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表面改性技术综述

表面改性技术综述
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

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。

碳纤维表面改性

碳纤维表面处理研究现状

碳纤维表面处理研究现状 摘要:综述了碳纤维的应用领域,当前国内外的碳纤维的生产状况,分析了各种碳纤维表面处理的研究现状以及各方法的优缺点。分析结果表明:国外对我国碳纤维生 产进行了技术封锁,我国工业化碳纤维生产与日本等国有较大差距。电化学氧化法对碳纤维表面处理效果较好,处理后碳纤维表面活性基团数量明显增多,生产条件易于控制,该方法很好应用于工业生产。 关键词:碳纤维;表面处理;电化学氧化法; 引言 随着国防科技要求的不断提高,航天航空、军事武器等高科技设备对材料的性能要求的提高,碳纤维复合材料以其耐高温,耐摩擦、导电、导热、耐腐蚀、高比强度等特点被广泛的应用于这些领域。国外碳纤维材料生产研发较早,现今以日本,美国等国家的生产技术领先于世界。 碳纤维按其加工的先驱体不同可以分为:粘胶基碳纤维、沥青基碳纤维、聚丙烯腈基(PAN)碳纤维。碳纤维作为一种增强相与金属、陶瓷、树脂等结合使复合材料的性能得到很大提高。碳纤维表面的活性基团较少,表面光滑,为更好的与基体材料结合,需要在材料复合前对纤维进行一定表面处理。碳纤维表面处理按当前的研究现 状可以分为氧化法和非氧化法。在此对纤维的生产状况做出一些介绍以及纤维表面处理的各种方法做比较。 1碳纤维应用领域及国内外生产状况 碳纤维复合材料具有卓越的物化性能,被广泛应用于航天航空、国防军事、体育用品、风能发电、石油开采以及医疗器械⑴。 碳纤维被用于制造飞机、航天器、卫星等,因碳纤维的轻质、高强度等特点,飞行器的噪音小,飞行所需的燃料消耗降低。据有关报道,飞行器每降低1kg的质量,运载飞行器的火箭可以减轻500kg。航天航空领域碳纤维的使用量从2008年的8200t, 到2010年的1万t,预计今年将达到1.3万t。在飞机的制造中,纤维复合材料应用比例都

分子筛改性-3

沸石分子筛的改性方法 摘要:沸石分子筛被广泛应用于催化反应过程中,特别是在石油炼制和石油化工中得到了普遍应用。不同的催化反应,往往需要不同种类和功能的沸石分子筛催化剂。本论文主要介绍目前国内外对沸石分子筛的主要改性方法:沸石分子筛的脱铝改性、再铝化以及金属改性。 关键字:沸石分子筛;改性;脱铝 1 沸石分子筛的概念 沸石分子筛是一种具有立方晶格的硅铝酸盐化合物。分子筛具有均匀的微孔结构,它的孔穴直径大小均匀,这些孔穴能把比其直径小的分子吸附到孔腔的内部,并对极性分子和不饱和分子具有优先吸附能力,因而能把极性程度不同,饱和程度不同,分子大小不同及沸点不同的分子分离开来,即具有“筛分”分子的作用,故称分子筛。由于分子筛具有吸附能力高,热稳定性强等其它吸附剂所没有的优点,使得分子筛获得广泛的应用[1]。 分子筛是结由硅氧四面体或铝氧四面体通过氧桥键相连而形成分子筛分子尺寸大小的孔道和空腔体系。然而随着分子筛合成与应用研究的深入,研究者发现了磷铝酸盐类分子筛,并且分子筛的骨架元素(硅、铝或磷)也可以由B、Ga、Fe、Cr、Ge、Ti、V、Mn、CO、Zn、Be和Cu等取代,因此分子筛按骨架元素组成可分为硅铝类分子筛、磷铝类分子筛和骨架杂原子分子筛;按孔道大小划分为微孔、介孔和大孔分子筛。由于具有较大的孔径,成为较大尺寸分子反应的良好载体,但介孔材料的孔壁为非晶态,致使其水热稳定性和热稳定性尚不能满足石油化工应用所需的苛刻条件[2]。 2 沸石分子筛的结构及性能 2.1沸石分子筛的结构特点 沸石结构可以分为三个部分[3]:铝硅酸盐格架;格架中相互连结的孔隙(孔道和空穴):在孔道或空穴中的阳离子和水分子。在一般情况下,沸石的中心大空穴和孔道都充满水分子,这些水分子围绕着可交换阳离子形成水化球,通常在350℃或400℃下加热数小时或更长时间,沸石将失去水。这时,有效直径小到足以通过孔道的分子将易于被沸石吸附在脱水孔道和中心空穴中;而直径过大无法进入孔道的分子将被排斥,这就是大家所熟知的“分子筛”性质。 沸石的骨架中的每一个氧原子都为相邻的两个四面体所共用。构成沸石骨架的最基本的结构是硅氧(SiO4)四面体和铝氧(AlO4)四面体。几个硅(铝)氧四面体通过氧桥相互联结在一起,可以形成四元环、五元环、六元环、八元环、十二元环、十八元环等。而各种不同的多元环通过氧桥相互联结,又可形成具有三维空间的笼。由于铝原子是三价的,

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[。

SBA-15分子筛

SBA-15分子筛改性方法进展 摘要:介孔分子筛SBA-15在分离、催化及纳米组装等方面具有很大的应用价值,可是由于存在化学反应活性不高等内在的缺点,大大限制了它的实际应用范围。为实现介孔分子筛SBA-15的潜在应用价值,依靠化学改性来提高它的化学反应活性。按照SBA-15负载组分的不同,SBA-15改性方法可分为:金属改性方法,酸改性方法,氧化物改性方法及其他改性方法。 关键词:SBA-15分子筛改性方法 Abstract:Mesoporous molecular sieve SBA-15 in separation, catalysis and nano-assembly has great application value.However, because of its shortcomings,for example its chemical reactivity , its practical application is limited.To realise the potential application of SBA-15,we can increase its chemical reactivity through chemical modification . The modifided methods include modified method of metal,acid modification,Oxide modification and other methods. Keywords: Mesoporous molecular sieve SBA-15 modification SBA-15具有较大的孔径(最大可达30 nm),较厚的孔壁(壁厚可达6.4 nm),因而具有较好的(水)热稳定性,在催化、分离、生物及纳米材料等领域都有广阔的应用前景,但由于它是纯氧化硅介孔材料,没有催化活性,需要负载活性组分。借助SBA-15优良的物理化学性质和结构特点,通过负载活性组分对其进行修饰改性,使其具有催化活性。 SBA-15的改性原理:介孔氧化硅材料SBA-15表面含有3种硅羟基:孤立的、孪式的和氢键的羟基。只有那些自由的硅羟基(孤立的硅羟基—SiOH和孪式的硅羟基=SiOH)具有高的化学反应活性,氢键的硅羟基则没有化学活性,但氢键硅羟基受热可以转变成自由硅羟基。具有化学活性的硅羟基是介孔材料表面化学改性的基础,通过表面硅羟基与活性组分相互作用,把催化活性位引入孔道或骨架。对介孔分子筛SBA-15进行改性的方法大体可分为直接合成法和后合成法两大类。直接合成法是指在分子筛合成的同时完成改性过程,后合成法是指在分子筛合成之后再对其进行改性。 按照SBA-15负载组分的不同,可分为金属改性的SBA-15系列催化剂,酸改性的SBA-15系列催化剂,氧化物改性的等SBA-15系列催化剂。 一、金属改性的SBA-15系列催化剂 1、SBA-15负载贵金属系列催化剂 如银建中等「1」利用超临界流体沉积法合成Ag/SBA-15纳米复合材料。超临界流体沉积法(Supercritical Fluid Deposition,SCFD)是近年来发展的一种制 的溶剂特性,备纳米复合材料方法.它克服了其它方法的缺点,充分利用超临界CO 2 零表面张力、高扩散性,将前驱物溶解并运输到基材或多孔材料的孔道内部,经过简单的泄压、还原处理,即得到担载金属的纳米复合材料。银建中等以超临界二氧化碳为溶剂,以乙醇为共溶剂,AgNO3为前驱物, SBA-15为载体,在50℃、23~

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

聚合物表面改性方法

聚合物表面改性方法 摘要:本文综述了聚合物表面改性的多种方法,主要包括有溶液处理法、等离子体处理法、表面接枝法、辐照处理法和新兴的原子力显微探针震荡法,并结合具体聚合物材料有重点的详细介绍了改性方法及其改性机理。 关键词:聚合物;表面改性;应用 聚合物在日常生活及化工领域都有非常广泛的应用,但是由于这些聚合物表面的亲水性和耐磨损性较差,限制了聚合物材料的进一步应用。为了改善这些表面性质,需要对聚合物的表面进行改性。聚合物表面改性是指在不影响材料本体性能的前提下,在材料表面纳米量级范围内进行一定的操作,赋予材料表面某些全新的性质,如亲水性、抗刮伤性等。 聚合物的表面改性方法很多,本文综述了溶液处理方法、等离子体处理法、表面接枝法、辐照处理方法和新兴的原子力显微探针震荡法。下面将结合具体聚合物材料详细介绍各种改性方法。 1溶液处理方法 1.1含氟聚合物 PTFE或Teflon具有优良的耐热性、化学稳定性、电性能以及抗水气的穿透性,所以在化学和电子工业上广泛地应用,但由于难粘结,所以应用上受到局限。为了提高粘结性能,需对表面进行改性,化学改性的方法通常用钠萘四氢呋哺液溶处理它。此处理液的配制是由1mol 的金属钠(23g)一次加到1mol萘(128g)的四氢呋喃(1L工业纯)中去,在装有搅拌及干燥管的三口瓶中反应2h,直至溶液完全变为暗棕色即成[1]。 将氟聚合物在处理液中浸泡几分钟,取出用丙酮洗涤,除去过量的有机物。然后用蒸馏水洗。除去表面上微量的金属。氟聚合物在处理液中浸泡时,要求体系要密封,否则空气中氧和水能与处理液中络合物反应而大大降低处理液的使用寿命。正常情况处理液贮存有效期为2个月。处理后的Teflon与环氧粘结剂粘结,拉剪强度可达1100~2000PSi。处理过的表面为黑色,处理层厚低于4×10-5mm 时,电子衍射实验表明处理过的材料本体结构没有变化,材料的体电阻、面电阻和介电损耗也没有变化,此方法有三个缺点:一、处理件表面发黑,影响有色导线的着色;二、处理件面电阻在高湿条件下略有下降,三、处理过的黑色表面在阳光下长时间照射,粘结性能降低,因此目前都采用低温等离子体技术来处理。 1.2聚烷烯烃 聚乙烯和聚丙烯是这类材料中的大品种,它们表面能低。如聚乙烯表面能只有31×10-7J/cm2。为了提高它们表面活性,有利于粘接,通常需对它们的表面进行改性,其中化学改性方法有用铬酸氧化液处理,此处理液的配方[2]重铬酸钠(或钾)5份,蒸馏水8份,浓硫酸100份,将聚乙烯或聚丙烯室温条件下在处理液中浸泡1~1.5h,66~71℃条件下浸泡1~5min,80~85℃处理几秒钟,此外还有过硫酸铵的氧化处理液[3]。其配方为硫酸铵60~120g,硫酸银(促进剂)0.6g,蒸馏水1000ml,将聚乙烯室温条件下处理20min,70℃处理5min,当用来处理聚丙烯时,处理温度和时间都需增加一些,70℃lh,90℃10min,其中促进剂硫酸银效果不明显,可以去掉,但此处理液有效期短,通常只有lh。这两种处理方法,效果都不错。 1.3聚醚型聚氨酯 Wrobleski D. A.等[4]对聚醚型聚氨酯Tecoflex以化学浸渍和接枝聚合进行表面改性。且用Wilhelmy平衡技术测定接触角,结果表明,经聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)和PEG化学浸渍修饰表面,以及用VPHEMA对2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸及其钠盐(AMPS和NaAMPS)光引发表面接枝。其表面能增大,表面更加亲水。化学浸溃使前进和后退接触角降低20和30~40

分子筛

分子筛 分子筛(又称合成沸石)是一种硅铝酸盐多微孔晶体,它是由SiO和AIO四面体组成和框架结构。 在分子筛晶格中存在金属阳离子(如Na,K,Ca等),以平衡四面体中多余的负电荷。 一、分子筛的类型按其晶体结构主要分为:A型,X型,Y型等。 A型主要成分是硅铝酸盐,孔径为4A(1A=10 -10米),称为4A (又称纳A型)分子筛;用Ca2+交换4A分子筛中的Na+,形成5A的孔径,即为5A(又称钙A型)分子筛;用K+交换4A分子筛的Na+,形成3A的孔径,即为3A(又称钾A型)分子筛。 X型硅铝酸盐的晶体结构不同(硅铝比大小不一样),形成孔径为9—10A的分子筛晶体,称为13X(又称钠X型)分子筛;用Ca2+交换13X分子筛中的Na+,形成孔径为9A的分子筛晶体,称为10X(又称钙X型)分子筛。 Y型 Y型分子筛具有X型分子筛烃似的晶体结构,但化学组成不同(硅铝比较大)通常用于催化领域。 二、分子筛的主要特性 1、物理特性:比热:约0.95KJ/KgXK(0.23Kcal/KgX℃导 热系数(脱水物):2.09KJ/MXK(0.506Kcal/mX℃水吸附 热:约3780KJ/Kg(915Kcal/Kg) 2、热稳定性和化学稳定性: 分子筛能承受600—700℃的短暂高温,但再生温度一般在

400℃以下。分子筛可在PH值5-10范围的介质中使用;在盐溶液中能交换某些金属阳离子。 三、分子筛的特性 分子筛是一类结晶的硅铝酸盐,由于它具有均一的孔径和极高的比表面积,所以具有许多优异的特点。 (1)按分子的大小和形状不同的选择吸附作用,即只吸附那些小于分子筛孔径的分子。 (2)对于小的极性分子和不饱和分子,具有选择吸附性能,极性越大,不饱和度越高,其选择吸附性越强。 (3)具有强烈的吸水性。哪怕在较高的温度、较大的空速和含水量较低的情况下,仍有相当高的吸水容量。 3.1、基本特性: a)分子筛对水或各种气,液态化合物可逆吸附及脱附。 b)金属阳离子易被交换。 c)分子筛内部空腔和通道形成非常高的内表面积。其内表面可高于分子筛颗粒的外表面积的10000-100000倍。 1、根据分子大小和形状的不同选择吸附——分子筛效应分子筛晶体具有蜂窝状的结构,晶体内的晶穴和孔道相互沟通,并且孔径大小均匀,固定(分子筛空腔直径一般在6—15埃之间),与通常分子的大小相当,只有那些直径比较小的分子才能通过沸石孔道被分子筛吸附,而构型庞大的分子由于不能进入沸石孔道,则不被分子筛吸附。而硅胶,活性氧化铝和活性碳没有均匀的孔

聚合物表面改性方法综述

聚合物表面改性方法综述 连建伟 (中国林业科学研究院林产化学工业研究所) 摘要:本文综述了聚合物表面改性的多种方法,主要包括有溶液处理法、等离子体处理法、表面接枝法、辐照处理法和新兴的原子力显微探针震荡法,并结合具体聚合物材料有重点的详细介绍了改性方法及其改性机理。 关键词:聚合物;表面改性;应用 聚合物在日常生活及化工领域都有非常广泛的应用,但是由于这些聚合物表面的亲水性和耐磨损性较差,限制了聚合物材料的进一步应用。为了改善这些表面性质,需要对聚合物的表面进行改性。聚合物表面改性是指在不影响材料本体性能的前提下,在材料表面纳米量级范围内进行一定的操作,赋予材料表面某些全新的性质,如亲水性、抗刮伤性等。 聚合物的表面改性方法很多,本文综述了溶液处理方法、等离子体处理法、表面接枝法、辐照处理方法和新兴的原子力显微探针震荡法。下面将结合具体聚合物材料详细介绍各种改性方法。 1溶液处理方法 1.1含氟聚合物 PTFE或Teflon具有优良的耐热性、化学稳定性、电性能以及抗水气的穿透性,所以在化学和电子工业上广泛地应用,但由于难粘结,所以应用上受到局限。为了提高粘结性能,需对表面进行改性,化学改性的方法通常用钠萘四氢呋哺液溶处理它。此处理液的配制是由 1mol的金属钠(23g)一次加到1mol萘(128g)的四氢呋喃(1L工业纯)中去,在装有搅拌及干燥管的三口瓶中反应2h,直至溶液完全变为暗棕色即成[1]。 将氟聚合物在处理液中浸泡几分钟,取出用丙酮洗涤,除去过量的有机物。然后用蒸馏水洗。除去表面上微量的金属。氟聚合物在处理液中浸泡时,要求体系要密封,否则空气中氧和水能与处理液中络合物反应而大大降低处理液的使用寿命。正常情况处理液贮存有效期为2个月。处理后的Teflon与环氧粘结剂粘结,拉剪强度可达1100~2000PSi。处理过的表面为黑色,处理层厚低于4×10-5mm 时,电子衍射实验表明处理过的材料本体结构没有变化,材料的体电阻、面电阻和介电损耗也没有变化,此方法有三个缺点:一、处理件表面发黑,影响有色导线的着色;二、处理件面电阻在高湿条件下略有下降,三、处理过的黑色表面在阳光下长时间照射,粘结性能降低,因此目前都采用低温等离子体技术来处理。 1.2聚烷烯烃 聚乙烯和聚丙烯是这类材料中的大品种,它们表面能低。如聚乙烯表面能只有 31×10-7J/cm2。为了提高它们表面活性,有利于粘接,通常需对它们的表面进行改性,其中化学改性方法有用铬酸氧化液处理,此处理液的配方[2]重铬酸钠(或钾)5份,蒸馏水8份,浓

ZSM-5沸石分子筛改性研究进展

ZSM-5沸石分子筛改性研究进展 摘要本文综述了近年来ZSM-5沸石分子筛的改性研究进展,重点从酸性调节和孔道调节对近年来的改性研究进行归纳总结,对ZSM-5沸石分子筛的研发工作具有促进作用。 关键词ZSM-5分子筛;改性;酸性;孔道 沸石是分子筛中应用最广泛的物质,是具有四面体骨架结构的硅铝酸盐,具有分子筛作用的沸石,通常称为沸石分子筛。ZSM-5分子筛(Zeolite Socony Mobil Number 5)是其中非常重要的一种人工合成的沸石分子筛,是由美国Mobil石油公司于1972年首次开发的高硅三维直孔道结构沸石,属于第二代沸石,具有二维的孔道系统,独特的交叉孔道结构。ZSM-5分子筛还具有很高的水热稳定性、择形性和亲油疏水能力,加上特殊的三维交叉孔道体系,使其成为石油化工领域首选的催化材料,在催化裂化、催化重整、润滑油馏分脱蜡、乙烯苯烃化、二甲苯异构化、甲醇转化汽油、甲醇/二甲醚制丙烯、甲苯歧化等装置中得到广泛的使用。 1 ZSM-5分子筛的改性进展 ZSM-5分子筛的改性方法按目的划分,大体可以分为两个方面: 1)调节分子筛的酸强度与酸量,主要通过在ZSM-5表面负载金属或非金属氧化物、分子筛的脱铝补铝等方式来实现。2)调节分子筛的孔道,一般可通过酸碱处理或化学硅沉积的方法来达到目的。 1.1 酸性调节 通过调节ZSM-5的酸强度或者酸量,使其具有较为适中的酸性,一方面可以减少无需的副反应发生,从而提高催化剂的选择性,另一方面可减少催化剂因积碳而导致的失活,延长催化剂使用寿命。 1.1.1 氧化物改性 对于中等强度酸性氧化物改性,磷化物是采用最多的改性物质。Kaeding等用磷化合物改性ZSM-5沸石后,MTO的C2=-C4= 烯烃选择性达70%,认为是由于处理后较强酸中心减少所造成的。Zhao等采用磷酸、氧化锆改性HZSM-5用于DME转化制烯烃的研究,甲醇转化率达100%,丙烯摩尔选择性达45%,总低碳烯烃64.6%。采用磷化物进行改性,不但可以有效减少ZSM-5表面的强酸中心,还将改变分子筛表面的亲水性能。另外,杨静等采用密度泛函理论和团簇模型,从微观角度通过计算证实了磷改性可提高ZSM-5的水热稳定性。 采用中性或略偏碱性氧化物(如锌的氧化物等)对ZSM-5进行修饰,所制

分子筛改性-2

沸石分子筛的改性方法 1 沸石分子筛的概念 沸石分子筛是一种具有立方晶格的硅铝酸盐化合物。分子筛具有均匀的微孔结构,它的孔穴直径大小均匀,这些孔穴能把比其直径小的分子吸附到孔腔的内部,并对极性分子和不饱和分子具有优先吸附能力,因而能把极性程度不同,饱和程度不同,分子大小不同及沸点不同的分子分离开来,即具有“筛分”分子的作用,故称分子筛。由于分子筛具有吸附能力高,热稳定性强等其它吸附剂所没有的优点,使得分子筛获得广泛的应用[1]。 分子筛是结由硅氧四面体或铝氧四面体通过氧桥键相连而形成分子筛分子尺寸大小的孔道和空腔体系。然而随着分子筛合成与应用研究的深入,研究者发现了磷铝酸盐类分子筛,并且分子筛的骨架元素(硅、铝或磷)也可以由B、Ga、Fe、Cr、Ge、Ti、V、Mn、CO、Zn、Be和Cu等取代,因此分子筛按骨架元素组成可分为硅铝类分子筛、磷铝类分子筛和骨架杂原子分子筛;按孔道大小划分为微孔、介孔和大孔分子筛。由于具有较大的孔径,成为较大尺寸分子反应的良好载体,但介孔材料的孔壁为非晶态,致使其水热稳定性和热稳定性尚不能满足石油化工应用所需的苛刻条件[2]。 3.3 沸石分子筛的络合剂脱铝 由于沸石耐酸性能较弱,当直接用无机酸处理使其脱铝时,其晶体结构易遭破坏。而采用络合剂(如EDTA、柠檬酸)脱铝或者采用无机酸和配合剂共同作用脱铝[11]则能够减弱对晶体结构的破坏程度。 刘辉等人[12]研究了NaY沸石在硫酸钱缓冲体系中分别用草酸、柠檬酸、酒石酸、磺基水杨酸和硫酸直接进行脱铝。在各自合适的条件下,当一次脱铝15%左右时,沸石能保持较高的结晶度。其中,当用草酸和酒石酸直接脱铝时,沸石保持的结晶度最高,可以达到95%以上,当用柠檬酸脱铝时,沸石的结晶度也能保持在90%。草酸的电离平衡和络合平衡在硫酸钱溶液中能构成很好的缓冲体系,并且,他们提出了用草酸对NaY 沸石进行脱铝的机理(图3)。

沸石改性综述

L沸石的改性 一.引言 酸型沸石是一种广泛应用于石油精炼厂和石化生产过程的催化剂。由于沸石分子筛的酸强度及酸分布都会影响到沸石的稳定性和催化性能,因此沸石科学的早期人们就已经开始研究利用离子交换技术来改变沸石酸性质。例如,20世纪40 年代Barrer描述了丝光沸石的离子交换行为[i][ii]。Sherry[iii]和Breck [iv]已经总结出一套一般的离子交换方法[v],这种方法适用于分子筛离子交换已经得到证实[vi,vii]。接着,在20世纪六七十年代,焙烧作为一种主要的方法被用来研究Y(FAU)沸石[viii,ix]。沸石分子筛的催化性能受SiO2/Al2O3的影响,改变分子筛的SiO2/Al2O3也成了研究分子筛的重点,常常通过直接合成或者通过合成后处理的方法,得到高硅铝比的沸石分子筛,经脱铝处理的高稳定的USY分子筛为流化催化裂化奠定了基础,高硅铝比的丝光沸石也显示出了独特的催化性能。 分子筛的改性范围很广,从简单的离子交换直到结构完全崩塌的材料都属此范围。既包括对非骨架元素的改性也包括对骨架元素的改性。兰州炼油化工总厂石化研究院的高繁华等人总结了沸石改性的方法,主要包括三大类:一是结构改性,即改变沸石的SiO2/M2O3(M=Al或Fe,B,Ca等)从而达到改变沸石酸性的目的,水热脱铝是这类改性沸石的典型方法;二是沸石晶体表面改性,如加入不能进入沸石孔道的大分子金属有机化合物达到改性目的;三是内孔结构改性,即改变沸石的酸性位置或限制沸石的内孔的直径,例如金属阳离子交换。 目前工业上广泛应用的分子筛大多是需要提高其耐酸性能,分子筛骨架的酸碱性与分子筛骨架的硅铝比密切相关,所以往往需要对分子筛进行后处理来改变骨架的硅铝比,从而改变它的酸碱性和活性中心的数目和强度来适应催化反应的需要。改变分子筛的硅铝比,通常是在合成后对分子筛进行脱铝补硅处理,沸石分子筛脱铝补硅的方法很多[x,xi],主要有: (1)酸处理的方法可用无机酸或有机酸处理分子筛,使其骨架脱铝,可使用的酸有盐酸、硫酸、硝酸、甲酸[xii]、乙酸、柠檬酸[xiii]、乙二胺四乙酸(H4EDTA)等。根据分子筛耐酸性的差异,采用不同浓度的酸进行骨架脱铝。对于耐酸性好的高硅沸石多用盐酸漂法,以抽走骨架中的铝,结构仍保持完好。在骨架铝脱出的同时,孔道中非晶态物质也被溶解,这样减少了孔道阻力。对于耐酸性差的分

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

现代表面改性技术的国内外最新研究进展

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

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

无机分体表面改性方法综述

无机粉体表面改性方法综述 唐亚峰 (南华大学化学化工学院无机非金属材料系湖南衡阳) 摘要:表面改性是无机粉体的主要加工技术之一,表面改性对提高无机粉体的应用性能起着关键的作用。改性后的无机粉体分散性提高,同时也改善了粉体和有机高聚物的相容性。本文介绍了无机粉体表面改性的机理、传统的几类改性方法以及两种新型改性方法,并对无机粉体表面改性方法进行展望。 关键词:无机粉体;表面改性;改性方法;新型方法; 前言 无机粉体具有很高的应用性能和应用价值,添加到聚合物材料当中不仅能降低其生产成本,还提高了复合材料的力学性能和综合性能,甚至赋予其绝缘、阻燃等特殊的物理化学性质。 无机粉体一般为微米或纳米级颗粒,由于其粒径小、比表面积大、表面能高,容易发生团聚,难以在复合材料中均匀分散,影响添加效果。无机粉体的表面性质和聚合物有机体系相差甚远,这也使得无机粉体不能很好的分散到材料中。因此,当无机粉体添加到高聚物复合材料时,首先要对无机粉体进行表面改性,使其粒子表面有机化,改善其亲油性和与基体的相容性,增强界面结合能力,从而发挥无机粉体的功能[1]。 本文介绍了无机粉体表面改性的机理、传统的几类改性方法以及两种新型的改性的方法,并分析了这些方法各自的优缺点。最后对无机粉体表面改性方法进行了展望。 1 无机粉体表面改性的机理 由于无机矿物材料是极性或强极性的亲水矿物,而有机高聚物基质具有非极性的疏水表面,彼此相容性差,通常无机矿物材料难以在有机基体中均匀分散,因此如果过多地或者直接将无机矿物材料填充到有机基体中,容易导致复合材料的某些力学性能下降甚至出现脆化等问题。无机粉体表面改性是利用粉体表面的活性基团或电性与某些带有两性基团的小分子或高分子化合物( 表面改性剂) 进行复合改性,使其表面性质由疏水性变为亲水性或由亲水性变为疏水性,从而改善粉体粒子表面的浸润性,增强粉体粒子在介质中的界面相容性,使粒子容易分散在水中或有机化合物中。粉体表面改性是材料制备工程的重要手段,也是新材

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;

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