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        化學(xué)材料的表面處理研究

        2017-05-30 10:48:04徐慧娟柳美方
        現(xiàn)代鹽化工 2017年4期
        關(guān)鍵詞:表面處理化學(xué)材料

        徐慧娟 柳美方

        摘要:化學(xué)表面處理技術(shù)就是用技術(shù)方法把要改變的物體表面實(shí)行化學(xué)特性的轉(zhuǎn)變,比如利用物體表面涂層、電解或者是實(shí)行化學(xué)反應(yīng)的形式轉(zhuǎn)變物體表面化學(xué)構(gòu)成等辦法實(shí)行物體的表面處理。作為化學(xué)的分支學(xué)科,化學(xué)材料的表面處置長期以來都是有關(guān)研究人員不停探究與鉆研的領(lǐng)域,伴隨科學(xué)技術(shù)的持續(xù)進(jìn)展和化學(xué)科目不斷進(jìn)步,有關(guān)化學(xué)材料表面處置有關(guān)研究理論愈來愈繁多。文章說明了化學(xué)材料表面處置的進(jìn)展背景,而且就化學(xué)材料表面處置當(dāng)中的幾種重點(diǎn)技術(shù)實(shí)行了簡單的比較,并且對其特征進(jìn)行了闡述。

        關(guān)鍵詞:化學(xué)材料;表面處理;電解技術(shù)

        化學(xué)材料表面處置技術(shù)就是經(jīng)過技術(shù)把要革新的物品表層實(shí)行化學(xué)特性上的轉(zhuǎn)變,比如在物品表層實(shí)行涂層等?;瘜W(xué)表面處置是化學(xué)學(xué)科當(dāng)中的非常關(guān)鍵的分支,同時(shí)也是表面工程學(xué)當(dāng)中非常關(guān)鍵的學(xué)科,并且在最近這幾年當(dāng)中也擁有非常好的進(jìn)展。

        1化學(xué)材料表面處理的發(fā)展背景

        化學(xué)材料的表面處理是化學(xué)學(xué)科中非常關(guān)鍵的分支,從1960年以后獲得了持續(xù)進(jìn)展,而且漸漸在化學(xué)科學(xué)里占有著愈來愈關(guān)鍵的地位。伴隨時(shí)代的持續(xù)進(jìn)展,化學(xué)材料表面處置現(xiàn)在也變成了跨學(xué)科、跨行業(yè)的綜合性技術(shù),其中含有包括等離子物理和表面化學(xué)在其中的多門學(xué)科,它是一個(gè)真實(shí)完成了學(xué)科融合的學(xué)科,其不管是理論性還是適用性都十分強(qiáng)。

        化學(xué)材料表面處置實(shí)際上就是要盡量提高化學(xué)材料的性能,例如耐高溫性、防腐性和導(dǎo)電、導(dǎo)磁性等多種性能,而且實(shí)行的對化學(xué)材料表面的處置,經(jīng)過處置把化學(xué)材料自身的構(gòu)成構(gòu)造實(shí)行了轉(zhuǎn)變與完備,讓化學(xué)材料可以在工作過程中更為長久平穩(wěn)地展現(xiàn)著自身的作用,盡量維持本身的高性能,增長本身的運(yùn)用時(shí)間,進(jìn)而更好地從高溫等危險(xiǎn)環(huán)境中實(shí)行工作,給化學(xué)鉆研和有關(guān)工業(yè)建造釋放更多的能量,提升工作效率,增加鉆研進(jìn)度。

        伴隨社會經(jīng)濟(jì)的持續(xù)進(jìn)展和科學(xué)技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步,現(xiàn)在,不但我們的生活習(xí)慣產(chǎn)生了非常大的轉(zhuǎn)變,而且全球的工業(yè)領(lǐng)域也不停隨著年代的轉(zhuǎn)變,搭乘著年代給工業(yè)進(jìn)展建造的順風(fēng)舟,實(shí)行著愈演愈烈的技術(shù)創(chuàng)新。在這種大背景下,每個(gè)行業(yè)對化學(xué)原料的表層承受性都有著非常大的需求,現(xiàn)在,化學(xué)原料的表層處置重點(diǎn)有下面幾個(gè)形式,它們是材料熱處置、激光涂層和非金屬涂層?;瘜W(xué)材料表面處置技術(shù)的持續(xù)進(jìn)展與完善符合歷史趨向,對社會的良好進(jìn)展擁有非常重要的意義。

        2化學(xué)材料表面處理技術(shù)

        2.1金剛石薄膜涂層技術(shù)

        金剛石薄膜涂層技術(shù)是最為堅(jiān)硬的耐磨涂層,同時(shí)也是表面處置鉆研中十分關(guān)鍵的技術(shù),其擁有十分寬廣的運(yùn)用前景。這個(gè)技術(shù)在制作刀具和電子元件上面都擁有非常好的成效。因?yàn)榻饎偸挠捕扰c導(dǎo)熱率都十分高,而且化學(xué)性質(zhì)相對比較穩(wěn)定,與其余物質(zhì)沒有什么親和性,所以往需要制作的物體上抹上一層金剛石薄膜,這樣可以有效地提升工具的硬度程度,同時(shí)也能讓處置完成的工具實(shí)行一些高強(qiáng)度的工作,也能完成一些在革新以前不能完成的特別任務(wù)。

        這種技術(shù)的詳細(xì)施行方式是:用金剛石薄膜或者是類金剛石薄膜,讓它們經(jīng)過化學(xué)反應(yīng),然后分離出離子態(tài)碳,之后再在將要涂抹的物件上面讓離子態(tài)的碳開始晶體化,讓金剛石或者是類金剛石可以焊合到工具的表面上。在現(xiàn)實(shí)操縱過程中,因?yàn)槭浅6啵杀鞠鄬碚f也更少,所以運(yùn)用類金剛石薄膜實(shí)行涂層的狀況也會更加普遍。

        因?yàn)榻饎偸瘬碛惺指叩挠捕?,所以金剛石薄膜涂層這一技術(shù)擁有非常寬廣的運(yùn)用空間和充滿無限可能性的進(jìn)展前景。很多發(fā)達(dá)國家對于這種技術(shù)都擁有著非常多的理論與試驗(yàn)鉆研,并且經(jīng)過鉆研獲得的成效不停改良這一技術(shù),在非常大程度上增強(qiáng)了金剛石薄膜與工業(yè)材料間的緊密程度,制造出非常多有關(guān)設(shè)施供應(yīng)給國際市場。但是在中國這種技術(shù)的鉆研與進(jìn)展上處在劣勢地位,沒有非常深入的前沿性鉆研與試驗(yàn)成效,而且也沒有造成這一技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。

        中國在金剛石薄膜涂層這一技術(shù)上面的鉆研還處在劣勢地位,所以一定要實(shí)行大規(guī)模的理論與試驗(yàn)鉆研,而且還需要研究有關(guān)的處置設(shè)施,用理論來支撐試驗(yàn),唯有這樣才能夠讓金剛石薄膜涂層技術(shù)更為成熟,以制作出更為高水平的工具。

        2.2化學(xué)鍍技術(shù)

        化學(xué)鍍技術(shù)其實(shí)就是一種在沒有通電狀況下產(chǎn)生氧化還原反應(yīng),然后運(yùn)用化學(xué)溶液把金屬零件或者是非金屬零件積聚在擁有對應(yīng)濃度的化學(xué)沉積液當(dāng)中,經(jīng)過催化還原的反應(yīng)把鍍層平均地鍍到物件表面的化學(xué)表面工程處置技術(shù)。

        化學(xué)鍍的工藝非常簡便,運(yùn)用領(lǐng)域也十分寬廣,其運(yùn)用的并不是電源,而是本身的催化還原反應(yīng),因此它的成效不會受到電源狀況所影響,而且它也能夠在還沒有定型的物體上面鍍出十分平均的厚度,并且因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)是在不中斷實(shí)行的,能夠經(jīng)過調(diào)整沉積液當(dāng)中離子的數(shù)量來掌控鍍層的厚度,而且處置方法也非常簡便精準(zhǔn)。并且,經(jīng)過這樣形式實(shí)行的表面處置擁有非常強(qiáng)的精密性,耐磨性也非常強(qiáng),而且還能夠經(jīng)過這樣的形式實(shí)行固定化學(xué)或者是物理特性的物品的制作。

        2.3熱噴涂技術(shù)

        自從在20世紀(jì)初期從瑞士產(chǎn)生之后,熱噴涂技術(shù)到現(xiàn)在已經(jīng)差不多發(fā)展了一個(gè)世紀(jì)了,而且這一技術(shù)在很多國家獲得了持續(xù)進(jìn)展。熱噴涂技術(shù)其實(shí)就是運(yùn)用熱源把涂層原料實(shí)行熔化,之后再運(yùn)用高速的氣流把它噴射到基體原料表層上面,這樣就產(chǎn)生了涂層的技術(shù)。熱噴涂涂層擁有非常多的優(yōu)秀性能,比如有耐磨損、耐腐蝕、耐高溫和隔熱等,所以它的運(yùn)用也十分寬廣,通常會運(yùn)用到航天、機(jī)械建造和石油化工等等這些行業(yè)當(dāng)中。現(xiàn)在熱噴涂技術(shù)重點(diǎn)擁有等離子噴涂、電弧噴涂和火焰噴涂這3個(gè)工藝。目前,熱噴涂技術(shù)也正往高效、高能和高速這3個(gè)層面上快速發(fā)展著,實(shí)現(xiàn)納米、非晶、導(dǎo)熱、催化、絕緣、導(dǎo)電等等這些功能的涂層也會漸漸變成在熱噴涂層面鉆研當(dāng)中的熱門。伴隨著熱噴涂技術(shù)的快速進(jìn)展,熱噴涂涂層也一定會更為普遍的運(yùn)用到國民經(jīng)濟(jì)建造與不同領(lǐng)域里面。

        下面就來說明一下火焰噴涂、電弧噴涂與等離子噴涂這3個(gè)技術(shù)。

        2.3.1火焰噴涂技術(shù)

        火焰噴涂技術(shù)也能夠分成非常多的類型,當(dāng)中經(jīng)常會見到的就是普通火噴涂形式,它就是用氧氣來當(dāng)作燃料,然后實(shí)行加熱噴涂原料,之后再運(yùn)用高速氣流把噴涂原料用噴射的方式來噴到物品的表層上面,這樣就產(chǎn)生了涂層。除了這個(gè)以外,火焰噴涂技術(shù)還擁有超音速火焰噴涂與爆炸噴涂等噴涂形式,并且每個(gè)噴涂技術(shù)都在自己的領(lǐng)域當(dāng)中展現(xiàn)著擁有自身特點(diǎn)的效用。

        2.3.2電弧噴涂技術(shù)

        電弧噴涂技術(shù)也能夠非常普通電弧噴涂技術(shù)和超音速電弧噴涂技術(shù)這兩種類型。普通電弧噴涂其實(shí)就是把電弧來當(dāng)作重點(diǎn)原料,然后實(shí)行加熱,之后再運(yùn)用熔化后的金屬絲所形成的高速氣流進(jìn)行霧化,最后在把噴涂原料噴射到需要處置的材料表層上就可以了,它是一個(gè)非常便捷的電弧噴涂技術(shù)。當(dāng)中超音速電弧噴涂其實(shí)就是通過加快電弧噴涂速度來實(shí)行噴涂工作,這樣的噴涂形式就是經(jīng)過把電弧噴槍和電源進(jìn)行改進(jìn)來當(dāng)作根本來實(shí)行的,經(jīng)過這樣形式實(shí)行處置之后的化學(xué)原料表層的涂層厚度會更為平均,當(dāng)然效果也會更加完美。

        2.3.3等離子噴涂

        等離子噴涂其實(shí)就是經(jīng)過轉(zhuǎn)變熱源的形式,運(yùn)用等離子來增強(qiáng)最后的噴涂效果。

        2.4激光表面處置技術(shù)

        激光表面處置技術(shù)的進(jìn)展到現(xiàn)在為止也已經(jīng)有差不多半個(gè)世紀(jì)的時(shí)間了,在最近10年中,伴隨社會經(jīng)濟(jì)的快速進(jìn)展,其在化學(xué)原料表面處置市場當(dāng)中逐漸擁有了愈來愈多的份額,它是現(xiàn)在社會當(dāng)中最為熱門的一種表面處置方法。這種技術(shù)就是運(yùn)用大功率激光束來當(dāng)作關(guān)鍵方法,對材料表層實(shí)行加熱,然后運(yùn)用這樣的形式把材料自身的性能在不同層面上提高上來,來用作更為高強(qiáng)度的鉆研與工作當(dāng)中,提升了材料的運(yùn)用效率。

        大功率激光器的產(chǎn)生增加了激光表面處置技術(shù)的進(jìn)展速度,激光技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到多領(lǐng)域中,擁有應(yīng)用前景的表面處置工作都是通過激光來完成的,激光技術(shù)同樣也在繁瑣與多樣化中發(fā)展。

        激光表面處置技術(shù)優(yōu)點(diǎn)有:(1)對于能量的傳送更為便捷,能夠選取性地對物體實(shí)行特定位置的處置,精準(zhǔn)性更加強(qiáng)。(2)因?yàn)榧す馑斐傻挠绊懛懂犑中。⑶夷芰恳彩志奂?,因而處置用時(shí)會很少,所花費(fèi)成本會十分少,并且成效也十分好。(3)能夠處置一些外形比較繁瑣的物體。

        2.5電鍍法

        在工業(yè)當(dāng)中有非常多的領(lǐng)域都會運(yùn)用到電鍍法,特別是在金屬裝飾與制備特殊合金層面。它與其他表層的處置形式是不相同的,而且電鍍法對于物體本身的物理化學(xué)性質(zhì)還擁有一些別的需求。其要求物體一定要擁有平整的表面,不然鍍層就會不均勻。其還需要物體表面一定不可以生銹,要是擁有銹跡那么就不能產(chǎn)生非常好的效果。到現(xiàn)在為止,進(jìn)展比較完善的有鍍銅與鍍鋅等工藝。而且還產(chǎn)生了很多新的工藝,促進(jìn)了電鍍技術(shù)的多種多樣,而且還拓展了它的運(yùn)用范疇。

        2.6化學(xué)轉(zhuǎn)化膜技術(shù)

        化學(xué)轉(zhuǎn)化膜說的是在金屬的表層上面抹上一層介質(zhì),這種介質(zhì)當(dāng)中的陰離子可以和金屬原子一起產(chǎn)生反應(yīng),進(jìn)而會產(chǎn)生一層化學(xué)反應(yīng)膜,這樣就實(shí)現(xiàn)了涂層的目的。所產(chǎn)生的化學(xué)膜涂層通常會擁有十分好的絕緣特性,所以這一技術(shù)通常會運(yùn)用到絕緣原料的制作工藝當(dāng)中,而且它也能夠來用于涂裝的底層,擁有十分高的運(yùn)用價(jià)值。

        2.7表面擴(kuò)散滲入技術(shù)

        表面擴(kuò)散滲入技術(shù)是把物體放到有關(guān)的介質(zhì)當(dāng)中,經(jīng)過介質(zhì)當(dāng)中的金屬或者是非金屬往介質(zhì)當(dāng)中滲入實(shí)現(xiàn)涂層目的的技藝。表面滲透技術(shù)與電鍍、熱噴涂等其他技術(shù)不一樣,它不是把元素遮蓋到物體的表面上,而是讓元素直接滲入到物體里面,使用這樣的方法得到的新物體,滲透元素與之前物體之間的融合是沒有分層的,鍍層與基體間的融合度也會更加好。下面簡單說y表面滲碳與表面滲氮這兩個(gè)技術(shù)的應(yīng)用。

        2.7.1滲碳技術(shù)

        滲碳技術(shù)是把物體放到滲碳介質(zhì)當(dāng)中,然后對它加熱,拿出之后通過淬火與低溫回火,把碳滲透到物體里面,來加強(qiáng)物體表層強(qiáng)度、耐磨度和內(nèi)部韌度,以此來增長物體的運(yùn)用時(shí)間與運(yùn)用強(qiáng)度。

        2.7.2滲氮技術(shù)

        滲氮技術(shù)是把氮元素滲透到物體里面,產(chǎn)生物體高硬度與高耐磨性的性質(zhì)。這種技術(shù)重點(diǎn)是把氮滲透到特定鋼上面,而且需要的時(shí)間比較長,所以這種技術(shù)的使用不是很普遍。

        2.8化學(xué)氣相沉積法

        化學(xué)氣相沉積法是獲得固態(tài)薄膜鍍層十分有用的一個(gè)手段,它是經(jīng)過氣態(tài)的物質(zhì)在物體表層產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)并且沉積到物體表面上產(chǎn)生的一種涂層技藝。這種方法獲得的固態(tài)薄膜擁有非常高的純度,它是制造這種類型鍍層最普遍的一種方法。

        但是,這樣方法還有不足的地方,比如它對于溫度的需求非常高,當(dāng)時(shí)過于高的溫度又容易致使零件物理性質(zhì)上產(chǎn)生轉(zhuǎn)變,減少了物體自身的工作性能。

        3結(jié)語

        跟隨社會經(jīng)濟(jì)與工業(yè)技術(shù)的快速進(jìn)展,化學(xué)原料的表面處置技術(shù)同樣也正向著全面化的層面所發(fā)展著。我們一定要準(zhǔn)確地意識到上面所說到的幾種表面處置方式,將它們成功并且正確地運(yùn)用到現(xiàn)實(shí)化學(xué)處理當(dāng)中。

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