表面金属化范文

表面金属化范文（精选9篇）

表面金属化 第1篇

层表面获得原位生长的氧化铝陶瓷, 陶瓷膜层通过铝-界面层与金属基体结合在一起, 实现金属基体表面耐蚀、绝缘等的使用要求, 最后经过水洗、烘干, 便获得金属-界面扩散层-铝-陶瓷的复合体系, 完成了对金属的表面改性处理。

通过以上处理便可以在金属表面获得金属-界面扩散层-铝-陶瓷组成的结构体系, 完成对一些金属基体的表面陶瓷化处理。其优点是通过熔钎焊的方式在金属基体表面附加铝堆焊层, 避免了母材的熔化, 消除了微弧氧化方法处理某些金属的限制, 使铝的微弧氧化工艺比较成熟、氧化铝陶与铝的结合力强等。由于微弧氧化是在铝的表面原位生成陶瓷, 可以使得膜层与基体结合牢固, 陶瓷膜致密均匀。

联系人:张洪涛

地址:山东省威海市文化西路2号哈尔滨工业大学

金属表面处理技术简介教案 第2篇

【课题编号】

22-11.1 【课题名称】

金属表面处理技术简介 【教材版本】

郁兆昌主编．中等职业教育国家规划教材—金属工艺学（工程技术类）．第2版．北京：高等教育出版社，2006 【教学目标与要求】

一、知识目标

了解金属表面强化处理、防腐处理、装饰处理的方法。

二、能力目标

了解并能初步选用常用的表面防腐处理方法。

三、素质目标

了解金属表面强化、表面防腐、表面装饰方法，能初步选用防腐处理方法对零件进行防腐。

四、教学要求

一般了解金属表面强化、金属表面强化处理；初步了解金属表面装饰处理。【教学重点】

金属表面强化处理、表面防腐处理。【难点分析】

金属的腐蚀和表面防腐处理。【分析学生】

1．具有学习的知识基础。2．具有学习的能力基础。

3．金属表面处理可使普通金属材料制造的机件提高多种表面性能，从而节约贵重材料。金属防腐每年能节约大量费用，据统计，工业发达国家每年因腐蚀造成维修或更换产品的费用，约占国民收入的5%。金属防腐处理具有重要的意义。【教学设计思路】

教学方法：讲练法、演示法、讨论法、归纳法。【教学资源】

1．郁兆昌，潘展，高楷模研编制作．金属工艺学网络课程．北京：高等教育出版社，2005 2．郁兆昌主编．金属工艺学教学参考书（附助学光盘）．北京：高等教育出版社，2005 【教学安排】

22-1 2学时（90分钟）

教学步骤：讲授与演示交叉进行、讲授中穿插练习与设问，穿插讨论，最后进行归纳。【教学过程】

一、复习旧课（15分钟）1．简述

常用工程塑料、复合材料的名称、用途。2．讲评作业批改情况； 3．提问：

题10-2；10-9。

二、导入新课

通过表面处理，可使一些普通金属材料制造的机件提高表面强度、硬度、耐磨性、耐蚀性、耐热性、疲劳强度等性能，从而节约贵重材料，增加寿命、降低成本。特别是高新技术的应用，使金属表面处理方法有广泛的应用和发展前景。

三、新课教学（70分钟）

1．金属表面强化处理（15分钟）

教师讲授金属表面覆盖层强化、化学热处理强化、冶金强化、相变强化、形变强化、复合强化。演示网络课程chapter11内容说明，物理气相沉积、激光淬火、喷丸照片。

学生课堂练习：题11-1。教师巡回指导、设问、提问；学生回答、讨论；教师讲评。2．金属表面防腐处理（35分钟）

教师讲授金属的腐蚀、金属防腐的途径和方法。演示网络课程中电镀、零件局部表面电镀，机器人喷漆镀等照片。

学生课堂练习：题11-2；11-3；11-4；11-6；11-7。教师巡回指导、设问、提问；学生回答、讨论；教师讲评。

3． 金属表面装饰处理（10分钟）

教师讲授表面抛光、表面着色、光亮装饰镀和美术装饰漆膜。演示网络课程中细小零件滚筒抛光照片。

学生课堂练习：题11-11。教师巡回指导、设问、提问；学生回答、讨论；教师讲评。4． 金属表面处理新技术（10分钟）教师讲授金属表面非晶态处理等新技术。

学生课堂练习：题11-12。教师巡回指导、设问、提问；学生回答、讨论；教师讲评。

四、小结（5分钟）

简述金属防腐的途径与方法。

五、作业布置 1．习题：

题11-5；题11-9。2．思考题：

题11-8；题11-10。

22-2 【板书设计】

参考相应的PPT文集。【教学后记】

表面金属化 第3篇

摘 要：金属零部件加工过程中影响表面质量的因数是非常复杂的，为获得要求的表面质量，就必须对加工方法，切削参数进行适当的控制。研究机械加工表面质量的目的就是为了掌握机械加工中各种工艺因素对加工表面质量影响的规律，以便运用这些规律来控制加工过程，最终达到改善表面质量、提高产品使用性能的目的。

关键词：表面质量;影响因素;强化处理

在机械制造业中，零件加工质量的优劣可直接影响其使用性能及耐久性，对零件具有重要意义。唯有符合质量标准的零件才能满足机械设备的运作需求，所以，分析机械加工零件所面临的因素及探讨出具有针对性的措施是尤为重要的，不断加强机械加工零件表面的质量控制及引进先进技术，才能确保零件加工质量，推动机械制造行业的发展。控制质量表面常会增加加工成本，影响加工效率，所以对于一般的零件宜用正常的加工工艺保证表面质量，不必提出过高的要求。对于一些直接影响产品性能、寿命和安全的重要性的表面就要加以控制。

1.零部件表面质量的重要性

实践证明，不同材料的机械零部件经机器设备加工后，其表面的完整度不可能完全达到预期作业效果，难以绝对理想化。经观察与研究，加工后的零部件，其表面多少总会具有不同程度的微观结构变化、表面难以十全平整，仪器检测下，可观察到零部件表面存在波度，以上几何差异甚至改变原材料经加工为零部件后表面层的物理性能，这就不得不引起机械制造业的重视。零部件经加工完毕后，其表面经肉眼看上去似乎光滑鲜亮，但于仪器检测下，其结果表现为“裂缝、波纹”，这些不同程度的物理缺陷于一定程度上影响了零部件自身的耐久性，甚至对其在转运过程中造成负面影响，大大缩短了零部件的使用寿命。随我国科技与经济的高速发展，机械制造业的现代化发展也随之加快，投入到行业发展中的各类精密仪器均离不开零部件的支持，但零件表面质量的优劣是影响精密仪器的关键因素，应如何使零件表面质量达到作业标准已成为机械制造业当前研究课题。管理人员需在机械零件制造中严把流程，全面分析影响质量的因素，且有针对性地探讨出对策，方可确保机械零件表面的质量，才能从根本上确保精密仪器的质量及其使用寿命。

2.影响机械加工零件表面质量的因素

2.1机械加工过程的影响

零件表面粗糙度直接影响零件的质量，影响机械加工零件表面粗糙度的因素主要是材料的性质和切削用量。材料的性质直接影响机械加工零件的质量，零件的材料如果是塑性材料，在刀具加工过程中难免会造成塑性变形，再加上刀具切削与零件分离的撕裂作用，将会增加零件表面的粗糙度。零件的材料韧性越好，金属的塑性变形越大，导致零件的表面就会越粗糙。如果零件的材料为脆性材料;材料的切削过程会呈现为断续的碎粒状，这样切削的过程中也会增加零件表面的粗糙度。机械加工过程中的切削用量也会影响零件的表面粗糙度，脆性材料的加工过程对切削速度要求不高，在加工塑性材料时，切削的深度较小时将会增加表面粗糙度。零件的磨削加工也会影响零件的表面粗糙度，磨削加工对于零件表面粗糙度的影响是受几何因素和零件表面金属的塑性变形影响的。

2.2物理机械性能的影响

零件表面的物理机械性能作为零件表面质量的重要组成部分，在零件的表面质量中占据十分重要的位置。影响机械加工零件物理机械性能的因素有很多，严重影响了零件的表面质量。一方面，一些因素导致了零件表面冷作硬化。零件切削速度和切削刀具如果使用不当将会影响零件表面层的冷作硬化。材料的冷作硬化变强将会影响零件的正常使用，进而影响材料的性能。另一方面，一些因素影响了零件表面材料的组织结构。机械加工材料在加工过程中，当被加工零件的表面温度达到一定程度时，表面的金属会发生金相组织的变化，导致零件表层金属的强度和硬度降低，甚至会出现一定的裂纹，被称为磨削烧伤。另外在机械加工零件加工时会产生表面层的残余应力，零件在切削过程中会造成塑性变形，导致零件表面的金属比容增加，这时体积会有所

膨胀。

3.零部件加工表面质量的控制对策

3.1规范工艺流程且合理切削

目前，具有针对性地制定科学化工艺流程及提高切削的合理度被视为确保机械加工零件表面质量的首要前提，起着决定性作用。机械加工零件需以科学且合理的工艺流程作为作业依据。工艺流程的制定，需同时满足准确性、可靠性及科学性等，且为作业确定定位与设计基准，唯有做好上述工作内容才能确保零件表面在加工过程中获取高质量。针对切削，建议选用符合作业标准的刀具，且运用正确的切削角度、速度提高切削作业的规范性，由此可降低零件表面不平整的程度，提高了零件表面的光滑度，确保其质量尽可能达标。

3.2 采用先进的加工技术

先进技术针对机械加工零件出现的原始误差具有干预作用，为原始误差选择具有针对性的预防技术与补偿技术可有效提高零件加工质量，对降低零件加工的原始误差具有积极作用。因此，引进先进的机械设备以及选用科学且合理的加工方法，是确保零件加工质量达标的有效渠道。先进的技术利于强化加工制造能力，从源头上减小原始误差对零件加工加工质量的影响。实践工作中，可将原始误差通过均始化予以转移，从而有针对性地降低原始误差对机械加工零件表面质量的影响。加之采用先进的制造技术预防、减小加工过程中所产生的原始误差，达到降低原始误差值的目的，进而提高了零件的加工质量。

4.结束语

在机械制造业中，零件加工质量的优劣可直接影响其使用性能及耐久性，对零件具有重要意义。唯有符合质量标准的零件才能满足机械设备的运作需求，所以，分析机械加工零件所面临的因素及探讨出具有针对性的措施是尤为重要的，不断加强机械加工零件表面的质量控制及引进先进技术，才能确保零件加工质量，推动机械制造行业的发展。

参考文献：

[1]丁延松.影响机械加工表面质量的因素[J].技术与市场，2013

表面金属化 第4篇

InAs是一种窄带隙化合物半导体材料, 适用于制造高速、红外探测器以及激光器[1]。与GaAs (001) 表面重构的复杂属性相比, 发生在InAs (001) 静态表面上的重构相对比较简单, 富As时表面呈As稳定的 (2×4) 结构, As不足量时则呈In稳定的 (4×2) 结构[2,4,5,6,7,8,9,10], 并且 (2×4) 与 (4×2) 之间的相变是一阶的[1]。蒙特卡罗模拟指出当表面元素之间的横向相互作用足够强时就会发生一阶转变, 这种简单的情形使得InAs (001) 表面成为采用STM研究表面相变微观机理的候选。实验中, 这些重构间的转变常作为温度和V族束流的函数而发生[3]。

GaAs表面重构的分析已采用MBE及STM等技术做了较充分的研究[2,11,12], 几种主要的表面重构模型已通过实验测量提出并运用理论计算进行了验证。到目前为止STM仍然是确定表面重构的主要技术[1]。虽然InAs表面结构的静态属性已有较详细的论述, 但不同表面结构间的动态属性还没有得到广泛关注[2]。当前MBE技术不仅能制造出干净平整的样品表面, 还可获得调制表面构成时相变的重要信息[2,3]。在UHV中控制样品生长温度及各源束流强度可以生长出高质量掺杂半导体薄膜材料。与MBE相配套的RHEED (反射式高能电子衍射) 可以实时监控样品表面的生长状况, 从而改进生长工艺、优化生长参数[13]。

本实验利用MBE及STM技术对InAs (001) 样品的生长、监控和表征做了初步的研究, 并结合软件模拟探讨了样品表面重构的转变, 揭示了低As压下样品表面金属化的转变特征。

1 实验

实验在固源超高真空MBE和LT-STM联合设备上进行。系统背景真空可达10-9Pa, 样品采用比GaAs基片软的直接外延型InAs (001) 作为基片。用束流监控器 (Beam flux monitor, BFM) 对In、As源做了束流等效压强 (Beam equivalent pressure, BEP) 随源温变化的校准。通过测定样品各重构相在不同As4束流等效压下对应的转变温度 (实际温度) 与标称温度 (热偶读数) 间的关系校准了衬底温度[3,14]。通过MBE腔体上安装的Staib RH20型RHEED衍射仪实时监控样品的生长状况并确定脱氧点温度, InAs基片的脱氧点约为505℃。采用RHEED强度振荡测量样品的生长速率[11]。生长InAs时, 衬底温度为475℃, As坩埚温度为360℃, In源890℃, Ⅴ族 (As) 和Ⅲ族 (In) 的束流等效气压比约为30, Si源1150℃ (用于N型掺杂, ND=1.49×1018/cm3, 获得导电样品, 便于STM观测) 。生长30min后, 于485℃升温退火15min, 又于450℃降温退火15min, 生长完成。开始降温淬火, 逐渐降低衬底温度并在395℃时完全关闭As阀挡板, 抽取样品表面多余的As颗粒约30min后迅速降至室温, 然后移送至STM真空腔扫描室中进行室温STM扫描观测。完成后, 将样品传回MBE样品加热台, 在As4压为1.2×10-3Pa时逐渐升高衬底温度, 在升温过程中通过RHEED发现样品表面逐渐出现了重构相的转变, RHEED衍射图形出现了3×迹象, 降温退火处理后送入STM扫描室中观测样品的混合相表面特征。

2 结果与讨论

RHEED振荡测出了InAs的生长速率。相邻两波峰的时间间隔对应一个单层生长周期, 由图1可知, InAs的生长速率GR=0.24ML/s (单层/秒) , 生长30min后得到的InAs层厚度约为0.12μm。保持较高的Ⅴ/Ⅲ束流比可维持富As的InAs生长环境, RHEED振荡曲线图反映出样品表面生长良好, 以2D成核方式逐层生长, RHEED强度的递减是因为样品下面一层还未被完全生长覆盖就已经开始在上面层中局部区域生长新层, 造成原子级镜面暂时破坏, 振荡强度减弱。关闭In阀后, In原子在表面迅速迁移在新成核位置与As原子结合最终达到热力学平衡。RHEED振荡逐渐增强, 表明样品表面又逐渐恢复为原子级平坦的表面[11]。

完成生长后分别经升温和降温退火, 可使样品表面成型并保持相对稳定。其中, 适当升温可以增加原子在表面迁移运动所需的能量, 增强样品的表面平坦度[12];然后再降温处理, 可冻结固化所形成的表面和界面, 这在半导体器件制造中也具有重要意义。退火后拍摄到一组RHEED衍射图 (如图2所示) 。实验中所用的RHEED, 电压为15kV, 电流为1.5A, 电子束掠射角约为3°, 发射出的高能平行电子束与样品表面相互作用而产生衍射图像, 可以反映出样品表面粗糙度、重构相等情况, 并对样品的生长不会产生任何影响。因此可以实时监控样品生长, 它是进行MBE研究工作中非常重要的必备工具[15]。图2 (a) 的[110]晶向和图2 (c) 的undefined晶向上出现了圆弧状排列的衍射点及分数级的条纹, 表明表面出现了原子级周期性排列的重构现象[16]。其中, 图2 (a) [110]方向为2×结构, 图undefined方向为4×结构, 图2 (b) 中[100]方向是较弱的1×结构, 即表面为典型的 (2×4) 结构。RHEED衍射图像条纹清晰, 斑点明显, 样品表面状况良好, 应为原子级平坦的表面。

完成生长后, 样品在MBE真空腔中淬火并于395℃完全关闭As阀, 抽As 30min进一步通过离子泵抽取掉样品表面吸附的过多残余As4等大颗粒, 以降低对STM扫描成像时的影响。随后降至室温, 迅速将InAs样品送至与MBE相连的超高真空STM扫描室中进行原位扫描观测。实验前已预先安装了采用电化学腐蚀[111]晶向单晶钨丝的方法制得的探针, 该探针经过常规清洗并在STM真空腔中采用内置高压电子束轰击清洗装置进行了清洗。探针经粗接近和自动接近后开始样品扫描。采用恒流模式 (电流为80～150pA) , 获得了样品表面一系列不同尺度特征的STM图。图3 (a) 为110nm×105nm图像, 图中含有较多散列分布的小坑, 约占40%, 此外表面原子行沿undefined方向整齐排列;图3 (b) 为对应于图3 (a) 中某局部放大图像, 更加清晰地显示出表面原子排列, 表面原子行的重构特点非常类似于GaAs的β2 (2×4) 重构模型。富As的InAs (001) 表面 (2×4) 结构主要由β2 (2×4) 构成, 此外还可能含有少量的α2 (2×4) 结构, 在相关的文献[1,5,7,8,11]已用第一性原理、密度泛函理论、能量最低原理及ECM等理论作了合理的解释。图3 (b) 中的小插图是β2 (2×4) 球棍模型, 其最上层有2个As-As dimer, 下面第三层又有一个As-As dimer。图3 (b) 反映出整个样品表面的原子 (包括一些未完全覆盖的小坑中的原子) 都相对规则地沿undefined方向呈平行的线状排列。

扫描完成后将InAs样品传回MBE腔体中, 在As压为1.2×10-3Pa时, 逐渐提升衬底温度, 结果发现RHEED衍射图像出现了 (2×4) → (3×1) 相的转变, 其中[110]方向的2×转变成了undefined方向的4×变得越来越弱, 接近1×。如图4所示, 实验过程中拍得衬底温度为460℃时的衍射图像, 图4 (a) [110]方向与图2 (a) 相比, 由2×变成了3×;图4 (c) 与图2 (c) 相比则4×变得很弱, 接近1×;图4 (b) 仍为1×, 即样品表面此时转变成了3×1结构。根据前面的论述猜测这种表面结构可能是 (2×4) → (4×2) 相之间的一个过渡混合相。将样品退火处理后降至室温再送入STM扫描室, 扫描了此时样品的表面特征。

图5 (a) 中用A表示沿undefined方向平行排列的区域, 即与图3中的 (2×4) 类似, B区域沿[110]方向排列, 类似于 (4×2) 表面结构[4,6,17], 在顶层覆盖了表面大部分并围绕着A区域。A区域原子行的排列方向与B区相互垂直, B区上下两层各有一层A区域结构, 表明 (2×4) 层和 (4×2) 层相互间隔。图5 (c) 另一扫描区域更清晰地显示了这两种重构原子行相互垂直的结构, 还可看到B区表面一些零散分布的岛状成核区及孤立的原子团。岛状结构仍为A区, 原子行沿undefined方向平行排列, 零散的呈片状分布。图5 (b) 中的M曲线测出了对应于图5 (a) 中顶层A区与B区交界处表面高度随位置关系的Line profile曲线, 曲线指出表面高度的平均变化范围 (峰与谷间的高度差) 约为0.3nm, 即1ML (单层) 。In-As键的强度通常比Ga-As键的强度小, 因此, 在As压不足的情况下, 随着衬底温度的升高In-As键容易断裂, As原子会从样品表面偏析出来, 导致富As的 (2×4) 表面开始消失, 逐渐形成富In的 (4×2) 金属表面。

为模拟样品表面重构情况的特点, 采用IDL软件, 依据已经提出的 (4×2) 和 (2×4) 球棍模型[4,5,6,11] (图6) , 设置好相应的参数, 编程获得了计算机模拟衍射图像 (图7) 。如图6所示, (2×4) 结构模型即图3 (b) 小插图中提到的β2 (2×4) , (4×2) 结构模型与β2 (2×4) 结构相似, 最表层只有1个In-In dimer, 下面第三层有2个In-In dimer。这两种重构模型的dimer行在[110]和undefined两个方向上是相互垂直的, 如图5中的STM图像所示。

依据反射式高能电子衍射仪的工作原理, 将图6中的 (4×2) 和 (2×4) 结构模型分别以1∶9→9∶1的比例混合得到一系列的模拟衍射图像, 发现当两者比例为8∶2和9∶1时模拟衍射图像与图4中InAs样品表面衍射图像接近, 即 (4×2) 结构在样品表面中占据了80%～90%。这也说明样品表面已大部分是富In表面的 (4×2) 结构, 即表面已经大部分金属化了。模拟衍射结果如图7所示, 图7 (a) — (c) 分别对应于[110]、[100]和undefined个方向的模拟衍射图 (与图4相对应) , 以图7 (a) 中左侧大圆弧所在位置为基准, 图7的3张模拟图像分别对应于3×、1×和1×, 即 (3×1) 结构。模拟结果与图4的RHEED衍射图像结果一致, 与图5中STM表面重构特征相符, 富In的 (4×2) 占据大部分表面, 多达90%, InAs样品表面确实已大部分由 (2×4) 转变为 (4×2) 结构, 表面已经金属化。图8为RHEED的工作原理图。

3 结论

表面纳米化对金属材料耐磨性的影响 第5篇

结构材料中许多失效(如磨损、疲劳等)均与材料表面结构和性能密切相关。在大多数服役环境下,材料的失稳多始于表面,如果能在材料上制备出一定厚度的纳米结构表层,就可以通过表面组织和性能的优化来提高材料的整体性能和服役行为[1]。基于此,20世纪末中科院金属所卢柯研究组提出了“表面纳米化”(Surface nanocrystallization)的概念[2],该项技术既着眼于当前的科技水平又面向实际工程应用,为采用纳米技术提高金属材料的性能和延长使用寿命提供了一条切实可行的途径。

表面纳米化技术和表面纳米化材料有许多独特之处[3],首先,表面纳米化采用常规表面处理方法即可实现,在工业应用上没有明显的技术限制;其次,表面纳米晶组织与基体组织之间无明显界面,不会发生剥层和分离;再次,表面纳米化既适用于材料的整体,又适用于局部的表面改性。

摩擦磨损性能是材料的重要使用性能之一。材料的磨损起源于表面,表面纳米化技术不仅能避开制备块体纳米材料的困难[4],而且能够明显改善材料的表面摩擦磨损性能,从而在很大程度上促进纳米技术的实用化、工业化以及规模化[5]。近年来,随着表面纳米化技术的不断发展,应用表面纳米化提高金属耐磨性日益受到研究者的高度关注和重视,诸多研究成果相继报道,其中以中科院金属所的研究工作为主,另外还有香港理工大学、法国Troyes技术大学、西安交通大学、西安理工大学等。本文结合最近几年应用表面纳米化技术提高金属耐磨性取得的研究成果,综述了表面纳米化对金属材料耐磨性的影响。

1 表面纳米化方法与原理

在块体材料表面获得纳米结构表层主要有3种基本方式[3]:表面涂层或沉积、表面自身纳米化和混合纳米化(如图1所示)。其中表面自身纳米化技术(图1(b))由于所制备的纳米层的化学成分与基体相同,不存在界面污染、孔洞等缺陷,同时纳米层和基体之间结合紧密,不易脱落,从而更具有开发应用的潜力和前景。其原理是通过外加载荷重复作用于材料表面,使材料表面粗晶组织产生不同方向的强烈塑性变形,引入大量的非平衡缺陷和界面,使常规粗大晶粒逐渐细化至纳米量级。

实现表面自身纳米化主要有2种方法,即表面机械加工处理法和非平衡热力学法。其中表面机械加工处理法(图2)[6,7]在工业应用中不存在明显的技术障碍,并且处理后材料的组织沿厚度方向呈梯度变化,在使用过程中不会发生剥层和分离,因而更具开发应用潜力,目前的研究也多数集中于由该方法导致的表面自身纳米化。表面机械加工处理法主要有表面机械研磨(SMAT)、高能喷丸(HESP)以及超音速微粒轰击(SFPB)等。

2 表面纳米化影响耐磨性的因素

表面纳米化改变了材料表面的组织和结构,从而改变了材料表面的摩擦磨损行为。王镇波等[8,9]认为表面纳米化从两个方面影响材料的摩擦磨损行为:一方面是因为纳米表层具有较高的强度和硬度,磨粒压入表层的深度小,在摩擦磨损试验中配副相对样品表面运动的阻力较小,所以表面纳米化样品的摩擦系数及磨粒磨损所造成的磨损量都比未处理样品的小;另一方面是因为表面纳米晶组织能有效抑制裂纹的萌生,而心部的粗晶组织又可以阻止裂纹的扩展,因此在相同载荷下,表面纳米化样品较未处理样品更难于发生疲劳磨损。

但不能简单地认为表面纳米化后材料的耐磨性一定会提高,材料的摩擦磨损行为主要取决于纳米结构表层的厚度和表面粗糙度,也与载荷有关[3]。纳米晶的存在可以改善材料表面的耐磨性,厚的纳米层对提高耐磨性有利,但要得到厚的纳米层往往会增大表面粗糙度或引入更多的累积损伤。在中低载荷下,粗糙度过大将会抵消纳米化的作用,甚至会降低材料的耐磨性;在高载荷下,粗糙度的影响不大,故在高载荷下增加纳米结构表层的厚度将有助于提高材料的耐磨性。另外,如果是在润滑情况下,由于纳米表面具有较高的表面活性而容易吸附油膜,故对提高耐磨性有利[10]。

对于旨在提高材料表面耐磨性的表面处理工艺中,应尽可能地增加纳米结构表层的厚度,同时应控制材料表面的粗糙度。

3 应用表面纳米化技术改善金属耐磨性

近10年来,随着表面纳米化技术的提出并快速发展,近几年国内外的研究者已应用表面纳米化技术在钢[11]、铁[12]、铜[13]、钛[14]、镁[15]、锆[16]等多种金属和合金材料表面制备出纳米层,并实现了材料耐磨性的大幅提高。

早在2001年,王镇波等[8,9]通过表面机械研磨(SMAT)处理,在低碳钢表面形成了厚度约为20μm的纳米晶组织层(图3),纳米晶粒平均尺寸为10～20nm,降低了低碳钢在中低载荷下干摩擦(室温、无润滑)的磨损量(图4),并明显降低了摩擦系数(图5),大大改善了低碳钢的耐磨性。并且发现,随着载荷的增大,表面纳米化低碳钢的主要磨损机制从磨粒磨损转变为疲劳磨损,表面纳米化有助于减弱低碳钢表面的疲劳磨损效应。2006年,王镇波等[17]又对表面纳米化低碳钢进行表面渗铬处理,获得了优异的耐磨性能。王长顺等[18]也通过SMAT制备了厚度约为40μm的低碳钢表面纳米晶层,低碳钢的耐磨性得到提高,并初步提出了表面粗糙度因素的影响(图6)。

严伟林等[19]采用传统喷丸技术,在高锰钢磨料表面制备出纳米结构表层,在软磨料磨损条件下,高锰钢耐磨性明显提高,尤其喷丸30min后的高锰钢耐磨性更是提高了72%(图7),但喷丸时间过长的高锰钢由于产生了微裂纹而导致耐磨性下降。另外,未喷丸处理的高锰钢主要为微观切削磨损,而表面纳米化高锰钢主要为疲劳剥落导致的磨损,说明表面纳米化处理通过改变磨损机理提高了金属的耐磨性。

葛利玲等[20]采用超音速微粒轰击(SFPB)技术对40Cr调质钢进行表面处理后,形成了随机取向的铁素体和渗碳体纳米晶粒,晶粒尺寸达10nm,纳米层厚度约为40μm。经SFPB处理后40Cr钢的摩擦系数降低(图8),磨损量明显减少(表1),耐磨性提高。

Tao等[21]通过SMAT处理在Fe表面得到了无孔洞、无污染的纳米表层,与未处理的Fe相比,摩擦系数降低,耐磨性提高(图9)。

韩忠等[4,22,23,24]采用SMAT方法在纯铜表面成功地制备出厚度约为25μm的纳米晶层,最表层晶粒尺寸约为10nm。他们研究了Cu纳米晶表层在室温条件下的滑动及微动摩擦磨损性能,发现在滑动干摩擦条件下Cu纳米晶表层摩擦磨损性能明显优于普通粗晶Cu,而对于微动摩擦,Cu纳米晶表层磨损量明显低于粗晶Cu。在干摩擦条件下,Cu纳米晶表层摩擦系数低于粗晶Cu(图10),在油润滑条件下,Cu纳米晶表层摩擦系数高于粗晶Cu(图11),这主要是Cu纳米晶表层的高硬度导致油膜破坏引起金属之间局部直接接触造成的。

Sun等[25]同样采用SMAT技术对AZ91D镁合金进行了表面纳米化处理,得到了尺寸约为30nm的纳米表层,在干滑动摩擦条件下,表面纳米化AZ91D镁合金表现出比传统粗晶镁合金更优异的耐磨性(图12)。

罗荣等[26]采用阳极氧化法在纯钛表面制备出TiO2纳米管层,发现在干摩擦条件下钛表面纳米管的存在降低了材料的摩擦系数,减小了磨损,并提出钛表面纳米管层的磨损机制为磨粒磨损、疲劳磨损和黏着磨损,磨损过程中对磨件也产生了材料转移,氧化腐蚀磨损也同时产生。

近来,本课题组应用超音速微粒轰击(SFPB)技术在TA15钛合金表面制备出纳米级超细晶(图13),并对表面纳米化钛合金的耐磨性展开了研究。

4 结语

总体来说,表面纳米化影响材料耐磨性的研究还处于起步阶段,要想实现工业应用还需要解决一些重要问题,如表面纳米化工艺及参数对材料摩擦磨损行为的影响、纳米化影响耐磨性的微观机理、纳米层组织与摩擦磨损性能的关系等。

表面金属化 第6篇

1 塑料表面金属化的现状

1.1 塑料表面金属化的优点

物理气相沉积、化学气相沉积、真空溅射是塑料表面金属化的主要方法。化学镀也叫无电解镀, 是在没有外力电流的情况下, 根据氧化还原反应原理, 借助适合的还原剂把溶液中的金属离子还原成金属后沉积到塑料表面的方法。化学镀是一种新型的表面金属化处理技术, 其成本低、节能、环保、工艺过程简单逐渐受到人们的重视。塑料进行表面金属化处理技术后, 不仅加强了塑料的耐磨、耐蚀、传热性等, 还对塑料起到装饰作用。尤为关键的是, 只有通过金属化处理, 塑料才具备金属的导电性能与金属外观, 可以替代某些重要金属。[2]塑料的表面金属化所具有的优点, 从而受到广泛的关注, 取得了飞速的发展。

1.2 塑料表面金属化的局限

塑料表面金属化有着许多优点, 但塑料自身的属性决定表面很难被金属化, 主要有以下几个方面的问题:1) 塑料粗糙度小, 表面非常光滑, 所以金属镀层和塑料的表面两者的黏力较弱;2) 塑料的表面和水两者间的接触角都大于九十度, 有明显的憎水性, 塑料表面缺少与金属相结合的极性基团, 很难形成金属镀层。

2 塑料表面金属化的处理方法

当前, 塑料表面金属化的处理方法主要有化学法与物理法, 化学包含超声波处理法、表面改性法、光处理法、等离子处理法等, 通过化学处理后塑料的表面从憎水性转变为亲水性, 产生较好的镀层效果, 但是使用化学法对塑料的表面进行金属化处理对实验条件、环境、仪器都有较高的要求, 因此没有被广泛应用。物理方法是采取机械粗化法, 其中环节由喷丸与喷砂来完成, 但是塑料基板和金属镀层没有形成较强的机械性结合力, 因此并没有达到较好的镀层效果。

化学微蚀法属于微湿法, 化学微蚀法有着成本低、效果显著、操作简单, 广泛应用在工业生产上。塑料表面进行化学微蚀后, 基板的表面会形成孔径, 孔径增大了镀层和基板表面的接触面, 能够使镀层积淀从而产生“锁扣效应”, 利于增强基板和金属镀层的接合力。化学微蚀法不仅可以改变塑料基板的外表形态, 也改变了基板的表面功能, 确保塑料基板与金属镀层的热力学相匹配, 亦提高了基板和镀层的结合度。

塑料表面的处理效果的好坏会影响到镀层的均匀性、完整性, 所以塑料的表面处理在塑料表面金属化的前期至关重要。中和、膨润、除油、微蚀是塑料表面处理的四个主要环节, 其中微蚀是不可缺少的步骤。塑料的表面在进行合理的微蚀处理之后, 塑料表面的化学性质与物理性质有显著的变化, 主要体现在:塑料进行微蚀处理后外表形态呈现出不同以往的变化, 增大塑料表面的粗糙度。

现在, 化学微蚀法常用的微蚀体系有以下几种:

两酮/水体系, KMn04/0H体系, Cr03/H2S04体系,

应用范围最广泛的是Cr03/H2S04体系。

3 PI、PC、ABS的研究现状

3.1 PC表面进行微蚀的研究分析

PC是一种在分子链含有碳酸酯基的高分子聚合物, 通透度极强的热塑性工程塑料。当前, 只有芳香族聚碳酸酯得到工业化生产。PC具有阻燃性、耐热性、抗撞击性, 在电子电器的生产中必不可少, 广泛应用在电视机、收录机、计算机。

PC的表面金属化, 不仅克服耐疲劳性差、耐磨性差等缺点, 也增加了其他性能, 极大的扩宽应用范围。经过表面金属化的PC不单单是应用在U盘、手机、笔记本等电子产品的外壳, 在电波发射体、高频电器屏蔽等高端产品也逐步应用。由于PC基板表面异常光滑, 所以为了提高PC基板表面和镀层两者的粘结性能, PC基板基本采取离子蚀刻法、湿法化学微蚀法与紫外光催化法进行处理, 使用较多的处理方法是等离子法, 等离子法有低温离子与高温离子。

3.2 ABS表面进行微蚀的研究分析

苯乙烯、丙烯腈、丁二烯三者合成ABS, 是二元相体系, 聚丁二烯为一相, 聚丙稀腈-苯乙烯为一相, 聚丁乙烯通过枝节分散在聚丙稀腈-苯乙稀相中。ABS工程塑料有着化学稳定性、绝缘性低、较好的韧性等优点, 因而广泛应用。当前ABS塑料的表面微蚀法有等离子处理、光处理法、表面改性法, 化学微蚀法广泛应用。在工业生产上对ABS塑料的表面微蚀采取Cr03/H2S04体系, 就是在酸性环境下将Cr O3强氧化性把ABS的表面氧化, 在基板的表面形成微孔, 从而增加金属表面的粗糙性[2]。

3.3 PI表面进行微蚀的研究分析

PI是一种在分子主链中含有亚胺环的聚合物, 是有二酐与二胺的化合物聚合而成。PI的分子中带有极稳定的芳杂环结果, 是其他分子材料不能替代的性能, 例如吸水性、耐水解性、抗辐射性、高强度性, 抗低温与抗高温特别明显。鉴于PI存在的良好性能, 在军事、汽车工业、精密仪器广泛应用。伴随着科技的飞速发展, PI在微电子工业生产中尤为广泛应用, 特别是超大规模的集成电路工业。PI分子也有其自身缺陷, 比如:PI薄膜质地硬、脆, 强度弱;PI薄膜和金属镀层的粘接性较差;难溶于有机溶剂。为了更好的适应现代工业发展的要求, 在保持PI原有性能的基础上, 需要改善PI自身的缺陷, 并增加新的性能。

有效的改善PI自身的缺陷, 可以使用紫外光照射法、等离子处理法、聚合物接枝法。上述处理方法可以一定限度的增加PI表面的粗糙性能, 从而改变PI表面的化学性, 极大增强PI表面的亲水性能。

4 结论

本文通过分析PI薄膜膨润、PC、ABS基板, 表面粗糙度、接触角与化学镀后表面与镀铜膜的粘黏强度, 取得适合PI薄膜、PC、ABS基板的表面处理方法。塑料进行金属化处理可以广泛地应用在建筑、汽车制造、医疗器械、电子等行业, 并会取得较好的经济效益。

摘要：当前在工程中常用的工程塑料有:聚酰亚胺 (PI) 、聚碳酸酯 (PC) 、聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 (ABS) , 其有着装饰性、耐冲击性、绝缘性等优势, 广泛地应用在机械设备、电子电器与航天航空领域。对PI、PC、ABS的表面进行金属化处理, 可以最大限度的保持功能, 并在此基础上扩大其使用功能。大多数对PI薄膜与ABS、PC基板的表面处理是通过铬酐-硫酸体系来实现, 但是使用该体系会导致严重的环境污染问题[1]。因此, 为了降低生产成本, 取得较好的经济效果, 减少环境污染, 改变传统的基板处理方法迫在眉睫。本文将对塑料基板表面处理方法作出探讨分析, 需求最佳的处理模式。

关键词：金属化,工程塑料基板处理,探讨分析

参考文献

[1]李丽波, 安茂忠.塑料表面金属化[J].金属与环保, 2012.

表面金属化 第7篇

金属腐蚀是金属与周围环境介质之间发生化学或电化学作用而引起的破坏或变质。它是悄悄自发进行的一种冶金的逆过程, 在人们生产实践和生活中是经常见到的一种现象, 给人类带来巨大的经济损失和社会危害。

首先, 金属腐蚀问题会造成巨大的经济损失。金属腐蚀给人类造成的危害和损失甚至超过风灾、火灾、水灾和地震等自然灾害的总和。有资料显示, 全世界每年由于腐蚀问题造成经济损失约占当年国民经济生产总值的, 但其中大约四分这一是可以通过改善防腐蚀措施来避免的。因腐蚀报废的钢铁高达总产量的三分之一, 其中约占百分之十的废品不能回收重炼, 这无论对资源或能源来说, 都是一个巨大的损失。

其次, 金属腐蚀问题会造成各种社会问题。腐蚀不仅大量吞噬钢材, 同时由于生产过程中的腐蚀造成设备的跑、冒、滴、漏, 不仅污染环境, 甚至着火、爆炸, 从而引起厂房、机器设备破坏, 酿成严重的事故, 危及人身安全。由此, 我们可以看到腐蚀防护问题的重要性, 钢铁材料经过发黑处理, 可快速形成整体颜色均匀一致的发黑膜, 发黑后工件经封闭液处理, 保护膜附着牢固、防腐性强, 可达到高抗蚀的目的。

2 常温无毒发黑液的研究配方初选

经过预先探索性试验, 初步确定配方为:硫酸铜、磷酸二氢锌、柠檬酸、偏钒酸钠、硝酸钠, 温度为室温 (约20度) 。以外观结果为检验指标, 通过正交实验确定配方中各组分的浓度范围。正交实验表如表1所示。

配方初选结果如表2所示:

由表2可知, 能形成发黑膜, 且外观较好的只有实验编号为3, 11, 18这三个实验。综合这3个实验的配方组分, 将初选配方定为:硫酸铜2g/L, 磷酸二氢锌7g/L、柠檬酸2g/L, 硝酸钠2g/L、硝酸钠3g/L, p H值为4, 温度为室温, 处理时间为出现完整发黑膜后再在发黑液中停留1min左右。

3 单因素实验结果与分析

以耐腐蚀性试验的结果为检验指标。在上述配方的基础, 采用只改变其中一种成分, 而其它成分不变的方法, 来研究该配方中不同成分对发黑膜性能的影响及其在发黑过程中的作用。

3.1 p H值对发黑膜性能的影响

发黑液配方为硫酸铜2g/L, 磷酸二氢锌7g/L、柠檬酸2g/L, 偏钒酸钠2g/L, 硝酸钠2 g/L, 温度为室温, 处理时间为出现完整发黑膜后继续再在发黑液中停留1 min左右。考察p H值对发黑膜的耐腐蚀性的影响。其实验结果如图1所示。

从实验结果可知:p H值对发黑的影响较大, 当p H值过低或过高时, 不能形成发黑膜或者形成的发黑膜质量十分差。p H值较低时, 如果氧化剂的浓度低, 只能形成一层红色的铜膜;如果氧化剂的浓度较高, 则形成的发黑膜附着非常差。p H值过高时磷酸根离子容易与金属离子反应生成沉淀。导致发黑液不能稳定的存在。由图1中可知, 当发黑液的p H值为4时, 发黑液能稳定存在, 且经发黑处理形成的发黑膜耐蚀性能较好。

3.2 正交优化实验结果与分析

通过单因素实验得到发黑液的配方为:硫酸铜2g/L、磷酸二氢锌6g/L、柠檬酸3g/L L、偏钒酸钠2g/L, 硝酸钠2g/L, p H值为4, 处理时间为出现完整发黑膜后再在停留1min左右。用硫酸铜点滴法检验用此发黑液处理的钢片的耐腐蚀性, 其结果为145s。

并确定正交实验中各组份的含量范围为:硫酸铜1~4g/L、磷酸二氢锌5~8g/L、柠檬酸1~4g/L、偏钒酸钠1~4g/L、硝酸钠1~4g/L。考虑p H值的变化对发黑反应影响大, 将p H值定为4, 处理时间为出现完整发黑膜后再在停留1min左右。

4 发黑液配方的优化

为进行一步提高发黑膜的耐腐蚀性, 在单因素实验的基础上进行正交优化实验。在单因素实验的确定的配方范围, 在工艺条件p H值为4, 处理时间为出现完整发黑膜后再在停留1min左右。以耐腐蚀性为考察指标, 利用L16 (45) 表进行4水平5因素的正交实验, 如表3。由正交实验得到发黑液的优化配方。最后在最优配方下, 通过实验得到最佳的发黑时间。

摘要：本文针对钢铁材料传统的发黑液毒性大、稳定性低, 所得发黑膜的耐腐蚀性差, 以及发黑工艺能耗高、工序繁多等问题, 通过对A3钢样片表面发黑膜的耐腐蚀试验和形貌分析, 研究了高温无毒发黑液的最佳配方和最佳工艺条件。

关键词：化学转化膜,无毒,发黑,正交优化

参考文献

[1]刘永辉, 张佩芬.金属腐蚀学原理[M].北京:航空工业出版社, 1993:20.

汽车金属摩擦表面再生技术剖析 第8篇

1.1 金属摩擦表面再生概念

金属摩擦表面再生这一词语的概念源自于前苏联军工的定向扩散技术,也叫做“金属自修复技术”。这项技术的核心是采用羟基硫酸镁、天然矿石、石棉类材料等制成修复剂(粉末制剂),添加到磨损的机械设备的润滑油中,以润滑油为载体,在摩擦表面高温高压的作用下,对磨损的表面进行自动修复,达到修复尺寸和改性处理的目的。这是苏联科学家从20世纪70年代开始研究,为提高和保障军事装备战斗能力开发的新技术。这项发明的重大意义在于它开启了金属摩擦表面自我修复的新纪元,这是第一代的金属摩擦表面再生技术。

“定向扩散技术”在苏联解体后,经乌克兰和俄罗斯科学家将其创新发展转化为民用技术,1997年发明了第一个专利技术,1998年诞生了第一代哈多(XADO)产品;1999年又有了第二代哈多(XADO)产品;上述两代产品均为粉末状态。2000年研制出的第三代哈多(XADO)产品,主要材料是用非石棉类矿物混合物替代了原来的蛇纹石,产品状态改为凝胶和润滑脂。到2001年,第四代哈多(XADO)产品问世,在修复的催化过程中,修复效果基本上在预定的控制范围内,在运动部件相互撞击的工况下,也同样有很好的修复效果。哈多在2005年研发的特殊汽车养护系列产品均含有金属摩擦表面再生剂,形成了众多金属摩擦表面修复技术系列产品和工艺过程,围绕哈多(XADO)产品已出现了拥有十二项国际发明专利的世界独创高科技技术。

1.2 我国对汽车金属摩擦表面再生技术的研究

1.2.1 摩擦表面再生技术的引进

北京埃勒维斯科技发展有限公司董事长兼总经理郭凤炜博士在苏联留学时接触到金属摩擦表面再生技术,注意到这项技术的重大意义,一直追踪着它的发展,经过不懈努力,于2000年将哈多再生修复剂产品引进我国,以摩圣作为商标推广应用,即“摩圣技术”。

摩擦表面再生技术不仅能使汽车“免拆维修”、改善摩擦副的配合,还有节省燃油、降低有害污染物的排放、减少噪声和振动、延长汽车使用寿命等明显效果。有数据显示:节油3%-10%;尾气排放减少30%-50%;汽车发动机可以无机油润滑干摩擦运行600km。这些神奇的效果,引起专家教授们的震惊和政府管理部门的高度重视。

国家经贸委节能信息传播中心组织了金属摩擦表面再生技术研讨会,通过全国节能宣传周,召开全国大型会议用摩擦表面再生技术案例推广应用。参会专家们通过认真的研讨论证,认为金属摩擦表面再生技术属于高新技术,不仅节能环保、免拆维修,在机械再制造工业中有着广阔的发展前景,而且将对改进机械制造工艺与流程,降低生产成本,提高产品质量和增加产品竞争力等方面产生重大的社会效益和经济效益,很有必要在各级政府的支持下加快实现摩圣技术系列产品的国产化及其推广应用。

1.2.2 金属摩擦表面再生技术在国内的研究状况

金属摩擦表面再生技术引进后,北京埃勒维斯科技发展有限公司和清华大学迅即联合成立了“摩擦表面表面再生技术研究所”,着手对金属摩擦表面再生技术进行研究。研究所从材料学与工程、汽车工程、模拟实验研究室、摩擦学研究室、摩擦化学研究室等多个学科开始深入细致地研究,取得了丰硕的研究成果,充实完善了这项新技术的作用机理等基础理论和实际应用中的技术标准和工艺规范,推动摩擦表面再生技术向前发展。

通过交通部汽车运输行业能源利用检测中心进行的汽油车和柴油车道路检测、中国一汽集团轿车公司第二发动机厂对CA4GE和CA422汽油发动机进行的台架试验、重庆宗申摩托科技检测中心对CB125、CG150及Z100等发动机进行的台架试验、国家客车质量监督检测中心对长安SC7100汽油怠速污染物排放的对比试验、清华大学机械工程系的改性层性能检测、中国机械工程学会失效分析分会的改性层性能检测,清华大学汽车工程系内燃机专家孔宪清教授发表了《摩圣摩擦表面再生技术在国内权威机构的检测及应用研究报告》,明确表示摩圣技术是一项技术成熟、效果稳定、具有重要推广价值的全新技术,具有节约能源和延长汽车等设备使用寿命的明显效果,大范围推广应用将对国家带来巨大的经济效益和社会效益。

孔宪清教授进行了大量的台架试验,发现形成金属陶瓷保护层的快慢,取决于摩擦副的表面摩擦温度和摩擦力。摩擦表面温度和摩擦力是激发摩圣粒子能量的重要因素,摩擦力越大、摩擦温度越高的部位,越容易形成金属陶瓷层。根据汽车发动机机油量的大小,金属摩擦表面再生剂与机油的比例在2%-6%的范围内是比较理想的。

清华大学机械工程系摩擦学专家、中国机械工程学会表面工程分会副主任刘家浚教授,对金属摩擦表面再生技术进行了大量的效果试验和深入研究,在《摩圣摩擦表面再生技术的总体评价及研究发展计划》的报告中,就金属摩擦表面再生技术使用后摩擦表面发生的变化、技术特性做了详细的描述。报告中论述:当在润滑油中添加再生剂后,摩圣粒子能够在汽车运行时随润滑油来到金属摩擦表面,在运动摩擦的高温高压作用下,抓取机油中适量的碳、硅和铁等元素,向金属表面的晶格内扩散,改善金属本身的晶体结构,在两个摩擦副表面形成结构稳固、表面硬化的类金刚石结构,对摩擦表面形成强有力的持久保护作用。通过摩圣再生技术剂处理生成的金属陶瓷保护层,实际上是一种类似金刚石的结构。

中国机械工程学会失效分析分会副主任、空军第一研究所张栋教授,通过对摩圣再生剂的研究,发表了题为《摩圣摩擦表面再生技术的实验室研究及与同类技术的对比》的文章,对摩圣技术的作用机理进行了分析,并将摩圣技术与同类产品进行了对比试验分析。他认为:“提高表面显微硬度、降低表面粗糙度是该项技术最直观而明显的表面改性效果。由于摩圣产品用水合硅酸铝取代蛇纹石为主要组成部分,颗粒进一步细化,采用凝胶为产品供应状态,有利于稳定有效成分的浓度,因此,应用中综合效果比其他同类粉剂或者母液产品更佳。”

2 金属摩擦表面再生技术的作用机理与性能

2.1 金属陶瓷层的形成机理

金属摩擦表面再生技术的实质是在金属摩擦表面形成一种具有抗磨损能力很强的全新保护层,就是金属陶瓷层。形成金属陶瓷层需要一定条件,必须在润滑油在加入含有特殊材料的金属摩擦表面再生剂,还需要在摩擦区域具有一定的热能量。

金属摩擦表面再生剂是一种极微细矿物质混合物,含有生成金属陶瓷层的所谓“建筑材料”和必不可少的能量启动剂,另外添加催化剂和一些辅助材料,从而配制出金属摩擦表面再生技术的自修复材料。以润滑油为载体,利用摩擦副高速运行中产生的高温和高压,自行将再生剂粒子融合到磨损的金属表面上,修复缺失的几何尺寸,达到最佳的配合间隙,形成坚硬平滑的金属陶瓷层,使其长期处于不磨损的养护状态中,从而提高汽车摩擦副关键部件的使用寿命。

形成金属陶瓷层的过程,可从以下四个阶段理解:

第一阶段:从金属表面磨损较大的区域开始,在磨损较大的区域摩擦力较大,产生的热能量大,金属原子的自由键也就更多。当再生剂粒子随着润滑油到达摩擦表面时,就开始研磨金属摩擦表面,同时润滑油对金属摩擦表面进行清洗。这种研磨是精细的,研磨使再生剂粒子更加细化,也就使研磨更加精细。

第二阶段:由于局部高温和高压的作用,这里的金属原子自由键就象磁铁一样,将金属摩擦表面再生剂中的建筑材料牢牢固定在磨损部位,能量启动剂调动这里的热量使已更加细化的再生剂粒子透入金属表面晶体结构进行扩散交融,与金属磨屑等参与物合成硬化,在金属摩擦表面微观低凹处形成最初不完整的金属陶瓷层。这时的金属陶瓷层实际上只是“金属陶瓷补丁”。

第三阶段:在生成“金属陶瓷补丁”后,随着摩擦表面再生剂的继续作用,表面修复的补丁越来越大,连在一起,金属陶瓷层渐渐成形,最终形成了金属摩擦表面的完整金属陶瓷层,金属摩擦表面的晶体结构发生了本质的变化。

第四阶段:当金属陶瓷层完全形成之后,整个摩擦表面接触点的间隙趋于最优,这时摩擦系数降低,摩擦产生的热能量大大减小。随着热能量的急剧减小,摩擦区域的温度和压力下降,再生剂的修复作用不再继续。“金属陶瓷层—金属陶瓷层”的摩擦方式完全取代了“金属-金属”摩擦方式。

2.2 金属陶瓷层的特性

金属陶瓷层是由金属材料和陶瓷材料合成的复合体,含有AI2O3、SiO 2、TiO 2等陶瓷微粒和金属微粒,其表面显微硬度可达HV800-1200;摩擦系数为0.003-0.007;极高的抗腐蚀和耐高温能力,是普通金属无法相比的。

金属陶瓷层具有金属材料的韧性,又具有陶瓷材料的高硬度和耐高温性能,其耐磨性能也高出钢材数倍。汽车发动机、涡轮增压器、高压油泵、变速器、主传动、差速器等金属摩擦部件,采用金属表面再生剂进行处理后,就能在其金属摩擦表面上生成金属陶瓷层,用“金属陶瓷层—金属陶瓷层”的摩擦副取代“金属-金属”摩擦副。使汽车金属摩擦副的物理性能和抗磨特性得以质的提升,在润滑油不足甚至缺少的条件下,发动机可以短时间“干摩擦”运行3-5小时。

在金属摩擦表面磨损严重的部位,形成的金属陶瓷层可以更厚些(譬如在齿轮啮合面可形成1.5mm厚度的金属陶瓷层);在金属摩擦表面磨损较小的部位,可以形成较薄的金属陶瓷层(譬如在高压油泵柱塞副上的金属陶瓷层可仅为0.02mm);而在环套之类的摩擦副上则多为0.2mm。

2.3 金属摩擦表面再生技术修复的累加特性

金属摩擦表面再生技术,还有一个非常重要的修复过程累加特性。对于某一辆汽车来说,修复完成后在润滑油中和摩擦表面上剩余的摩擦表面再生剂,可在以后随着金属陶瓷层的磨损而给予及时地再修复。也就是说,超量使用再生剂不会造成浪费,也不会过多地修复将摩擦副卡死,反而可作为修复磨损的预防措施。这是因为摩擦副配合间隙适当,没有达到一定摩擦就不会再修复;只有当摩擦达到一定程度造成磨损时才又开始自动修复。

当上次使用再生剂修复形成的金属陶瓷层发生磨损时,可以再添加金属摩擦表面再生剂进行再次修复,在上次修复的基础上,重复修复效果更好。通过多次重复后,完全可以实现汽车的终身免拆维修。

此外,到达金属摩擦表面的再生剂可保持相当长时间的活性,不会由于润滑剂的更换而丧失作用。

3 汽车金属摩擦表面再生技术的实际应用

3.1 汽车金属摩擦表面再生剂的使用效果

金属摩擦表面再生技术的基础是再生剂,包含有专用再生剂、再生清洗剂、纳米再生润滑油3项新技术。汽车专用再生剂系列有发动机专用再生剂、缸体修复专用再生剂、涡轮增压专用再生剂、手动变速器专用再生剂、自动变速器专用再生剂、液力助力系统专用再生剂、空调压缩机专用再生剂、喷油泵专用再生剂等多种类型。

以发动机专用再生剂为例,来看一下它的使用效果:

(1)延长发动机使用寿命

发动机的主要磨损形式是活塞摩擦副和曲轴—轴瓦摩擦副形式的摩擦磨损。其磨损特征是缸套与活塞环表面的滑动拉伤和磨损,间隙增大,导致发动机的功率下降,振动和噪声增大。发动机的润滑系统虽能起到一定的减磨作用,但是不能阻止这些磨损的发展,当发动机运行到一定时间后,缸套、活塞环、曲轴、连杆缸瓦等部件磨损报废,必须更换新的零件。

按传统维修理论,只能采取拆卸更新零件的方法来解决。使用专用再生剂就可以方便快捷的修复缸套—活塞环、曲轴—轴瓦及配气机构的磨损部位,在摩擦副表面上生成金属陶瓷层,恢复发动机的设计动力性能,延长发动机的使用寿命,若定期采用再生剂进行修复,可长期保持发动机的的动力性能,免于大修。

(2)降低发动机燃油消耗

使用发动机专用再生剂,在活塞摩擦副和曲轴—轴瓦摩擦副的摩擦表面生成金属陶瓷层,超高的精度和超低的摩擦系数,使发动机的动力性能显著提高,燃油消耗量大大下降。

大量的实践证明,应用再生剂可使轿车节油6%-10%,大型客车节油10%以上。

(3)降低尾气污染物排放

使用发动机专用再生剂,在活塞摩擦副表面生成金属陶瓷层,超高的精度使摩擦副的配合间隙保持在最佳状态,使燃油得到最充分地燃烧,从根本上减少了尾气的产生。

3.2 我国金属摩擦表面再生技术的发展应用

汽车金属摩擦表面再生技术引进我国后,引起科技界专家的高度重视,对哈多(XADO)进行了深入的试验和研究,国家汽车专业检测机构使用哈多(XADO)修复剂对各种车用汽油发动机和柴油发动机都进行了多次再生修复的试验研究,取得了大量的试验数据和研究成果。通过对检测数据和工业试验结果的深入研究,在提高金属摩擦表面再生技术性能方面有了新的突破,金属修复剂的发明专利已有多项,主要是在使用温度降低、修复速度加快、添加更为便捷、效果更加明显方面。例如在金属摩擦与磨损表面生成保护层的制剂及其制备方法,提出了多种以不同氧化物构成的修复剂配方。随着这些专利的发明、实施,国产的金属摩擦表面再生剂已进入汽车市场,将以低廉的价格送到消费者手中,推动金属摩擦表面再生技术的进一步发展。

同时,随着纳米材料和纳米技术的兴起,润滑油添加剂技术也在不断地创新,有些润滑油添加剂已具有后补偿作用———表面修复功能,如中科院兰化所的油溶性纳米铜、解放军重庆后勤供应学院的纳米锌、解放军装甲兵工程学院的含钼修复剂、武汉材料保护研究所的脂型表面修复剂等。这些产品虽然是属于软膜型的修复剂,其修复层性能比不上金属陶瓷层,但其润滑油添加剂的改性作用和修复作用的综合效果是得到肯定的。

汽车金属摩擦表面再生技术目前在我国的推广宣传力度较大,但实际应用得并不普遍,因为我国对这方面的技术研究并不成熟,产品质量尚未达到理想的效果,而进口的哈多(XADO)产品价格偏高。也就是说目前的再生剂性价比不高,人们看不到眼前个人的实惠,在等待着新的再生剂产品问世。

4 结束语

汽车金属摩擦表面再生技术的发展,改变了摩擦学金属摩擦表面的磨损不可避免的理论,也为绿色再制造技术的发展开辟了新的领域。

“十三五”期间中国要上的100个大项目,第38项是“大力发展形状记忆合金、自修复材料等智能材料,等高端材料。”我们以上谈到的金属摩擦表面再生剂就是其中的自修复材料,它能将磨损的部位自动修复如新,原位再生,实现免拆维修,省时省力,节财节能。

目前,汽车金属摩擦表面再生技术的研究正在多领域多方位紧锣密鼓地进行着,尽管目前的研究成果还存在一定程度的缺陷,譬如产品的质量、性能、价格问题,尚未达到人们的满意,但我们坚信,成熟的系列产品不久将展现在我们的面前,汽车等机械设备免拆维修的时代即将到来。

摘要：本文对汽车金属摩擦表面再生技术进行了综合介绍,深入剖析了金属陶瓷层的形成机理、金属陶瓷层的特性和金属摩擦表面再生技术修复的累加特性,分析了我国金属摩擦表面再生技术在当前实际应用中存在的问题和发展前景。

关键词：金属摩擦表面再生技术,金属陶瓷层,免拆维修,作用机理,再生剂

参考文献

[1]国家经贸委节能信息传播中心;摩擦表面再生技术在金属摩擦机件中的应用;中国设备工程;2004.6

[2] 张恒祥;汽车延寿节能免拆养护技术;国防工业出版社;2014.8

[3] 云无心;世界抗摩擦节能技术简介之五:金属陶瓷层技术(摩擦表面再生技术);云无心日志;2007.12

[4] 刘家浚、郭凤玮;摩圣摩擦表面再生技术一种全新的绿色表面工程技术;豆丁网;2012.3

[5] 国家经贸委节能信息传播中心;摩擦表面再生技术在金属摩擦机件中的应用;设备管理和维修;2003.6;

[6] 李柏生;金属摩擦表面再生技术在推焦车减速机上的应用;有色设备;2008年01期

[7] 黄勇、王海章;“摩圣”——摩擦表面再生技术的实质与特点;汽车运用;2008年08期

[8] 卓洪;金属磨损自修复技术的研究[D];西南交通大学;2007年

[9] 刘芳;熊锐;唐智;;纳米润滑油添加剂抗磨减摩分子动力学模拟研究[J];润滑与密封;2010年04期

金属表面陶瓷涂层的保护研究 第9篇

金属陶瓷保护涂层是汽轮机机组中防止机匣、弹性轴等工件免遭腐蚀、高温氧化的一种特殊涂料, 该涂料的制备工艺一直是该领域的空白。

根据现在已掌握的乌克兰方面提供的资料标准, 我们还很难进行产品涂层涂复制备生产, 国内也没有关于金属陶瓷涂料的参考资料。为保证涂层的质量, 对乌克兰进口涂料的材料、工艺、性能测试等方面进行了试验研究。

2 试验

试验基材:1Cr18Ni9Ti不锈钢板;试验件尺寸:50mm×100mm×1mm;设备及工具:马弗炉, 喷枪, 毛刷;涂敷方法:喷涂, 刷涂。

2.1 试验步骤

试验前处理; (1) 试样除油:用120#汽油或溶剂把试片擦拭除油。 (2) 试样干燥:除油后在空气中干燥30min左右。

2.2 涂料NMc-1-0涂层的制备

(1) 首先将涂料搅拌均匀。在涂敷之前要过滤, 不允许有沉淀物、团块和凝结物 (注意:喷枪上的喷嘴应当用不锈钢制造, 避免与涂料起反应) ;从喷枪到试片的距离是200~250mm。喷出的涂料不应在试片表面上形成雾点液滴;

(2) 涂层的厚度为20μm;

(3) 涂层的干燥和热处理。涂敷后的试片放在室内或干净的工作台上干燥15~20min;把涂敷好后的试片装入温度 (90±5) ℃的干燥箱内, 先干燥15min。在干燥箱内升温至 (340±5) ℃, 并在此温度下进行涂层热稳定处理30~35min (注意:不允许在烘干和热稳定处理之间停顿, 因为复合物有自己的吸湿性) ;打开炉门, 在空气中进行冷却;试片涂层应是浅灰色, 允许有浅绿褐色的暗影;为了有均匀厚度的涂层, 必须使每一后续涂层的涂敷方向与前一层垂直, 否则涂层厚度不均匀。

涂层缺陷与消除方法见表1;各项指标测试见表2。

3 讨论

金属表面涂装效果的好与劣, 除了与基体金属和涂料本身的性能有关外, 也与涂敷的工艺有直接关系。这些工艺性能中起决定作用的是涂层与基体的附着力。

涂层的附着力包括两个方面:首先是有机涂层和基体金属表面的粘附力;其次是涂层本身的凝聚力, 两者缺一不可, 如果涂层本身凝聚力差, 则漆膜容易龟裂。

还有一点就是如果试片表面有油污, 前期处理不当, 会造成表面张力小, 涂料就可能湿润不着有油污的地方, 会产生缩孔、凹坑, 这样就会降低它的耐热性和耐腐蚀性。

4 结语

(1) 涂层的结合力与基体的前处理的清洁度和涂料的搅拌均匀程度有关。