金屬表面改性

表面改性技術(shù)主要包括6類：①表面形變強(qiáng)化。采用高速?gòu)椡璐驌?、擠壓或輥壓金屬零件的表面，使其產(chǎn)生塑性變形，引起表層顯微組織發(fā)生變化，產(chǎn)生表層壓應(yīng)力，從而提高材料抗應(yīng)力腐蝕和抗疲勞斷裂的能力，改善和提高零件的可靠性和耐久性。這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在航空、航天、機(jī)械、紡織、汽車、鐵道等工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，并已作為這些行業(yè)設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。②表面相變強(qiáng)化。采用近代技術(shù)（如激光束、電子束等）對(duì)金屬零件的表面進(jìn)行快速加熱，使金屬表面、亞表面形成新的相變區(qū)和表面強(qiáng)化區(qū)。③離子注入。利用真空系統(tǒng)中離化出的離子，在高電壓下加速，直接注入材料表面，形成很薄的離子注入層，改變材料表面的組成與結(jié)構(gòu)，改善材料表面的性能。這種方法已廣泛用于半導(dǎo)體器件生產(chǎn)，使半導(dǎo)體的精細(xì)摻雜加工技術(shù)產(chǎn)生突破性的進(jìn)展。離子注入還可以用于改善金屬與合金材料的摩擦磨損特性，提高材料的抗氧化能力和耐蝕性。④表面擴(kuò)散滲入。又稱表面合金化。將金屬或非金屬沉積在基體金屬表面上，通過(guò)擴(kuò)散作用滲入到基體金屬表面內(nèi)，改變材料表面的化學(xué)組成和相結(jié)構(gòu)，提高材料表面的性能，如提高材料表面抗高溫氧化、抗熱腐蝕、抗電化學(xué)腐蝕、耐摩擦磨損、耐酸、耐堿等。⑤化學(xué)轉(zhuǎn)化。將金屬零件放入一定的溶液介質(zhì)中處理，使其表面形成鈍性化合物膜層，以提高材料表面的性能。鈍性化合物膜層主要為鉻酸鹽鈍化膜、磷酸鹽膜、草酸鹽膜及鋼鐵件的發(fā)藍(lán)等。表面粗糙度的降低（磨光、拋光、滾光等）及表面著色也屬于這一類。⑥電化學(xué)轉(zhuǎn)化。這是一種在電解質(zhì)溶液中，通過(guò)外電流的作用使工件表面形成氧化膜的技術(shù)，又稱為陽(yáng)極氧化，也稱為陽(yáng)極化。鎂、鋁、鈦及其合金易于形成這類陽(yáng)極氧化膜層。90年代出現(xiàn)的微弧等離子體陽(yáng)極氧化，能極大地提高表面硬度（達(dá)到維氏硬度800～2?500）或形成新型彩色裝飾膜層，可望用于與摩擦磨損有關(guān)的行業(yè)或新型建筑行業(yè)。 2100433B

表面改性設(shè)備可分為干法和濕法兩類。非金屬礦粉常用的干法表面改性設(shè)備是SLG型連續(xù)粉體表面改性機(jī)，高速加熱混合機(jī)，渦流磨及PSC型粉體表面改性機(jī)等。常見的濕法表面改性設(shè)備為可控溫反應(yīng)罐和反應(yīng)釜。

表面改性方法很多。能夠改變粉體表面或界面物理化學(xué)性質(zhì)的方法，如表面有機(jī)包覆、液相化學(xué)沉淀包覆、氣相物理沉積，機(jī)械力化學(xué)、層狀結(jié)構(gòu)粉體插層等都可稱為表面改性方法。二十一世紀(jì)初工業(yè)上無(wú)機(jī)粉體表面改性常用的方法主要有表面有機(jī)包覆、沉淀反應(yīng)包覆、機(jī)械力化學(xué)及復(fù)合法等。

表面有機(jī)包覆改性是最常用的無(wú)機(jī)粉體表面改性方法。這是一種利用有機(jī)表面改性劑分子中的官能團(tuán)在顆粒表面吸附或化學(xué)反應(yīng)對(duì)顆粒表面進(jìn)行改性的方法。所用表面改性劑主要有偶聯(lián)劑(硅烷、鈦酸酯、鋁酸酯、鋯鋁酸酯、有機(jī)絡(luò)合物、磷酸酯等)、高級(jí)脂肪酸及其鹽、高級(jí)胺鹽、硅油或硅樹脂、有機(jī)低聚物及不飽和有機(jī)酸、水溶性高分子等。

沉淀反應(yīng)包覆是利用化學(xué)沉淀反應(yīng)將表面改性物沉淀包覆在被改性顆粒表面，是一種“無(wú)機(jī)/無(wú)機(jī)包覆”或“無(wú)機(jī)納米/微米粉體包覆”的粉體表面改性方法或粒子表面修飾方法。粉體表面包覆納米TiO₂、ZnO、CaCO₃等無(wú)機(jī)物的改性，就是通過(guò)沉淀反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的，如云母粉表面包覆TiO₂制備珠光云母；鈦白粉表面包覆SiO₂和Al₂O₃以及硅藻土和煅燒高嶺土表面包覆納米TiO₂和ZnO；硅灰石粉體表面包覆納米碳酸鈣和納米硅酸鋁。

機(jī)械力化學(xué)改性是利用粉體超細(xì)粉碎及其它強(qiáng)烈機(jī)械力作用有目的地激活顆粒表面，使其結(jié)構(gòu)復(fù)雜或表面無(wú)定形化，增強(qiáng)它與有機(jī)物或其他無(wú)機(jī)物的反應(yīng)活性。機(jī)械化學(xué)作用可以提高顆粒表面的吸附和反應(yīng)活性，增強(qiáng)其與有機(jī)基質(zhì)或有機(jī)表面改性劑的使用。以機(jī)械力化學(xué)原理為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的機(jī)械融合技術(shù)，是一種對(duì)無(wú)機(jī)顆粒進(jìn)行復(fù)合處理或表面改性，如表面復(fù)合、包覆、分散的方法。

插層改性是指利用層狀結(jié)構(gòu)的粉體顆粒晶體層之間結(jié)合力較弱(如分子鍵或范德華鍵)或存在可交換陽(yáng)離子等特性,通過(guò)離子交換反應(yīng)或特性吸附改變粉體性質(zhì)的方法。因此，用于插層改性的粉體一般來(lái)說(shuō)具有層狀晶體結(jié)構(gòu)，如石墨、蒙脫土、蛭石、高嶺土等。

復(fù)合改性是指綜合采用多種方法（物理、化學(xué)和機(jī)械等）改變顆粒的表面性質(zhì)以滿足應(yīng)用的需要的改性方法。應(yīng)用的復(fù)合改性方法主要有有機(jī)物理/化學(xué)包覆、機(jī)械力化學(xué)/有機(jī)包覆、無(wú)機(jī)沉淀反應(yīng)/有機(jī)包覆等。