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稀土在金属表面改性中的应用

稀土在金属表面改性中的应用
稀土在金属表面改性中的应用

应用技术

稀土在金属表面改性中的应用

李安敏,许伯藩

(武汉科技大学材料与冶金学院,湖北武汉430081)

[摘要] 扼要总结了有关稀土在金属表面改性中的应用研究情况,分析了稀土在金属表面改性中的作用,并对其机理进行了初步探讨。

[关键词] 稀土元素;金属表面;表面改性

[中图分类号]TG113.2;TG146.4 [文献标识码]B [文章编号]1001-3660(2002)04-0040-03

The Application of R are E arth to the Surface Improvement of Metal Material

LI An2min,XU Bo2fan

(C ollege of Material&Metallurgy,Wuhan University of Science&T echnology,Wuhan430081,China)

[Abstact] The effects of the rare-earth to the surface of metal material are reviewed,and s ome trend to research im proving the surface properties of metal material is introduced.

[K eyw ords] Rare-earth element;Metal surface;Snrface im proverment

0 引言

由于稀土以其优良的性能,被广泛应用于冶金、电子、化工、医学等行业中,特别是在钢铁生产中,由于稀土的净化作用、变质作用、微合金化作用[1],改善铸锭冶金质量,提高钢材的性能,取得了显著效益。近年来,稀土逐渐被应用于金属表面改性工程(如化学热处理、激光表面改性、喷焊、堆焊等)中,也显示出稀土元素独特的改性作用,同时稀土在这些金属表面改性的行为及其改性机理需要材料工作者进一步研究,使稀土更好地发挥其在金属表面改性中的作用。

1 稀土在金属表面改性中的作用

由于稀土有上述的特点,材料科学工作者利用稀土的这些特点,将稀土应用于金属表面改性中,并取得了一定的成果。

1.1 稀土在化学热处理中的应用

稀土在化学热处理中的应用有以下4种方法:粉末法、盐浴法、熔盐电解法、气体法。孙轩华等用自制

的稀土硅和E NE催化剂对45钢进行了稀土覆层的研究,研究表面渗后试样表面为高硬度的白亮层,过渡层中先共稀铁素体消失,全部变为细球状珠光体,其硬度增至H V504。

王荣滨等[3]用(70%FeB+20%K BFe+10%RE)进行固硼稀土共渗,获得70~80μm的单相致密的Fe2B渗层,硬度可达H V2000~2100。王荣滨还用(70%NaB

4

O7+10%NaF+10%Na2O3+10%RE)进行盐浴硼稀土共渗,处理的Crl2钢制无缝钢管冷拔内、外模,可提高寿命10倍以上。

程先华[4]在化学热处理渗剂中添加微量稀土元素,研究其对工艺过程、渗层的组织和性能的影响以及其在生产中的应用,发现稀土元素在化学热处理中显示出优异催渗效果,与普通化学热处理相比,可使渗入速度提高20%~35%。

杨顺贞[5]研究发现稀土对低温固体B2C2N共渗与有催渗作用。王伟兰等[6]研究稀土对H13模具钢低温粉末渗硼的影响,发现加稀土渗硼仍具有比较明显的“滑化”效果,能够提高渗硼的耐磨性,合适的饿稀土加入量促进渗层趋向均匀,致密,并有一定的催渗作用。

[收稿日期]2002203202

[作者简介]李安敏(1973-),女,广西武鸣人,硕士,主要从事金属表面改性研究。

04Aug. 2002 SURFACE TECHN OLOG Y V ol.31 N O.4

刘磊[7]研究冷作模具经盐浴稀土矾硼共渗处理后比常规热处理的模具使用寿命提高3~7倍。

王豫等[8]在滴注式气体渗碳介质中加入稀土添加剂,可起到明显的催渗效果。在920℃×4h的渗碳条件下渗碳速度可提高26.9%,同时渗层的硬度和耐磨性能都有明显提高。在渗碳过程中,稀土的作用有:促进渗剂分解、促进钢材料表面吸收碳原子、促进碳原子在工件中扩散、稀土在钢表面有微合金化作用。

自从稀土催渗离子渗氮获得成功以来,许多材料工作者又做了许多研究工作,如陈方生等[9]研究稀土对40Cr钢离子渗氮化合物层结构的影响。结果表明:与普通离子渗氮相比较,稀土能促进晶体缺陷的形成。

1.2 稀土在堆焊中的应用

由于稀土成功地应用于化学热处理中,材料工作者把它引用到堆焊中,也取得了很大研究成果。

杨庆祥等[10,11]研究稀土在堆焊焊层中的作用,文献[10]研制热剪刃堆焊焊条,采用添加稀土氧化物的堆焊焊条对3Cr2W8V的热剪刃进行了堆焊修复,由于稀土氧化物能明显变质熔敷金属中的夹杂物,细化一次结晶组织,并提高其热塑性,可使堆焊修复的剪刃性能明显优于原3Cr2W8V整体热剪刃,使用寿命为原3Cr2W8V的3~8倍。他们也研制稀土型抗开裂堆焊焊条,文献[11]介绍了稀土型抗开裂堆焊焊条的成分优化设计和抗开裂性能及在生产中的应用情况,表明稀土氧化物能明显提高熔敷金属的抗开裂性能,在与镍的共同作用下,可对热轧辊钢和热模具进行免预热、免热处理的堆焊修复。

郭汉卿等[12]研究在焊条药皮中加入不同含量的稀土元素对1Cr5W10M o2V3堆焊合金高温性能、碳化物形成及分布、耐磨性的影响,实验结果表明加入适量的稀土元素,可提高组织的高温稳定性、回火二次硬化、抗蠕变能力,细化晶粒,改善塑韧性,使碳化物在晶界聚集形成耐磨网架,比不加稀土元素的同类合金耐磨性提高1倍。

洪永昌、冯安华等[13,14]研究稀土元素钇对堆焊焊条组织与性能的影响,稀土可改善堆焊层的焊态组织,提高堆焊层金属的焊态硬度,时效硬度及耐磨性和抗热疲劳性,并应用于某些在高温状态使用的冶金工业设备零部件的堆焊修复。

尹柯等[15]采用碳弧堆焊的方法,在高铬合金铸粉中加入稀土及合金元素,结果表明,稀土在碳弧中过渡量可观,适量的稀土及合金元素提高了堆焊层的耐磨性。1.3 稀土在喷焊中的应用

稀土元素还成功应用于喷焊领域中,稀土能大大

提高喷焊层的耐磨性,具体研究成果如下。李慕勤等[16]研究稀土对喷焊层的耐磨性、耐腐蚀性的影响,适量的稀土能改善喷焊层焊态组织、焊层硬度,提高耐磨性,喷焊粉末具有良好的工艺性能。

翟光杰[17]通过在喷焊粉末中添加稀土粉末,研究另外稀土合金和稀土氧化物对铁基、镍基喷焊合金层组织、结构、耐磨性的影响,结果发现稀土能够明显提高喷焊合金层的耐磨性与承载能力。

1.4 稀土在激光表面改性中的应用

苏梅等[18]在M80S20激光合金化层中加入CeO

2能改善激光合金化层的耐腐蚀性。

李全安等[19]研究表明质量分数为8%CeO

2能明显改善M2+4B激光合金层显微组织使涂层的显微组织形态匹配最佳,明显降低了摩擦系数,硬度最高达到H V1180,摩擦磨损性能最好。

陈瑶等[20]在涂层合金元素中添加稀土元素,在16Mn钢表面激光熔覆(WC+SiC)ΠNi基复合涂层,试验结果发现熔覆层和基体形成了冶金结合,且结合带区域有一定厚度的平面晶产生,稀土元素细化熔覆层组织,使显微硬度及耐磨性有所提高。

王昆林等[21]研究La

2

O3,对镍基合金激光熔覆层

组织和耐磨性的影响,发现La

2

O3能细化和净化显微组织,降低熔覆层摩擦系数并提高其耐磨性能。

查莹等[22]改善激光熔覆镍基合金和陶瓷硬质相复合涂层性能,通过调整WC的比例和分布、合理的工艺参数,增设韧性良好的过渡层(纯镍基合金过渡层),并加入微量混合稀土氧化物,对发生马氏体相变硬化的热影响区进行激光回火处理等,已获得了无裂纹缺陷,金相组织均匀,并具有硬度平滑过渡的优质熔覆层。

沈以赴等[23]研究稀土在激光熔覆涂层中的分布和行为。张庆茂等[24]研究Ce对送粉激光层组织和性能的影响,他们成功的在熔覆层中添加稀土元素,其平均含量为0.1%,稀土元素可以细化晶粒,净化熔覆层组织,提高合金熔覆层的显微硬度和耐磨性。

赵涛等[25]在5Cr21Mn9Ni4V不锈钢基体表面成功

熔覆了含不同CeO

2

量的镍基金属陶瓷复合层,研究发现稀土氧化物能加速碳化物颗粒的溶解,促进钨与铬形成金属间化合物,融覆层的耐硫酸腐蚀能力显著优

于lCr18Ni9T i不锈钢,且含0.5%CeO

2

(质量分数)的激

14

2002年8月 表 面 技 术 第31卷 第4期

光熔覆层的腐蚀能力比含1.5%CeO

2

(质量分数)和不

含CeO

2

的激光熔覆层都要强。

2 稀土在金属表面改性中的机理探讨

2.1 催化作用

在化学热处理中,稀土对试样表面及其周围介质有净化、活化作用,促进渗剂的分解、原子的扩散。2.2 细化、净化组织作用

稀土在喷焊、激光表面改性中有细化、净化焊层或涂层组织的作用,因为稀土是具有大原子半径的表面活性元素,易与氧、硫和硅等元素反应生成稳定化合物,这些化合物均在表面改性过程中可以作为形核核心,增加形核率,产生细化晶粒的作用,另外,一部分化合物会在凝固前从液相中上浮,在表面形成熔渣,从而使焊层、熔覆层夹杂物的含量降低,起到净化组织的作用。

由于稀土的这些作用,提高了金属表面改性层的硬度、耐磨性、耐腐蚀性及降低其摩擦系数。

3 结语

稀土以其独特的性能将越来越受到材料科学工作者的关注,由于金属表面改性还存在一些问题,如激光熔覆复合涂层易开裂问题,稀土能否解决这个问题,以及稀土在这些金属表面改性中行为机理,这都需要材料工作者进一步研究,从热力学、动力学角度去解释,形成一整套有关稀土在金属表面改性中的理论,使稀土能在金属表面改性中发挥其作用。

[参考文献]

[1] 中国稀土学会编.中国稀土科技进展[M].北京:冶金工业

出版社,2000.301.

[2] 孙轩华.中国碳钢表面稀土覆层的研究[C].第四次全国

稀土推广应用会议论文,1983.

[3] 王荣滨.新技术新工艺[M].1985.2

[4] 程先华.清华大学博士学位论文摘要汇编[D].北京:清华

大学出版社,1991,109

[5] 杨顺贞.稀土对低温固体B2N2C共渗的影响[J].稀土,

1998,19(4):26~29.

[6] 王伟兰.稀土在H13模具钢低温粉末渗硼中的应用[J].

稀土,1998,19(1):40~44.

[7] 刘磊.稀土对模具钢钒硼共渗层组织和性能的影响[J].

稀土,1997,18(3):39~43.

[8] 王豫.20CrMnT i钢稀土催渗碳研究[J].稀土,1998,19(6):

35~38.

[9] 陈方生.稀土对40Cr钢离子渗碳层结构的影响[J].稀土,

2000,21(3):33~38.

[10] 杨庆祥.稀土氧化物对堆焊金属抗开裂性能的影响[J].

中国稀土学报,1999,17(3):240~243.

[11] 杨庆祥.夹杂物在中高碳钢堆焊金属中成为初生奥氏体

非均质形核核心[J].中国稀土学报,2000,18(2):138~

141.

[12] 郭汉卿.稀土元素对高温耐磨堆焊合金性能影响的研究

[J].焊接技术,1997,(2):27~28.

[13] 洪永昌.稀土元素铝对堆焊焊条堆焊层组织与性能的影

响[J].金属热处理,1997,(7):21~29.

[14] 冯安华.含钇奥氏体基堆焊焊条堆焊层研究[J].材料开

发与应用,1998,13(1):12~16.

[15] 尹柯.稀土及合金对粉块堆焊耐磨性的影响[J].焊接,

1998,(1):9~12.

[16] 李慕勤.喷焊层中Re的微合金化作用[J].焊接学报,

1992,13(3):198~203.

[17] 翟光杰.稀土元素对提高镍基喷焊合金层耐磨性的效果

[J].中国稀土学报,1996(2):155~159.

[18] 苏梅.CeO2对M80S20激光合金化层抗腐蚀性的影响

[J].中国稀土学报,1995(3):277~279.

[19] 李全安.CeO2对M2+4B激光合金化层显微组织和耐磨

性的影响[J].中国稀土学报,1995(3):280~282. [20] 陈瑶.扫描速度和稀土元素对激光熔覆(WC+S iC)ΠNi基

复合涂层显微组织和性能的影响[J].机械工程材料,

1999(5):14~17.

[21] Wang K unlin.Rare-earth LaO m odification of laser-clad co2

adings[J].Mater.Sci.,1998,33(14):3573~3575.

[22] 查莹.改善激光熔覆镍基合金和陶瓷硬质相复合涂层性

能的研究[J].中国激光,1999(10):947~950.

[23] 沈以赴.稀土在激光熔覆涂层中的分布和行为[J].中国

稀土学报,1997(4):344~347.

[24] 张庆茂.Ce对送粉激光熔覆层组织和性能的影响[J].金

属热处理,2000,(2):26~28.

[25] 赵涛.CeO2对镍基金属陶瓷复合层组织和耐腐蚀性能的

影响[J].金属热处理,2001(2):1~3.

24Aug. 2002 SURFACE TECHN OLOG Y V ol.31 N O.4

材料表面改性与涂层技术

材料表面改性技术与涂层技术 课程测试作业 姓名:刘志勇 学号:103111002

第一部分各种表面工程技术原理、特点及应用比较 常见的表面工程技术主要有离子注入、激光表面处理、高温扩散渗入、化学转化处理、电镀、物理气相沉积、化学气相沉积、热浸镀、热喷涂、喷焊等。下面我主要就以上表面工程技术进行分开论述,并对其加以比较。 一、离子注入 真空中的一束离子束高速射向另一块固体材料时,离子束会把固体材料的原子或分子撞出固体材料表面,这个现象叫做溅射;而当离子束射到固体材料时,从固体材料表面弹了回来,或者穿出固体材料而去,这些现象叫做散射;另外有一种现象是,离子束射到固体材料以后,受到固体材料的抵抗而速度慢慢减低下来,并最终停留在固体材料中,这一现象就叫做离子注入。 离子注入技术又是近30年来在国际上蓬勃发展和广泛应用的一种材料表面改性高新技术。其基本原理是:用能量为100keV量级的离子束入射到材料中去,离子束与材料中的原子或分子将发生一系列物理的和化学的相互作用,入射离子逐渐损失能量,最后停留在材料中,并引起材料表面成分、结构和性能发生变化,从而优化材料表面性能,或获得某些新的优异性能。此项高新技术由于其独特而突出的优点,已经在半导体材料掺杂,金属、陶瓷、高分子聚合物等的表面改性上获得了极为广泛的应用,取得了巨大的经济效益和社会效益。 二、激光表面处理技术 激光表面处理技术是融合了现代物理学、化学、计算机、材料科学、先进制造技术等多学科技术的高新技术,包括激光表面改性技术、激光表面修复技术、激光熔覆技术、激光产品化技术等,能使低等级材料实现高性能表层改性,达到零件低成本与工作表面高性能的最佳组合,为解决整体强化和其它表面强化手段难以克服的矛盾带来了可能性,对重要构件材质与性能的选择匹配、设计、制造产生重要的有利影响,甚至可能导致设计

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

常见金属表面处理的种类

金属表面处理的种类 电镀 镀层金属或其他不溶性材料做阳极,待镀的工件做阴极,镀层金属的阳离子在待镀工件表面被还原形成镀层。为排除其它阳离子的干扰,且使镀层均匀、牢固,需用含镀层金属阳离子的溶液做电镀液,以保持镀层金属阳离子的浓度不变。电镀的目的是在基材上镀上金属镀层,改变基材表面性质或尺寸。电镀能增强金属的抗腐蚀性(镀层金属多采用耐腐蚀的金属)、增加硬度、防止磨耗、提高导电性、润滑性、耐热性、和表面美观。 电泳 电泳是电泳涂料在阴阳两极,施加于电压作用下,带电荷涂料离子移动到阴极,并与阴极表面所产生之碱性作用形成不溶解物,沉积于工件表面。 电泳表面处理工艺的特点: 电泳漆膜具有涂层丰满、均匀、平整、光滑的优点,电泳漆膜的硬度、附着力、耐腐、冲击性能、渗透性能明显优于其它涂装工艺。电泳工艺优于其他涂装工艺。 镀锌 镀锌是指在金属、合金或者其它材料的表面镀一层锌以起美观、防锈等作用的表面处理技术。现在主要采用的方法是热镀锌。 电镀与电泳的区别 电镀就是利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的过程。 电泳:溶液中带电粒子(离子)在电场中移动的现象。溶液中带电粒子(离子)在电场中移动的现象。利用带电粒子在电场中移动速度不同而达到分离的技术称为电泳技术。 电泳又名——电着 (著),泳漆,电沉积。 发黑 钢制件的表面发黑处理,也有被称之为发蓝的。其原理是将钢铁制品表面迅速氧化,使之形成致密的氧化膜保护层,提高钢件的防锈能力。

发黑处理现在常用的方法有传统的碱性加温发黑和出现较晚的常温发黑两种。但常温发黑工艺对于低碳钢的效果不太好。A3钢用碱性发黑好一些。 在高温下(约550℃)氧化成的四氧化三铁呈天蓝色,故称发蓝处理。在低温下(约3 50℃)形成的四氧化三铁呈暗黑色,故称发黑处理。在兵器制 造中,常用的是发蓝处理;在工业生产中,常用的是发黑处理。 采用碱性氧化法或酸性氧化法;使金属表面形成一层氧化膜,以防止金属表面被腐蚀,此处理过程称为“发蓝”。黑色金属表面经“发蓝”处理后所形成的氧化膜,其外层主要是四氧化三铁,内层为氧化亚铁。 发蓝(发黑)的操作流程: 工件装夹→去油→清洗→酸洗→清洗→氧化→清洗→皂化→热水煮洗→检查。 所谓皂化,是用肥皂水溶液在一定温度下浸泡工件。目的是形成一层硬脂酸铁薄膜,以提高工件的抗腐蚀能力。 金属表面着色 金属表面着色,顾名思义就是给金属表面“涂”上颜色,改变其单一的、冰冷的金属色泽,代之以五颜六色,满足不同行业的不同需求。 给金属着色后一般都增加了防腐能力,有的还增加了抗磨能力。但表面彩色技术主要的应用还在装饰领域,即用来美化生活,美化社会。 抛丸 抛丸的原理是用电动机带动叶轮体旋转(直接带动或用V型皮带传动),靠 离心力的作用,将直径约在0.2~3.0的弹丸(有铸钢丸、钢丝切丸、不锈钢丸 等不同类型)抛向工件的表面,使工件的表面达到一定的粗糙度,使工件变得 美观,或者改变工件的焊接拉应力为压应力,提高工件的使用寿命。通过提高工件表面的粗糙度,也提高了工件后续喷漆的漆膜附着力。其寓意即为抛丸处理可以为喷漆工艺的前道工序。 喷砂 喷砂是采用压缩空气为动力,以形成高速喷射束将喷料(铜矿砂、石英砂、金刚砂、铁砂、海南砂)高速喷射到需要处理的工件表面,使工件表面的外 表面的外表或形状发生变化,由于磨料对工件表面的冲击和切削作用,使工件

稀土在金属表面改性中的应用

应用技术 稀土在金属表面改性中的应用 李安敏,许伯藩 (武汉科技大学材料与冶金学院,湖北武汉430081) [摘要] 扼要总结了有关稀土在金属表面改性中的应用研究情况,分析了稀土在金属表面改性中的作用,并对其机理进行了初步探讨。 [关键词] 稀土元素;金属表面;表面改性 [中图分类号]TG113.2;TG146.4 [文献标识码]B [文章编号]1001-3660(2002)04-0040-03 The Application of R are E arth to the Surface Improvement of Metal Material LI An2min,XU Bo2fan (C ollege of Material&Metallurgy,Wuhan University of Science&T echnology,Wuhan430081,China) [Abstact] The effects of the rare-earth to the surface of metal material are reviewed,and s ome trend to research im proving the surface properties of metal material is introduced. [K eyw ords] Rare-earth element;Metal surface;Snrface im proverment 0 引言 由于稀土以其优良的性能,被广泛应用于冶金、电子、化工、医学等行业中,特别是在钢铁生产中,由于稀土的净化作用、变质作用、微合金化作用[1],改善铸锭冶金质量,提高钢材的性能,取得了显著效益。近年来,稀土逐渐被应用于金属表面改性工程(如化学热处理、激光表面改性、喷焊、堆焊等)中,也显示出稀土元素独特的改性作用,同时稀土在这些金属表面改性的行为及其改性机理需要材料工作者进一步研究,使稀土更好地发挥其在金属表面改性中的作用。 1 稀土在金属表面改性中的作用 由于稀土有上述的特点,材料科学工作者利用稀土的这些特点,将稀土应用于金属表面改性中,并取得了一定的成果。 1.1 稀土在化学热处理中的应用 稀土在化学热处理中的应用有以下4种方法:粉末法、盐浴法、熔盐电解法、气体法。孙轩华等用自制 的稀土硅和E NE催化剂对45钢进行了稀土覆层的研究,研究表面渗后试样表面为高硬度的白亮层,过渡层中先共稀铁素体消失,全部变为细球状珠光体,其硬度增至H V504。 王荣滨等[3]用(70%FeB+20%K BFe+10%RE)进行固硼稀土共渗,获得70~80μm的单相致密的Fe2B渗层,硬度可达H V2000~2100。王荣滨还用(70%NaB 4 O7+10%NaF+10%Na2O3+10%RE)进行盐浴硼稀土共渗,处理的Crl2钢制无缝钢管冷拔内、外模,可提高寿命10倍以上。 程先华[4]在化学热处理渗剂中添加微量稀土元素,研究其对工艺过程、渗层的组织和性能的影响以及其在生产中的应用,发现稀土元素在化学热处理中显示出优异催渗效果,与普通化学热处理相比,可使渗入速度提高20%~35%。 杨顺贞[5]研究发现稀土对低温固体B2C2N共渗与有催渗作用。王伟兰等[6]研究稀土对H13模具钢低温粉末渗硼的影响,发现加稀土渗硼仍具有比较明显的“滑化”效果,能够提高渗硼的耐磨性,合适的饿稀土加入量促进渗层趋向均匀,致密,并有一定的催渗作用。 [收稿日期]2002203202 [作者简介]李安敏(1973-),女,广西武鸣人,硕士,主要从事金属表面改性研究。 04Aug. 2002 SURFACE TECHN OLOG Y V ol.31 N O.4

云母在工程塑料

云母在工程塑料中的应用 一、云母简介 云母是一类含钾、铝、镁、铁、锂等元素的层状含水铝硅酸盐的总称,它属于层状结构硅盐,是两层硅氧四面体夹着一层铝氧八面体构成的复式硅氧层[1]。云母的化学成分可表达 为:R+R2+3[AlSi3O10](OH)2或R+R3+2[AlSi3O10](OH)2 式中R+=K+、Na+;R2+=Mg2+、Fe2+、Mn2+;R3+=Al3+、Fe3+、Mn3+。锂也可加入母晶格中占据相当于Mg、Al的位置。在云母组成中还有Ti、Mn、Fe、Cr、F、Ca、Ba等少量素。类质同象的代替在云母中普遍存在。云母的主要种类有:白云母、钠云母、金云母、黑云母、锂云母、锂铁云母、珍珠云母、蛭石。云母的物理性质、热学性质和电学性质可归纳为表1。云母有良好的化学稳定性。在各种浓度的冷中不起化学作用。吸水性和吸湿性很小。 云母产品晶形完美,表面光滑,光泽感强,可制得各种粒径的产品,粒径分布集中。晶片极薄,晶片直径与厚度的比例(径厚比)特高(80~120倍),比表面积大,纯度高(95~98%),云母的独特片状结构使它成为典型的增强填料。 二、云母添加对工程塑料的性能影响研究 早在五十年代,就有人把云母作为酚醛树脂和环氧树脂的填料,以提高材料的电性能.将云母用来提高高聚物的力学性能,是加拿大多伦多大学Wood hams教授一九七三年的研究工作,云母增强塑料的力学性能与云母片的纵横比有很大的依赖关系。如图1所示,在云母填加量一定的情况下,复合材料的弯曲强度及

弯曲模量随云母片纵横比的增大而升高〔2〕。 由于云母具有良好的电性能、耐化学药品性、耐候性及低的热传导率,所以云母增强塑料在这些性能方面都有相应的改善.另外,云母的片状特性使得云母增强塑料的弯曲性能及抵抗气体或液体的透过能力大大提 高。云母对于大多数高聚物都有以下的填加效应:

金属的表面处理

金属表面处理 金属表面处理一般包含哪几类? 金属表面处理有:电镀、涂装、化学处理层。 电镀包括(镀锌、铜、铬、铅、银、金、镍、锡、镉等); 涂装包括(油漆涂装、静电喷粉、喷塑工艺); 化学处理包括(发黑处理、磷化处理)。 另一方面是金属的表面改性,也称表面优化,现代先进的表面改性技术主要有物理气相沉积(简称PVD)、化学气相沉积(简称CVD)、等离子体化学气相沉积(简称PCVD)、离子注入和离子束沉积。 什么是电镀? 电镀(electroplating)被定义为一种电沈积过程(electrodepos- ition process),是利用电极(electrode)通过电流,使金属附着于物体表面上,其目的是在改变物体表面之特性或尺寸。目前较常遇见的电镀方式:水溶液电镀(滚镀、挂镀、连续镀)、化学电镀。 电镀的目的是什么? 电镀的目的是在基材上镀上金属镀层(deposit),改变基材表面性质或尺寸。例如赋予金属光泽美观、物品的防锈、防止磨耗;提高导电度、润滑性、强度、耐热性、耐候性;热处理之防止渗碳、氮化、尺寸错误或磨耗之另件之修补。 电镀的基本流程是什么? 前处理(研磨→预备洗净→水洗→电解脱脂→水洗→酸浸渍及活性化→水洗)?中和→洗水→电镀(打底) →水洗→中和→水洗→电镀(表层) →水洗→纯水→脱水→烘干 前处理不完全所造成的镀层缺陷有以下几点:? (1)镀层的剥离、气胀。? (2)污点、无光等光泽不均的现象。 (3)镀层的小孔、不平。? (4)针孔的发生而降低制品的耐蚀性。 (5)镀层皮膜的脆化。?

镀锌 电镀锌有哪几类? (1)酸性镀锌(acid zinc plating) (2)碱性非氰化物镀锌(alkaline plating ) (3)氰化物镀锌(cyanide zinc plating ) 各有什么优缺点? 1.1?酸性镀锌? 形状简单镀件和做油漆底层用的较多,其优缺点如下:? 优点? (1)可得光泽,平滑,镀锌层相似的镀层????? (2)可直接镀在碳化,氮化的钢铁上和铸铁上????? (3)电流效率较高? (4)废液处理容易,只需用高ph值将锌沉淀????? (5)导电性佳,节省电原???? (6)产生氢脆性小? (7)可在较高温下得到光泽镀层????? (8)镀浴安定,毒性小,成本低? 缺点? (1)镀浴腐蚀性强,镀槽及附属设备需加衬????? (2)焊接及组合镀件不宜,会有渗流(bleadout)????? (3)厚镀层延性差????? (4)结晶粗糙????? (5)均一性差? ????(6) 需要有过滤,冷却管及冷冻设备? 1.2碱性非氰化物镀锌(Alkaline?Non-Cyanide?Zinc?Plating)? 优点?? ????(1)毒性小? ????(2)废液处理容易,只需将锌沉淀? ????(3)成本低? ????(4)均一性好? ????(5)可用刚镀槽? 缺点? ????(1)镀浴成份需严格控制,每天要分析?????? (2)前处理要求质量高 (3)锌含量少时,电流效率降低 (4)对金属杂质及硬水杂质敏感?????? (5)镀层校氰化镀锌脆? ????(6)需要添加剂,否则黑暗镀层出现?????? (7)添加剂特殊,非一般性原料,需由厂商提供? 1.3?光泽氰化镀锌优点? ?????(1)使用历史悠久,经验较丰富?????? (2)前处理要求比较不严格?????? (3)被覆性优良? ????(4)浴成份的分析及控制比较容易??????

改性沸石对重金属离子吸附性能的试验研究

改性沸石对重金属离子吸附性能的试验研究 谢华林1,2 李立波2 (1 湖南工学院化工系,衡阳 421008;2 中南大学化学化工学院应化系,长沙 410083) 摘 要 在静态和动态条件下,研究了改性斜发沸石对工业废水中重金属离子Cu2+、Zn2+、Cd2+、Pb2+的吸附。结果表明,改性斜发沸石对重金属离子有较好的吸附,p H值是影响吸附的主要因素。采用1mol/L HCl+NaCl(V/V=1∶1)混合溶液作为斜发沸石的再生剂,可使其重复再生使用。 关键词 改性沸石 吸附 重金属离子 再生 Experimental Study on Adsorption Capability about The Heavy Metal Ions from Water Using Modified Clinoptilolite Xie Hualin1,2 Li Libo2 (1 Department of Chemical Engineering,Hunan Institute of Technology,Hengyang 421008;2 College of Chemistry and Chemical Engineering, Central South University,Changsha 410083) Abstract The adsorption capability of natural clinoptilolite can be improved by modification.The adorption effect of modified clinoptilolite to heavy metal ions from waste water such as Cu2+,Zn2+,Cd2+and Pb2+was studied under static state condition and dynamic state condition.The results showed that modified clinoptilolite had better adsorbability for heavy metal ions,moreover p H value of solution was the main factor affecting adsorption. The mixed solution of1mol/L HCl+NaCl(V/V=1∶1)could be repeatedly used as the regeneration reagent of clioptilolite. K ey w ords modified clinoptilolite absorb heavy metal ions regenerate 工业废水中主要含有Cu2+、Zn2+、Cd2+、Pb2+等重金属离子。目前,我国多采用化学沉淀法处理含重金属离子的废水,但由于不同重金属离子生成氢氧化物沉淀时的最佳p H值不同,以及某些重金属离子可能与溶液中其他离子形成络合物而增加了它在水中的溶解度,所以处理效果并不理想;另外,重金属离子在碱性介质中生成的氢氧化物沉淀,一部分会在排放中随p H值的降低而重溶于水,也使处理效果不理想。 沸石是一族具有连通孔道、呈架状构造的含水铝硅酸盐矿物,特殊的晶体化学结构使沸石拥有离子交换、高效选择吸附、催化、耐酸、耐辐射等优异性能和环境属性。斜发沸石作为天然沸石家族的一员,被认为是一种有工业应用前景的矿物,国内外对其性能及应用的研究较多[1~5]。本文介绍了通过NaCl和N H4Cl将斜发沸石改性为钠型和铵型沸石,在静态和动态条件下,通过对水中Cu2+、Zn2+、Cd2+和Pb2+的吸附研究,探讨了它们的吸附机理和改性斜发沸石处理工业废水中重金属离子的可行性,取得良好的效果,为工业水处理提供了一种高效而实用的新方法。 1 试验 1.1 主要仪器与试剂 ICPS21000Ⅱ型等离子体原子发射光谱仪(日本岛津);p HS22型酸度计;7621型电动搅拌机;ST2 03A型比表面孔径测试仪;超级恒温水浴箱;马弗炉;烘箱;电动振荡器;粉碎机;棒磨机。 重金属标准溶液:Cu、Zn、Cd、Pb标准溶液(1000mg/L)由国家标准物质研究中心提供,然后据不同元素测定需要,配制成适当浓度的标准溶液。 NaCl、N H4NO3、H2SO4、HCl、HNO3、NaOH,均为分析纯;水为亚沸蒸馏水。 1.2 样品制备及其化学成分 选取一定量的块状斜发沸石原矿和烟煤,分别用粉碎机粗碎至3~5mm,再分别用棒磨机细磨至200目左右,然后过200目筛。将沸石粉和煤粉(质量比为 2.5∶1.0)充分混匀,加入适量水搅拌挤压成粒状,在l00℃下烘干后,于650℃马弗炉中灼烧60min,取出自然冷却至室温,制得20~40目、40~60目、60~80目、80~100目粒级,供试验用。 沸石的化学成分(%):SiO2,70183;CaO,3138; Al2O3,11178;Fe2O3,0167;MgO,1106;MnO,0104; TiO2,0131;K2O,2123;Na2O,0145。硅铝比SiO2/ Al2O3,10114;铵离子交换容量,12316mmoL/100g。 1.3 沸石改性 1.3.1 改性钠型斜发沸石:选取经破碎、筛分后粒 第28卷第1期2005年1月 非金属矿 Non2Metallic Mines Vol.28No.1 Jan.,2005

云母生产新工艺流程,云母制备创新工艺新方法及新技术专利手册

云母生产新工艺流程与制备创新工艺新方法及新技术专利手册 主编:国家专利局编写组 出版社:中国知识出版社2011年 规格:全二卷16开精装+1张CD光盘 定价:880元优惠价:750元 详细目录 1 CN02113856.7 制备云母珠光颜料的新工艺 2 CN01114512.9 云母板生产工艺 3 CN02110568.5 云母在制药中的用途 4 CN00820062.9 合成云母涂覆金属氧化物制备珍珠状颜料的方法 5 CN96107050.1 耐火人造云母带及其制备工艺 6 CN96103112.3 水云母人工火山灰及水云母人工火山灰质复合水泥 7 CN96104272.9 云母材料面板电磁炉 8 CN96102958.7 清除云母造纸纸面斑点的生产方法及其设备 9 CN96119156.2 耐火合成云母带及其生产工艺 10 CN85101989 用硫酸钾法处理锂云母制取碳酸锂的工艺方法 11 CN85104540 抗热冲击型熔铸合成云母 12 CN87101580 超声波剥离云母的方法 13 CN87102102 一种粉云母带胶粘剂制造方法 14 CN88103059.7 新型耐高温复合云母板及其制作方法 15 CN88102224.1 一种云母板无机粘接剂

16 CN88102225.X 耐热绝缘云母薄膜及其制造工艺 17 CN89100285.5 氟云母的制备方法 18 CN90104201.3 造纸涂料级绢云母瓷土及其制法 19 CN89106861.9 致密型熔铸合成云母的制备方法 20 CN90107557.4 用云母制作工艺美术画 21 CN90106041.0 板式云母双色水位计 22 CN92106977.4 锂云母精矿混合碱压煮法制取碳酸锂 23 CN92110419.7 耐高温阻燃云母带 24 CN92103169.6 云母氧化铁颜料生产工艺 25 CN93119003.7 耐火云母带及生产方法 26 CN94100134.2 粉压云母材料制备方法 27 CN94113302.8 用焙烧锂云母石灰生产氢氧化锂的工艺方法 28 CN95100183.3 水云母陶粒及其生产方法和应用 29 CN95118398.2 云母系列电流变液 30 CN95101555.9 云母钛珠光颜料制备方法 31 CN95121111.0 一种保持云母晶体结构的磨矿方法 32 CN96122122.4 弧形云母材料面板阻容式频率自动跟踪电磁炉 33 CN97105753.2 湿法云母环氧涂料

金属材料及热处理教学计划

金属热处理工培训计划 1.培训目标 1.1总体目标 培养中级技术工人所必须的一门技术基础课。其容包括金属的机械性能、金属学的基础知识及金属材料等部分。并达到一定熟练程度。 1.2理论知识培训目标 (1)本课程的任务是使学生掌握金属材料和热处理的基础知 识,为学习各门专业工艺学课及今后从事生产技术工作打下必要的基础。 (2) 通过本课程的教学,应使学生达到下列基本要求: ①基本掌握常用金属材料的牌号,成分,性能及应用围。 ②了解金属材料的部结构,以及成分,组织和性能三者之间的一般关系。 ③懂得金属材料热处理的一般原理。 ④明确热处理的目的,了解热处理的方法及实际应用。 1.3操作技能培训目标 ①会评价工程材料力学性能指标。 ②运用Fe-Fe3C平衡相图解决工程问题; ③能为工程零件及结构正确选材; ④能为工件制定的热处理工艺参数。 2.教学要求 2.1理论知识要求

2.1.1职业道德 2.1.2会评价工程材料力学性能指标。 2.1.3运用Fe-Fe3C平衡相图解决工程问题; 2.1.4能为工程零件及结构正确选材; 2.1.5能为工件制定的热处理工艺参数。 2.1.6热处理工艺管理知识。 2.1.7热处理各种淬火介质的冷却性能知识。 2.1.8热处理辅助设备、控温仪表知识。 2.1.9.热处理质量检验及校正知识。 2.2操作技能要求 工装制作基础知识 (1)识图及绘图。 (2)钳工操作一般知识。 电工知识 (1)通用设备常用电器的种类及用途。 (2)电气传动及控制原理基础知识。 (3)安全用电知识。 安全文明生产与环境保护知识 (1)现场文明生产要求。 (2)安全操作与劳动保护知识。 (3)环境保护知识。 质量管理知识

金属表面处理汇总

金属表面处理 一、预处理 1、表面处理 通常金属表面会附有尘埃、油污、氧化皮、锈蚀层、污染物、盐份或松脱的旧漆膜。其中氧化皮是比较常见但最容易被忽略的部分。氧化皮是在钢铁高温锻压成型时所产生的一层致密氧化层,通常附着比较牢固,但相比钢铁本身则较脆,并且其本身为阴极,会加速金属腐蚀。如果不清除这些物质,直接涂装,势必会影响整个涂层的附着力及防腐能力。金属表面预处理方法主要有人工、机械、喷射、化学方法。据统计,大约有70%以上的油漆问题是由于不适当的表面处理所引起的。因此,对于一个金属防腐涂装油漆系统的性能体现,合适的表面处理是至关重要的。 2、钢材锈蚀等级 钢材表面的四个锈蚀等级分别以A、B、C和D表示。 A:全面地覆盖着氧化皮而几乎没有铁锈的钢材表面; B:已发生锈蚀,并且部分氧化皮已经剥落的钢材表面; C:氧化皮已因锈蚀而剥落,或者可以刮除,并且有少量点蚀的钢材表面; D:氧化皮已因锈蚀而全面剥离,并且已普遍发生点蚀的钢材表面。 3、清理等级也即清洁度 国际标准代表性的有两种:一种是美国85年制订“SSPC-”,第二种是瑞典76年制订的“Sa-”,它分为四个等级分别为Sa1、Sa2、Sa2.5、Sa3,为国际惯常通用标准,详细介绍如下:Sa1级——相当于美国SSPC—SP7级。采用一般简单的手工刷除、砂布打磨方法,这是四种清洁度中度最低的一级,对涂层的保护仅仅略好于未采用处理的工件。Sa1级处理的技术标准:工件表面应不可见油污、油脂、残留氧化皮、锈斑、和残留油漆等污物。Sa1级也叫做手工刷除清理级(或清扫级); Sa2级——相当于美国SSPC—SP6级。采用喷砂清理方法,这是喷砂处理中最低的一级,即一般的要求,但对于涂层的保护要比手工刷除清理要提高许多。Sa2级处理的技术标准:工件表面应不可见油腻、污垢、氧化皮、锈皮、油漆、氧化物、腐蚀物、和其它外来物质(疵点除外),但疵点限定为不超过每平方米表面的33%,可包括轻微阴影;少量因疵点、锈蚀引起的轻微脱色;氧化皮及油漆疵点。如果工件原表面有凹痕,则轻微的锈蚀和油漆还会残留在凹痕底部。Sa2级也叫商品清理级(或工业级)。 Sa2.5级——是工业上普遍使用的并可以作为验收技术要求及标准的级别。Sa2.5级也叫近白清理级(近白级或出白级)。Sa2.5级处理的技术标准:同Sa2要求前半部一样,但疵点限定为不超过每平方米表面的5%,可包括轻微暗影、少量因疵点、锈蚀引起的轻微脱色;氧化皮及油漆疵点。 Sa3级——级相当于美国SSPC—SP5级,是工业上的最高处理级别,也叫做白色清理级(或白色级)。Sa3级处理的技术标准:与Sa2.5级一样,但5%的阴影、疵点、锈蚀等疵点不得存在了。 国家标准GB/T 8923.1-2011、GB/T 8923.2-2008、GB/T 8923.3-2009、GB/T 8923.4-2013规定了除锈等级和质量等级。 4、喷砂 喷砂是采用压缩空气为动力形成高速喷射束,将喷料(铜矿砂、石英砂、铁砂、海砂、金刚砂等)等高速喷射到需处理工件表面,使工件外表面的外表发生变化,由于磨料对工件表面的冲击和切削作用,使工件表面获得一定的清洁度和不同的粗糙度,使工件表面的机械性能得到改善,因此提高了工件的搞疲劳性,增加了它和涂层之间的附着力,延长了涂膜的耐久性,也有利于涂料的流平和装饰。 (1)与其它前处理工艺(如酸洗、工具清理)对比 1 ) 喷砂处理是最彻底、最通用、最迅速、效率最高的清理方法。 2 ) 喷砂处理可以在不同粗糙度之间任意选择,而其它工艺是没办法实现这一点的,手工打磨可 以打出毛面但速度太慢动作,化学溶剂清理则清理表面过于光滑不利于涂层粘接。

金属热处理及表面处理工艺规范

北京奇朔科贸有限公司 部分金属材料热处理及表面处理工艺规范 第一版 编写:赵贵波 审核: 批准: 北京奇朔科贸有限公司 二零一二年六月

目录 1.0 热处理的工艺分类及代号---------------------------------------------------------------------3 1.1 基础分类-----------------------------------------------------------------------------------------------3 1.2 附加分类-----------------------------------------------------------------------------------------------3 1.3 热处理工艺代号--------------------------------------------------------------------------------------4 1.4 图样中标注热处理技术条件用符号--------------------------------------------------------------7 2.0 金属材料的热处理方法和应用目的-------------------------------------------------------8 2.1 钢的淬火-----------------------------------------------------------------------------------------------8 2.2 热处理的过程方法和应用目的--------------------------------------------------------------------9 3.0 部分金属材料的热处理规范-----------------------------------------------------------------17 3.1 渗碳钢的热处理工艺--------------------------------------------------------------------17 3.2 渗氮钢的热处理工艺--------------------------------------------------------------------------------20 3.3 调质钢的热处理工艺-------------------------------------------------------------------------------21 3.4 -弹簧钢的热处理工艺------------------------------------------------------------------------------23 3.5 轴承钢的热处理工艺-------------------------------------------------------------------------------25 3.6 合金工具钢的热处理工艺------------------------------------------------------------------------- 26 3.7 碳素工具钢的热处理工艺--------------------------------------------------------------------------29

金属表面处理工艺有哪些,常见金属表面处理方法

金属表面处理工艺有哪些_常见金属表面处理方法有哪些 金属表面在各种热处理、机械加工、运输的过程中,不可避免地会产生腐蚀、随着油污和杂质等,产生氧化现象,这就需要进行表面处理。 金属表面处理有很多种,按照其特性的不同可分为溶剂清洗、机械处理和化学处理三大类。根据不同氧化程度的金属表面,应采用不同的处理方式。如对于较薄的氧化层可采用溶剂清洗、机械处理和化学处理,或者直接采用化学处理,对于严重氧化的金属表面,由于氧化层较厚,如果直接采用溶剂清洗和化学处理,不但处理不彻底,还会浪费大量的清洗剂和化学剂,最好先采用机械处理。 溶剂清洗是对使用溶剂对金属表面进行清洗的一种处理方法,该方法可以有效去除工件表面的油污、杂质和氧化层,使工件表面获得清洁。经溶剂清洗后的金属表面具有高度活性,更容易受到灰尘、湿气的污染,所以处理后的工件还要进行喷涂、喷涂等表面处理,提高工件的抗腐蚀能力。 金属的表面处理有哪些? 不锈钢:电镀、抛光、拉丝、电泳、PVD、蚀刻、彩色钝化 铝合金:阳极氧化、电镀、蚀刻 镁合金:电镀、钝化皮膜 钛合金:电镀、阳极氧化 锌合金:电镀、钝化 铸铝:电镀、阳极氧化 钢铁:钝化、磷化 电镀 镀层金属或其他不溶性材料做阳极,待镀的工件做阴极,镀层金属的阳离子在待镀工件表面被还原形成镀层。为排除其它阳离子的干扰,且使镀层均匀、牢固,需用含镀层金属阳离子的溶液做电镀液,以保持镀层金属阳离子的浓度不变。电镀的目的是在基材上镀上金属镀层,改变基材表面性质或尺寸。电镀能增强金属的抗腐蚀性(镀层金属多采用耐腐蚀的金属)、增加硬度、防止磨耗、提高导电性、润滑性、耐热性、和表面美观。 电泳 电泳是电泳涂料在阴阳两极,施加于电压作用下,带电荷涂料离子移动到阴极,并与阴极表面所产生之碱性作用形成不溶解物,沉积于工件表面。 电泳表面处理工艺的特点: 电泳漆膜具有涂层丰满、均匀、平整、光滑的优点,电泳漆膜的硬度、附着力、耐腐、冲击性能、渗透性能明显优于其它涂装工艺。电泳工艺优于其他涂装工艺。 镀锌 镀锌是指在金属、合金或者其它材料的表面镀一层锌以起美观、防锈等作用的表面处理技术。现在主要采用的方法是热镀锌。 电镀与电泳的区别 电镀就是利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的过程。

金属离子掺杂改性纳米TiO2的能带结构及其光催化性能

硅酸盐学报 ? 402 ?2013年 DOI:10.7521/j.issn.0454–5648.2013.03.22 金属离子掺杂改性纳米TiO2的能带结构及其光催化性能 刘子传,郑经堂,赵东风,吴明铂 (中国石油大学(华东),重质油国家重点实验室,山东青岛 266580) 摘要:为了研究纳米TiO2金属离子掺杂的改性机理,使用Materials Studio软件的Dmol3模块分别对Fe3+、Ag+、Pt4+、La3+ 4种金属离子掺杂纳米TiO2的能带结构进行分析。分子模拟表明,金属离子掺杂使TiO2的禁带宽度、Fermi能级和禁带偏移发生变化,影响了TiO2的光催化性能。光催化反应表明,Ag+掺杂后TiO2的禁带宽度为1.09eV、Fermi能级为–0.294eV、禁带向下偏移0.28eV,纳米TiO2光催化剂对聚乙二醇模拟废水的处理效果最好。关键词:二氧化钛;分子模拟;光催化;金属离子掺杂 中图分类号:TQ134 文献标志码:A 文章编号:0454–5648(2013)03–0402–07 网络出版时间:网络出版地址: Band Structure of Metal Ions Doped Modified Nano-TiO2 and Its Photocatalytic Performance LIU Zichuan,ZHENG Jingtang,ZHAO Dongfeng,WU Mingbo (State Key Laboratory of Heavy Oil Processing, China University of Petroleum, Qingdao 266580, Shandong, China) Abstract: In order to investigate the modified mechanism of the TiO2 nanoparticles doped with metal ions, the band structure of TiO2 nanoparticles doped with Fe3+, Ag+, Pt4+, and La3+ ions, respectively, was analyzed by a Dmol 3 module of Materials Studio software. The molecular simulation showed that metallic ion doping changed the forbidden bandwidth, the Fermi energy level and the forbidden band offset of TiO2 nanoparticles. The changes affected the photocatalytic ability of TiO2. The Ag+-doped TiO2 has the forbidden bandwidth of 1.09eV and the Fermi energy of –0.294eV, and the forbidden band offset downward to 0.28eV. The TiO2 nanoparticles showed a superior photocatalytic ability in the process of polyethylene glycol (PEG) simulated wastewater. Key words: titania; molecular simulation; photocatalysis; metallic ion doping 有机废水尤其是高浓度有机废水水质复杂,使用传统方法很难有效处理[1]。用纳米TiO2光催化可以实现对废水中有机污染物的深度氧化,将其矿化为二氧化碳和水等简单无机物,在废水处理中有广阔的应用前景[2–3]。前期对纳米TiO2光催化技术的研究多采用悬浮体系,即纳米TiO2粉体与处理溶液直接混合[4],该体系虽然与反应物接触充分、效率较高[5–7],但存在难以回收、容易中毒等缺点。因此,目前研究多使用负载体系[8–9],将纳米TiO2固定到载体上以达到回收目的,并通过改变载体形状改进反应设备,常用载体有钛板[10–12]、玻璃[13–15]、不锈钢[11,16]等。但将纳米TiO2负载到载体上后,其光催化处理效果会降低[17]。研究表明,使用改性技术可以提高负载后纳米TiO2的光催化处理效果[18–19],比较成熟的改性方法有离子掺杂改性[20–22]、表面贵金属沉积改性[23]、半导体材料复合改性[24]等,其中利用金属离子掺杂进行改性的研究较多,但尚未见对金属离子掺杂改性机理的研究报道。 本工作以溶胶–凝胶法制备纳米TiO2/Ti负载体系,分别用Fe3+、Ag+、La3+、Pt4+金属离子对TiO2/Ti 进行掺杂改性,以聚乙二醇2000 (PEG-2000)模拟废水为光催化处理对象,对不同改性条件下TiO2/Ti 收稿日期:2012–08–28。修订日期:2012–10–18。 基金项目:国家自然科学基金(20776159,21176260);山东省自然科学基金(ZR2009FL028);中央高校基本科研业务专项资金 (09CX05009A)资助项目。 第一作者:刘子传(1982—),男,博士研究生。 通信作者:郑经堂(1955—),男,教授。Received date:2012–08–28. Revised date: 2012–10–18. First author: LIU Zichuan (1982–), male, Doctorial candidate. E-mail: upclzc@https://www.docsj.com/doc/2a5393663.html, Correspondent author: ZHENG Jingtang (1955–), male, Professor. E-mail: jtzheng03@https://www.docsj.com/doc/2a5393663.html, 第41卷第3期2013年3月 硅酸盐学报 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol. 41,No. 3 March,2013 2013-02-28 11:08https://www.docsj.com/doc/2a5393663.html,/kcms/detail/11.2310.TQ.20130228.1108.201303.402_022.html

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