,WEN Xiu2fang1,CH EN G Jiang1,YAN G Zhuo2ru1 (1,3.South China University of Technology,Guangzhou510640,China; 2.Sichuan Fire Research Institute of Ministry of Public Safety,Dujiangyan611830,China) Abstract:Aluminum,as one of the important metal pigments,can be easily corroded and tarnished when it is utilized in the waterborne paints.Therefore it is necessary to modify its surface.Now,two methods have been adopted,i.e,corrosion inhibitor and encapsulation.It is reported that the encapsulation could protect the aluminum pigments more efficiently,and is a prospect method for protection of aluminum pigments.The mechanism,methods and development of the aluminum pigment modification are reviewed in this paper.The deficiency of the present methods is pointed out and the improving ways are also suggested. K ey w ords:aluminum pigment;surface modification;corrosion inhibitor;encap sulation 金属颜料作为装饰性颜料由片状金属或片状合金粉末构成,可使被涂装的物品绚丽多彩,具有明亮的金属光泽和金属闪光效果[1]。涂料用铝粉,又称铝颜料,是重要的金属颜料之一,因其独特的外观和防护性,深受消费者的喜爱,近年来其用量增长迅速,主要的应用领域有工业涂料、汽车涂料、印刷油墨以及塑料加工业[2]。因环保的要求,涂料和油漆工业正朝着减少挥发性有机物的方向发展,水性涂料是解决这一问题的较好选择[3]。铝颜料用于水性涂料有分散稳定性差等问题,然而最主要的是,水性涂料大多在碱性条件下配制,铝颜料容易被腐蚀,其后果会使铝颜料逐渐失去金属光泽,还会产生大量的H2,可能引起爆炸等危险。目前尽管已对此进行 收稿日期:2008207215;修订日期:2008208204 基金项目:广东省自然科学基金项目资助项目(07006528) 联系人:李利君,博士,lilijunscut@https://www.docsj.com/doc/231885250.html, 了较多研究,但是仍然没有找到理想的解决方法,且大部分的研究尚处于实验阶段,离工业化还有较长距离。本文综述了铝颜料表面改性机理和改性方法的研究进展,指出了目前铝颜料改性方法的不足之处,并提出了改进措施。 1 表面改性机理 铝的化学性质比较活泼,暴露在空气中时,易与氧气、水等发生反应;当电解液存在时,还易发生电化学反应。目前铝颜料的表面改性机理大致分为两类:隔绝介质和减少活性点[3]。隔绝介质的作用原理为在铝表面包覆一层有机或无机物,使铝与反应介质隔离,从而防止铝的腐蚀反应的发生。减少活性点的作用原理为在铝表面的活性点上吸附一层或多层有机或无机物,或者在活性点上形成难溶的氧化物沉积,从而减少腐蚀反应的发生。目前对铝颜料表面改性机理的研究鲜有报道。 ? 9 1 5 ? 第30卷第8期2009年8月 腐蚀与防护 CORROSION&PRO TECTION Vol.30 No.8 August2009
铝合金表面处理国内外应用现状
表面工程技术 铝合金表面处理国内外研究应用现状Aluminum alloy surface treatment of domestic and foreignresearch and application status 学院名称：材料科学与工程学院 专业班级：复合材料1101 学生姓名：曹成成 学号：3110706055 指导教师：张松立 2014 年6 月
【摘要】综述了近年来铝合金表面改性技术取得的研究进展，介绍了镀层技术，转化膜处理技术、高能束表面处理技术等方法制备铝合金表面层的原理、特点及研究成果简要介绍了铝合金表面处理技术的新进展,重点介绍了铝合 金的阳极氧化、电镀、化学镀和微弧氧化、激光熔覆等工艺。 关键词:铝合金;表面处理;阳极氧化;电镀;化学镀;微弧氧化;激光熔覆 前言 铝是元素周期表中第三周期主族元素,为面心立方晶格,无同素异构转变,延展性好、塑性高,可进行各种机械加工。铝的化学性质活泼,在干燥空气中铝的表面立即形成厚约1～3 nm 的致密氧化膜,使铝不会进一步氧化并能耐水;铝是两性的,既易溶于强碱,也能溶于稀酸。铝在大气中具有良好的耐蚀性。纯铝的强度低,只有通过合金化才能得到可作结构材料使用的各种铝合金。铝合金的突出特点是密度小、强度高。铝中加入Mn、Mg 形成的Al-Mn、Al-Mg 合金具有很好的塑性和较高的强度,称为防锈铝合金,如3A21 ,5A05。硬铝合金的强度较防锈铝合金高,但防蚀性能有所下降,这类合金有Al-Cu-Mg 系如 2A11 ,2A12。Al-Cu-Mg- Zn 系为超硬铝,如7A04 ,7A09。新近开发的高强度硬铝,强度进一步提高,而密度比普通硬铝降低15 % ,且能挤压成型,可用作摩托车骨架和轮圈等构件。Al-Li 合金可制作飞机零件和承受载重的高级运动器材。通过在铝中加入3 %～5 %(质量分数) 的比铝更轻的金属锂,就可以制造出强度比纯铝高20 %～25 % ,密度仅2. 5 t/ m3 的铝锂合金。这种合金用在大型客机上,可以使飞机的重量减少5 t 多,而载客人数不减。 尽管铝合金材料具有密度小、热膨胀系数低、比刚度和比强度高等优点，但
外科植入物用钛合金的表面改性
外科植入物用钛合金的表面改性 戴正宏*,王玉林,何宝明 (天津大学复合材料研究所,天津300072) 摘要:钛合金作为外科植入物用材料在临床上得到了越来越多的应用。综述了钛合金作为外科植入物的优良性能及国内外在钛合金表面改性方面的发展和研究现状。阐述了表面改性对改善钛合金的耐磨性,耐蚀性和生物学性能方面的重要作用。分析表明:开发新型钛合金和寻求理想的表面改性工艺来获得高质量的涂层或将生物活性相添加到钛合金基体中制备成复合材料是提高钛合金生物学性能的有效途径。 关键词:外科植入物;钛合金;表面改性 中图分类号:R318.08 文献标识码:A 文章编号:0258-7076(2003)04-0491-04 目前常见的外科植入用金属材料主要为超低碳奥氏体不锈钢(AISI316L,317L),钴 铬(Co Cr)合金,纯钛和钛合金3类材料[1,2]。近几年来,镍钛(NiTi)合金[3]及亚稳定 型Ti Nb Zr合金[4]也崭露头角,前者具有形状记忆和超弹性双重功能,后者具有更低的弹性模量、高的损伤容限及优异的生物相容性。目前,常用的钛合金与传统的不锈钢材料相比,钛合金具有一系列优点:与不锈钢相比,钛的弹性模量与骨组织更为接近;生物相容性更佳;耐蚀性和抗疲劳性能优于不锈钢和钴基合金; (植入后)组织反应轻微,表面性能好;与不锈钢相比,钛及其合金对骨组织的生长影响较小;钛及其合金中无镍成分,过敏较小;手术后能进行MRI和CT检查;钛合金内植入物可以长期留存体内,可避免二次手术。 纵观钛合金表面技术的发展,它大致经历了3个阶段:一是以电镀、热扩散为代表的传统表面技术阶段;二是以等离子体、离子束、电子束的应用为标志的现代表面技术阶段;三是现代表面技术的综合应用和膜层结构设计阶段。 在生物医学领域中,表面改性主要是为了改善植入体的耐磨性、耐蚀性和生物学性能(包括生物相容性和生物活性)[7,8]。虽说钛及其合金与其他金属材料相比具有与骨最为接近的弹性模量,但仍远远高于骨的弹性模量,这就容易造成界面上机械性能的不匹配;同时,从成分上来看,钛与自然骨的成分截然不同,钛与骨之间虽然具有良好的生物相容性,植入后种植体周围无纤维包囊形成,但钛合金与骨之间只是一种机械嵌连性的骨整合,而非强有力的化学骨性结合,因此对钛合金进行表面改性以改善其生物学性能引起了人们的日益重视[7,9]。 为了增强钛合金的耐磨性、耐蚀性,以及提高其与周围组织界面的结合力从而降低应力遮挡程度,必须对钛合金进行表面改性。表面改性保持了钛合金作为基体材料的一系列品质,同时使得植入物的综合性能得到大幅度的改善。 进入90年代以来,钛及其合金以其优异的综合性能在牙种植体、人工关节、脊柱矫形内固定系统、髓内钉、矫形钢板等方面的应用已逐渐占主导地位,成为首选的金属材料[5,6]。本文从几个方面就外科植入物用钛合金的表面改性方面的技术发展进行回顾与展望。 1 提高表面生物活性 尽管钛合金具有很好的生物相容性,但毕竟是一种生物惰性金属材料,新生骨与植入物之间只能形成接触生长[10]。Hulshoff发现,当未经表面处理的钛合金直接植入人体后,生物机体在其表面开始产生纤维组织,并逐渐增厚,6个月后才有骨连接[11]。目前临床使用的大多数是对植入物进行表面机械改性以增强与骨的连接力。这种以机 第27卷 第4期V ol.27 .4 稀 有 金 属 CHI NESE JOURNAL OF RARE METALS 2003年7月 July2003 收稿日期:2002-12-12;修订日期:2003-03-27 作者简介:戴正宏(1979-),男,湖北人,硕士研究生;研究方向:医用钛合金的表面改性*通讯联系人(E mail:daizhenghong@https://www.docsj.com/doc/231885250.html,)
表面改性技术
先进制造技术课程论文 论文题目：［高速齿轮表面改性工艺方法研究］ 系部：机械工程系 专业：机械制造与制动化 班级：机制103 学生姓名： 学号：100114314 2012年10 月10 日 摘要 齿轮表面改性技术对于齿面强化，延长齿轮的使用寿命和发展新型齿轮加工技术具有重要的意义．齿轮传动具有传动比准确，传递运动工作可靠，传动平稳效
率高，机构紧凑，使用寿命长等优点，在许多行业得到广泛使用．齿轮工作时的运动和受力情况非常复杂，由此产生的损伤形式多样，比较常见且对其能影响较严重的损伤有3种：断齿、破坏性胶合和破坏性点蚀_l ．因此，要求齿轮的整体具有高的弯曲疲劳强度，心部要求高的强度和冲击韧性，齿面要求高硬度、高耐磨性和一定的耐腐蚀性．德国权威机构曾对涉及各行各业的齿轮传动失效实例进行过调查研究，发现因齿轮表面失效而引起的齿轮传动副失的数量约占所调查对象总数的．因此，提高齿轮表面强度已成为提高齿轮传动副的可靠性和延长其使用寿命的有效途径．为了达到这一目的，必须对齿轮进行表面强化处理．除采用常规表面热处理手段外，日益成熟的各种表面强化新技术也获得了广泛应用．目前，齿轮表面强化处理技术主要有渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗金属、激光表面强化、热喷涂等 关键字：齿轮表面改性现代表面技术 一、表面改性技术： 表面技术是指采用某种工艺手段使材料表面获得与其基体材料的组织结构、性能不同的一种技术。材料经表面改性处理后，既能发挥基体材料的力学性能，又能使材料表面获得各种特殊性能（如耐磨，耐高温，合适的射线吸收、辐射和反射能力，超导性能，润滑，绝缘，储氢等） 表面改性技术可以掩盖基体材料表面的缺陷，延长材料和构件的使用寿命，节约稀、贵材料，节约能源，改善环境，并对各种高薪技术的发展具有重要作用。表面改性技术的研究和应用已有多年。70年代中期以来，国际上出现了表面改性热，表面改性技术越来越受到人们的重视。 表面改性的特点是： （1）不必整体改善材料，只需进行表面改性或强化，可以节约材料。 （2）可以获得特殊的表面层，如果超细晶粒、非晶态、过饱和固溶体，多层结构层等，其性能远非一般整体材料可比。 （3）表面层很薄，涂层用料少，为了保证涂层的性能、质量，可以采用贵重稀缺元素而不会显著增加成本。 （4）不但可以制造性能优异的零部件产品，而且可以用于修复已经损坏、失效的零件。 表面改性技术应用：表面改性技术广泛应用于机械工业、国防工业及航空航天领域，通过表面改性可以使材料性能提高，产品质量提高，降低企业成本。表面技术的应用，在提高零部件的使用寿命和可靠性，提高产品质量，增加产品的竞争力，以及节约材料，节约能源，促进高科技技术的发展等方面都有着十分重要的意义。 二、一般传统齿轮的处理方式 1、金属表面形变强化 喷丸强化是当前国内外广泛应用的一种应用广泛的表面强化方法，即利用高速弹丸强烈冲击零件表面，使之产生形变硬化层并引进残余压应力。 喷丸强化原理： （1）形成形变硬化层，在此层内产生两种变化：
水性颜料铝粉的制备与表征.
水性颜料铝粉的制备与表征/张晓菊等 369 水性颜料铝粉的制备与表征 张晓菊,周锦鑫,顾顺超 (上海交通大学化学化工学院化工系,上海 200240 摘要先以硅烷偶联剂 r 缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷 (K H 560 对铝粉粒子进行预处理,使其接枝在粒子表面,然后通过溶胶一凝胶 (S ol — gel 沉淀法,以较为廉价的硅酸盐为原料,在水相体系中对铝粉表面进行包覆 Si 02处理。探讨了硅烷 偶联剂添加量、硅酸盐浓度以及陈化时间对包覆后产物析氢量的影响。并运用 SE M 、 I R 和 X R D 等方法对包覆样品进行了分析和表征。结果表明,选择合适的工艺条件,可以制备出在 60℃碱性缓冲溶液 A 中 12h 内发气量小于 l H l L 的铝粉颜料。 关键词铝粉 N azSi 03溶胶—凝胶法偶联剂 Si C h Pr epar at i on a nd C har act er i zat i on of W at er -borne A l um i num Pi gm ent Z H A N G X i a oj u , Z H O U J i nxi n , G U Shunc hao (D e par t m e nt of C he m i c a l E ngi ne er i ng , Sha ngha i Ji a ot o ng U ni ver si t y , Shangha i 200240 A bs t ract Pi gm ent al um i nu m pow ders ar e pr ep ar e d vi a t he s ol -gel m et h od w i t h t he r aw m at er i al s of N az Si 03 a nd al um i num pow der s w hi ch ar e pr et r eat ed by t he s i l ane cou pl i ng agent (K H 560 . T he ef f ect s of qu ant i t y of co upl i n g agen t , conc ent r at i on of s il i cate a nd ag i ng t i m e o n t he hydr ogen ev ol ut i on ar e eval ua t ed . M or eover , t he si ze , e hem i cal st r uct ur e , sur f ace char act er i st i cs a nd cr yst al st r
铝合金阳极氧化与表面处理技术
铝合极氧化与表面处理技术 第一章引论 1.铝及铝合金的性能特点 密度低；塑性好；易强化；导电好；耐腐蚀；易回收；可焊接；易表面处理 2.简述铝合金的腐蚀性及其腐蚀形态 1）腐蚀性：（1）酸性腐蚀：铝在不同的酸中有不同腐蚀行为，一般在氧化性浓酸中生成钝化膜，具有很好的耐蚀性，而在稀酸中有“点腐 蚀”现象。局部腐蚀；（2）碱性腐蚀：铝在碱性溶液中的腐蚀， 碱能与氧化铝反应生成偏铝酸钠和水，然后再进一步与铝反应生 成偏铝酸钠和氢气。全面腐蚀；（3）中性腐蚀：在中性盐溶液中， 铝可以是钝态，也可能由于某些阳离子或者阳离子的作用发生腐 蚀。点腐蚀。 2）腐蚀形态：点腐蚀，电偶腐蚀，缝隙腐蚀，晶间腐蚀，丝状腐蚀和层状腐蚀等 点腐蚀：最常见的腐蚀形态，程度与介质和合金有关 电偶腐蚀：接触腐蚀，异（双）金属腐蚀，在电解质溶液中，当两种金属或合金相接触（电导通）时，电位较负的金属腐蚀被加速，而电位较正的 金属受到保护的腐蚀现象。 缝隙腐蚀：两个表面接触存在缝隙，该处充气溶解氧形成氧浓差原电池，使缝隙产生腐蚀。 晶间腐蚀：与热处理不当有关，合金元素或金属间化合物沿晶界沉淀析出，相对于晶粒是阳极，而构成腐蚀电池。 丝状腐蚀：丝状腐蚀是一种膜下腐蚀，呈蠕虫状在膜下发展，这种膜可以是漆膜，或者其他涂层，一般不发生在阳极氧化膜的下面。丝状腐蚀与合 金成分、涂层前预处理和环境因素有关，环境因素有适度、温度、氯 化物； 层状腐蚀：剥层腐蚀，也叫剥蚀。 3.铝合金表面处理技术包括哪几个方面？ 表面机械预处理（机械抛光或扫纹等）（2）化学预处理或化学处理（化学转化或化学镀等）（3）电化学处理（阳极氧化或电镀等）（4）物理处理（喷涂、搪瓷珐琅化及其物理表面技术改性）等。
钛合金常用规格及性能用途
钛合金常用规格及性能用途 TC4 / GR5 / Ti6AL4V 钛棒现货规格：? 直径2mm ?8mm?9mm?10mm ? 直径12mm 15mm 16mm 18mm 20mm?25mm?30mm?35mm?40mm?45mm?50mm?55mm? 直径60mm 65mm 70mm 75mm 80mm?85mm?90mm?100mm?105mm?110mm?120mm ? TC4 / GR5 / Ti6AL4V 钛棒现货规格：? 厚度1mm 2mm 3mm 4mm 5mm 6mm 7mm 8mm 10mm?12mm 14mm ? 厚度16mm?18mm 20mm?25mm 30mm 32mm 35mm 50mm 45mm?50mm 60mm 70mm 80mm 90mm? 钛合金优越的特性： 1耐酸碱腐蚀，耐海水腐蚀，耐污水腐蚀； 2密度小（），轻； 3无磁性；广钛金属 4在-253°-600°之间使用，他的抗拉强度，在金属中，几乎是最高的。 应用举例:工业上除采用工业纯钛制造零件以外，大量使用的是钛合金。它在航空、航天、化工、造船、冶金、电子、医疗、石油、医药、军工等工业部门获得日益广泛的应用,制造燃气轮机部件。 【钛合金的性能】 钛是一种新型金属，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，最纯的碘化钛杂质含量不超过％，但其强度低、塑性高。％工业纯钛的性能为：密度ρ=cm3，熔点为172矽钛合金耐磨地坪5℃，导热系数λ=，抗拉强度σb=539MPa，伸长率δ=25％，断面收缩率ψ=25％，弹性模量E=×105MPa，硬度HB195。 (1)强度高钛合金的密度一般在cm3左右，仅为钢的60％，纯钛的强度才接近普通钢的强度，一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。因此钛合金的比强度(强度/密度)远大于其他金属结构材料，见表7-1，可制出单位强度高、刚性好、质轻的零、部件。目前飞机的发动机构件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等都使用钛合金。 (2)热强度高使用温度比铝合金高几百度，在中等温度下仍能保持所要求的强度,可在450～500℃的温度下长期工作这两类钛合金在150℃～500℃范围内仍有很高的比强度，而铝合金在150℃时比强度明显下降。钛合金的工作温度可达500℃，铝合金则在200℃以下。 (3)抗蚀性好钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作，其抗蚀性远优于不锈钢；对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强；对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力。但钛对具有还原性氧及铬盐介质的抗蚀性差。( 4)低温性能好钛合金在低温和超低温下，仍能保持其力学性能。低温性能好,间隙元素极低的钛合金,如TA7,在-253℃下还能保持一定的塑性。因此，钛合金也是一种重要的低温结构材料。 (5)化学活性大钛的化学活性大，与大气中O、N、H、CO、CO2、水蒸气、氨气等产生强烈的化学反应。含碳量大于％时，会在钛合金中形成硬质TiC；温度较高时，与N作用也会形成TiN硬质表层；在600℃以上时，钛吸收氧形成硬度很高的硬化层；氢含量上升，也会形成脆化层。吸收气体而产生的硬脆表层深度可达～ mm，硬化程度为20％～30％。钛的化学亲和性也大，易与摩擦表面产生粘附现象。 (6)导热系数小、弹性模量小钛的导热系数λ=（）钛合金制品约为镍的1/4，铁的1/5，铝的1/14，而各种钛合金的导热系数比钛的导热系数约下降50％。钛合金的弹性模量约
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
铝粉包覆
二氧化硅包覆制备环保水性型铝粉颜料 (实验设计人：叶红齐) 内容提要 环保水性涂料是绿色化工的重要方向之一，而水性铝粉颜料是水性金属涂料的重要原料。由于铝粉颜料与水接触会发生析氢反应，导致表面金属光泽降低等应用性能的下降。本实验通过水解反应法，将SiO2在铝金属颜料表面形成纳米厚度的包覆膜层，隔断与外界水的直接接触。对包覆膜层的均匀性和厚度的控制是本实验的关键，因为包覆后的铝粉颜料表面的银灰色金属光泽不能有明显的降低。析氢测定和表面光泽度测定可对包覆效果进行评价。包覆前后铝粉的表面性质，通过红外光谱和SEM等手段进行表征。 研究背景或项目意义 铝粉颜料作为一种用途最广的金属颜料、在汽车、电器、塑料等许多领域广泛应用，产生银灰色的视觉效果和高效的屏蔽保护作用。目前，市场上的铝金属颜料多为油性颜料，是通过湿式球磨法，在矿物油、200＃溶剂油等有机溶剂中，并加入润滑剂和其他助剂，将球形铝粉转化为片状铝粉，并经过粒度控制、表面捏合等工序加工而成。有机溶剂的作用主要能是能够提高片状化工程的效率，同时又能把铝粉存在的爆炸危险降到最低。其润滑剂的主要作用是防止球形铝粉在球磨过程中，由于钢球等介质的机械作用所可能出现的冷焊接现象。其他助剂有稳定剂、分散剂、表面防护剂及抗沉淀剂等，其目的是提高片状铝粉的表面金属光泽和满足后续涂料行业的要求。 由于油性铝粉颜料，在水介质中难以分散，同时，金属铝与水接触会发生析氢反应，引起金属光泽等性能下降，从而难以满足环保型水性涂料的要求。由于环保水性型涂料是绿色化工的重要方向之一，从而对水性金属颜料的重要原料的水性铝粉颜料提出很高的要求。本实验采用铝粉颜料表面包覆纳米SiO2的方法，隔绝铝粉与外界水的直接接触，使铝粉颜料能够达到水性涂料的要求，因此本实验具有重要的意义。 本实验涉及到粉体表面处理技术。人们已不满足对于单一粉体的亚微米、纳米级的追求，而是期望粉体具有以前所不具备的新性能。而要获得新性能所采取的所有措施，都可以归结为表面改性处理。因此，本实验对于学生掌握粉体技术的发展前沿，具有一定的帮助。 目的要求 通过水解反应法，在铝粉颜料表面，均匀沉淀包覆一层纳米厚度的SiO2包覆层，其包覆层要求透明，不明显影响内部铝粉颜料的金属光泽，同时又能有效隔绝铝粉颜料与外界水的作用。 实验关键 本实验的关键是寻求合适的实验条件，有效控制SiO2包覆膜层的均匀性和厚度。因为均匀性和厚度都会对铝粉颜料的金属光泽和与水的隔绝性能产生影响。 预备知识或预习要求 要求预习和掌握参考文献中《无机精细化工工艺学》，《颜料工艺学》有关章节的知识。 通过校园网，查找国内外相关资料（外文不少于两篇）。 参看本研究所的内部资料。 实验原理
镁合金表面处理工艺的研究【详情】
镁合金表面处理工艺的研究 内容来源网络，由深圳机械展收集整理！ 镁及其合金是有色金属材料中最具有开发和应用发展前途的金属材料。 镁是一种轻质结构材料，质量为铝的2／3，钢铁的1／4。与钢、铝、塑料等工程材料相比，镁合金具有比强度和比钢度高，电磁屏蔽性能好，无磁性；无毒、可回收；极好的切削加工性能，极高的压铸生产率，尺寸收缩小，并且具有优良脱模性能，且加工成本低，尺寸稳定性高；具有超导和储氢性能；耐印痕性；良好的低温性能和导热率高等优点；镁还具有良好的导热、导电性、尺寸稳定性、电磁屏蔽性、机加工性能以及再循环利用的性能；镁弹性模量低，约45 GPa，减震性能好，适合于做承受剧烈振动的零件；镁合金压铸件比重小，比刚度大，铸造性能，机械加工性能和阻尼性能好。这些特性可使其成为汽车工业、航空工业及电子工业中首选的结构材料，因此具有良好的社会效益和经济效益。虽然镁合金具有以上诸多优点，并在许多领域具有广泛的应用前景，但也存在一些限制其进一步应用的因素， 主要包括以下三个方面: (1)镁及其合金晶体结构为密排六方结构，决定了镁及其合金的塑性低，物理性能和力学性能均有明显的方向性，在室温下变形只能沿晶格底面进行滑移，单一的滑移系导致其压力加工变形能力低。
(2) 常用的AZ, AM系列镁合金通常的使用温度为95°C ~120°C，超过这一温度范围，合金的蠕变强度随着温度的增加而大幅度下降，限制了它在耐热部件、如汽车发动机部件和传动机构等零部件方面的应用。 (3)限制镁合金广泛应用的最大障碍是镁合金的耐腐蚀性能较差。镁的平衡电位为一2．37 V，很容易发生氧化反应。镁在海水中的稳定电位为一1．6一一1．5 V。镁在空气中与氧能够形成一层很薄的氧化膜，但氧化膜疏松、多孔，PB比为O．99
铝合金表面处理培训资料
第一篇:铝合金阳极氧化与表面处理技术 第1章:引论 铝合金阳极氧化目的:提高工件的表面硬度、及耐磨、耐腐蚀等性能，绝缘性能好，可以着色能显著改变和提高铝合金的外观和使用性能。铝合金通过化学预处理，还可以进行电镀、电泳、喷涂等，赋予铝合金表面以金属镀层或有机聚合物涂层，进一步提高铝合金的装饰和保护效果。 1.2 铝合金表面处理技术 铝合金表面处理技术有：表面机械预处理（机械抛光或扫纹等）、化学预处理或化学处理（化学转化或化学镀）。电化学处理（阳极氧化或电镀等）、物理处理（喷涂、搪瓷珐琅化及其他物理表面改性技术）等。 现举例：通用工业用铝合金部件（机械部件、电器部件等）阳极氧化处理流程： 脱脂碱洗出光封孔 硬质阳极氧化法 1.3 铝合金与阳极氧化 不同成分的铝合金分别适合于不同目的的阳极氧化，比如铝-铜合金的阳极氧化性能（尤其是光亮阳极氧化）一般不好，铝合金的成分和含量与阳极氧化难易程度的关系见下表
第2章铝的表面机械处理 铝及其合金制品的外观和适用性在很大程度上取决于精饰前的表面预处理，机械处理是表面预处理的主要方法之一。 机械处理一般分为： 抛光（磨光、抛光、精抛或者镜面抛光），喷砂（丸）、刷光、滚光等方法 机械处理的目的： 1）提供良好的表观条件，提高表面精饰质量 2）提高产品品级 3）减少焊接的影响 4）产生装饰效果 5）获得干净表面 目前我公司采用的机械处理方式是：喷砂及拉丝 喷砂的规格常采用80#或100#砂，部分采用320#砂 拉丝的规格常采用150#或180# 第3章化学抛光和电化学抛光 光亮阳极氧化只有采用特殊的化学抛光和电化学抛光处理，才能保证在阳极氧化后有高镜面的表面质量 常用的化学抛光工艺：磷酸—硫酸—硝酸 常用的电化学抛光工艺：硫酸—铬酸、磷酸—硫酸—铬酸以及碳酸钠—磷酸三钠等
医用钛合金表面改性及其生物摩擦学的研究进展_陈昌佐
第26卷第1期2014年1月 腐蚀科学与防护技术 CORROSION SCIENCE AND PROTECTION TECHNOLOGY V ol.26No.1 Jan.2014 专题介绍 医用钛合金表面改性及其生物摩擦学的 研究进展 陈昌佐1,2丁红燕2周广宏2庄国志1印风2 1.江苏大学材料科学与工程学院镇江212013; 2.淮阴工学院江苏省介入医疗器械研究重点实验室淮安223003 摘要：综述了医用钛合金常用的化学改性和物理改性方法，介绍了改性后涂层的生物摩擦学性能，并对医用钛合金在提高耐磨性方面的改性技术进行了展望。提出了工艺改进和新材料开发等方面的建议。 关键词：医用钛合金表面改性耐磨性 中图分类号：TH171.1,TG146.2文献标识码：A文章编号：1002-6495(2014)01-0069-04 1前言 目前临床骨科应用最广泛的生物材料多为金属材料，其主要包括不锈钢、钴基合金、钛合金以及形状记忆合金等[1,2]。不锈钢、钴基合金等在临床应用中还存在着诸多问题，如：生物相容性差、组织反应严重、强烈的致敏、致癌反应和易产生应力遮挡等[3]。Ti及钛合金具有低的弹性模量、良好的生物相容性和耐蚀性等优点，在临床应用上得到了广泛使用，如：硬组织替换、血管支架、心脏瓣膜以及各种矫形器械等。 医用钛合金虽然具有优良的耐蚀性和比强度，但其耐磨性相对较差。植入物在磨损条件下容易产生大量的含Ti，Al和V的黑色磨屑，从而导致无菌松动直至关节置换失败。此外，Al，V元素具有潜在的细胞毒性，可能导致表面磷灰石无法生成，特别是Al易引起老年痴呆症。通过钛合金的表面改性或优化材料的成分，减少人工关节在使用过程中的磨粒产生，改善磨损粒子的尺度分布，减轻磨粒的生物学反应是延长人工关节使用寿命的关键[4,5]。表面改性技术可在保留医用钛合金原有的优良性能基础上改善其临床使用性能。本文评述了目前常用的钛合金表面改性方法及其生物摩擦学的研究现状，并对其未来发展趋势进行了展望。 2常用的钛合金表面改性技术及其生物摩擦学性能 2.1化学改性方法 2.1.1微弧氧化法微弧氧化(MAO)技术，或称为等离子氧化技术，是一种在材料表面获得陶瓷涂层的技术。该技术可以在Al，Mg，Ti等金属及其合金表面原位生长一层陶瓷薄膜[6]。MAO陶瓷膜不仅耐磨、耐蚀性好，而且Ca，P元素可直接进入到氧化膜层中，从而提高了生物相容性，在临床植入体手术中已有少量的探索性应用[7]。 Zhou等[8]在TC4合金上通过微弧氧化方法合成了TiO2涂层，并在SBF模拟体液中考察了MAO涂层的摩擦学性能，结果表明，与未经处理的TC4比较，涂层在模拟体液中的摩擦系数降低，磨损体积减少。王凤彪等[9]利用微弧氧化工艺在钛合金表面制备了羟基磷灰石(HA)膜，研究了薄膜在模拟体液中浸泡后的耐磨性。结果表明，膜层随浸泡时间延长而逐渐变厚；浸泡后膜层的摩擦系数随摩擦时间延长先升高后降低，耐磨性呈升高趋势。 2.1.2溶胶凝胶法溶胶-凝胶法(sol-gel)一般以钛醇盐及其相应的溶剂为原料，加入少量水及不同的酸和络合剂等，经搅拌和陈化制成稳定的溶胶，然后用浸渍提拉、旋转涂层或喷涂等方法将溶胶施于经过清洁处理的基体表面，最后经干燥焙烧，在基体表面形成一层薄膜[10]。 刘颖等[11]通过溶胶凝胶工艺和浸渍提拉技术，以钛酸丁酯为前躯体，加入聚乙二醇作为模板剂，在TC4合金基片上制备了TiO2微纳图案化薄膜，并对薄膜的摩擦学性能进行了研究。结果表明，制备的薄膜明显改善了钛合金的摩擦磨损性能。张文光等[12]利用静动摩擦系数测定仪评价了TC4合金经碱液热处理、溶胶-凝胶和热氧化3种不同方法处理后的摩擦学性能，结果表明，TiO2溶胶-凝胶薄膜在较高载荷下的耐磨性能较差，而在较低载荷下的耐磨性能较好。 定稿日期：2013-03-29 基金项目：国家自然科学基金项目(51175212)资助 作者简介：陈昌佐，1989年生，硕士生，研究方向为材料的生物摩擦学 通讯作者：丁红燕，E-mail： nanhang1227@https://www.docsj.com/doc/231885250.html,.