第一篇：銅表面技術(shù)

論三大發(fā)明專利技術(shù)對(duì)銅金屬表面處理的重大影響

杭州金星銅工程有限總公司

朱軍岷

銅是可鍛性金屬，掌握一定的先進(jìn)技術(shù)，可鍛、刻、鑄成各種優(yōu)美的藝術(shù)品，我國(guó)使用銅制品的時(shí)代久遠(yuǎn)，從出土和留傳下來(lái)的銅器藝術(shù)品來(lái)看，工藝精湛，造型別致，非常精美，流傳著中華 5000 年青銅器文化史，可惜許多技藝已經(jīng)失傳，無(wú)從知曉。今天，我們既要繼承和發(fā)掘先人的寶貴文化，又要?jiǎng)?chuàng)造性地運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，使這一青銅文化藝術(shù)發(fā)揚(yáng)光大。有必要集中精力研究和開發(fā)銅金屬表面處理技術(shù)，充分利用原銅所有的優(yōu)越性能，注入高新技術(shù)，提升銅藝術(shù)品的藝術(shù)價(jià)值、歷史價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。所以，必須重視和研究銅金屬表面處理技術(shù)，才能繼承、保護(hù)和發(fā)展銅雕藝術(shù)。

一、弄清銅的有關(guān)技術(shù)特性，更大范圍地研究和開發(fā)銅工程銅藝術(shù)文化產(chǎn)業(yè)。首先，測(cè)算銅的腐蝕程度：銅的熔點(diǎn) 1083 ℃，線膨脹系數(shù) 17 × 10-6 ℃。按腐蝕程度的理論計(jì)算方法，在海洋鹽霧大氣中，年腐蝕量為0.9 微米。設(shè)想，2 毫米 厚的銅板腐蝕掉 1 毫米 后，一般仍能保質(zhì)原有功能。則 1 毫米 的腐蝕年限為 1000 微米÷ 0.9 ＝ 1265 年?？紤]至銅瓦表面有保護(hù)層及杭州的大氣略好于海洋鹽霧大氣，銅制品的壽命應(yīng)超過(guò)上述年限。

其次，銅的材質(zhì)選用青銅板，青銅板年腐蝕量： 0.25 微米，不到紫銅年腐蝕量的三分之一。這樣室外銅制品的壽命達(dá) 1265 年× 3 ＝ 3795 年。選用青銅板在制作成本上略有增加（約為 8% 左右），但在防腐蝕性上能取得數(shù)倍之功效。

第三，銅與其他粘接物的腐蝕問(wèn)題，經(jīng)查閱《化工設(shè)計(jì)手冊(cè)》化學(xué)工業(yè)出版社出版中有關(guān)腐蝕數(shù)據(jù)及選材中查到銅材在硫與銨元素侵襲下有腐蝕性，其它元素?zé)o腐蝕性。水泥砂漿主要成份 CaCO 3（碳酸鈣）Ca(OH)2（氫氧化鈣），正因?yàn)樗鄬?duì)金屬無(wú)腐蝕作用，因此鋼筋混凝土才能成為主要的建筑材料。所以水泥砂漿對(duì)銅構(gòu)件無(wú)腐蝕作用。

根據(jù)上述特性，銅板可以模壓成型，按總設(shè)計(jì)方案做成各種規(guī)格、光潔、平直的板材；銅板可以銘雕花紋圖案，并能達(dá)到最大的建筑平面；銅板可以氧化著色，與自然氧化一致永遠(yuǎn)不會(huì)變化；銅板可以自由伸縮，確保其不受熱脹冷縮的損害。

二、從傳世銅器上看銅的耐腐蝕性，不斷提高銅制品的使用壽命及其利用價(jià)值。銅是人類歷史上第一次用科學(xué)的方法冶煉出來(lái)的金屬，其優(yōu)良的物理、化學(xué)性能成為人們最珍愛的材料之一。銅的耐腐蝕性，古往今來(lái)大量的傳世銅器中可證實(shí)這一點(diǎn)。1、“塔及金字塔內(nèi)一段銅水管雖歷經(jīng)五千年時(shí)光流轉(zhuǎn)，仍能淌出潺潺清流?！保缎旅裢韴?bào)》文“銅：人類永遠(yuǎn)的朋友?！薄碴?yáng)出土距今三千五百年的“司母戊大方鼎”，青銅鑄的商代獸面紋、夔龍花紋依舊清晰可辯。3、古希臘青銅雕像《海神波賽東像》 1926 年在一海域中發(fā)現(xiàn)，是距今 2500 年的作品，在高腐蝕性的海水中浸泡 2000 余年，仍無(wú)大的傷害。古羅馬時(shí)期大量青銅器傳世均說(shuō)明青銅的優(yōu)良抗蝕性。、中國(guó)歷史上四大銅殿的建筑包括銅瓦在內(nèi)的青銅構(gòu)件，距今已四百余年，均完好無(wú)損。、建于百年前的美國(guó)自由女神在 1996 年大修時(shí)“據(jù)美國(guó)與修復(fù)巨型銅像的專家介紹‘她的膚色至今看上去還是那么艷麗清新，壁厚腐蝕減薄量近百年內(nèi)總共只有 0.1 毫米'”，微乎其微，除其鋼架腐蝕嚴(yán)重外，紫銅鍛雕的銅像“本體幾乎完好無(wú)損”。6、建于 1951 年的上海中蘇友誼大廈（現(xiàn)稱上海展覽中心）40 米 高的銅制鍍金塔，由我公司維修，內(nèi)部鋼架腐蝕嚴(yán)重，而 0.8 毫米的薄銅板幾乎無(wú)損，全部可重新使用，據(jù)上海古建專家估計(jì)尚可再用 500 年。三、三大發(fā)明專利技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用，使銅金屬表面處理技術(shù)進(jìn)入先進(jìn)行列，開辟了一個(gè)新的藝術(shù)門類。

銅雕的表面處理技術(shù)，在專利上還是空白。自 2002 年朱炳仁發(fā)明了銅雕專利技術(shù)，其新穎性和創(chuàng)造性被國(guó)內(nèi)外公認(rèn)，他擁有全部知識(shí)產(chǎn)權(quán)。經(jīng)查自中國(guó)專利法發(fā)布以來(lái) 17 年間 146 萬(wàn)件專利申請(qǐng)中，銅雕發(fā)明專利技術(shù)是唯一的一件。引起了行業(yè)專家的高度重視，銅金屬表面處理的三大專利技術(shù)使銅表面處理面貌煥然一新。、“多層次鍛刻銅浮雕品和彩色銅雕”發(fā)明專利技術(shù)，把銅雕推向彩浮藝術(shù)：涉及到銅飾面板、底瓦、筒瓦、銅包柱、金屬斗拱等工程。該發(fā)明專利技術(shù)首次大規(guī)模應(yīng)用于工程上，用鍛打技術(shù)和刻雕技術(shù)解決古建筑銅雕藝術(shù)的美學(xué)需求，鍛與刻的不同技術(shù)形成不同高度的層次和層面，有利于銅表面處理上的多種色澤的隔離、封閉和融匯，使彩色銅雕的新技術(shù)在實(shí)踐中得到了實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，克服了該工程銅構(gòu)件結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜、參差、品種不一，數(shù)量極多的難題。根據(jù)仿南宋建筑的設(shè)計(jì)要求，枋、柱、梁、拱均為雙曲面多曲面形狀，尤其是月梁的形狀，是多異型曲面相交結(jié)構(gòu)，歷代古建筑中均為木制構(gòu)件，這次用銅板成型完全是新材料、新工藝、新技術(shù)的成功之舉。由于銅構(gòu)件的多曲面上要藝術(shù)圖案，按常規(guī)技術(shù)施工，因圖案保護(hù)不全，滲蝕嚴(yán)重，造成圖案破損，線條支離破碎的困難，有了這項(xiàng)發(fā)明專利技術(shù)，將鍛打與蝕刻工藝有機(jī)結(jié)合，在鍛打工藝上采用機(jī)械鍛打模壓成型，電腦控制高壓水切割成型相結(jié)合的工藝，在工藝上采用電腦刻版，感光去膜等多種新工藝，順利攻克完成了銅構(gòu)件結(jié)構(gòu)與藝術(shù)上的結(jié)合，從此銅雕有了多層、多面的鍛浮立體，給人以真實(shí)、形象、清晰的感覺。在多層立體的基礎(chǔ)上，進(jìn)行銅表面著色，也是一次復(fù)雜的工藝，古時(shí)候沒有彩色銅雕，這項(xiàng)專利技術(shù)催生了彩色銅雕，是以銅金屬表面的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜處理工藝為主，輔以彩色涂層工藝，轉(zhuǎn)化膜是指金屬表面外層原子與適當(dāng)介質(zhì)的陰離子反應(yīng)，在金屬表面生成的膜層，轉(zhuǎn)化膜的形成是人工誘導(dǎo)及控制的腐蝕過(guò)程，也就是在特定環(huán)境條件下銅表面色澤在大氣塵中的化學(xué)物質(zhì)影響下，因逐漸腐蝕而使其氧化變色的長(zhǎng)期過(guò)程，使其在短時(shí)間變色，并有意識(shí)地使其新變化的色澤不僅穩(wěn)定、牢固，并符合要求的金屬轉(zhuǎn)化膜，這就是彩色銅雕的形成。

在諸多的銅工程中達(dá)到了色澤一致，穩(wěn)定不變的效果，在上海外灘第一樘銅門，盤谷銀行銅門、北京人民大會(huì)堂香港廳銅門及其雷峰塔銅扶欄等銅藝術(shù)構(gòu)件就是最好的例子。2、“紫金銅刻雕”發(fā)明技術(shù)，把銅雕推向環(huán)境裝飾。涉及到唐玄奘求法圖、臨安勝跡圖、西湖博覽圖、天地大棋盤等大型銅壁畫。這項(xiàng)發(fā)明技術(shù)，借鑒石雕的陰刻、陽(yáng)刻及西洋銅版畫的表現(xiàn)手法，銅金屬表面運(yùn)用多層氧化著色，并對(duì)立體畫面進(jìn)行鎏金、鎏銀，整幅畫面呈現(xiàn)金色、銀色、銅色的金屬自然本色和諧結(jié)合地配合?？芍谱鞒龃笮豌~壁畫，這是中外金屬表面處理技術(shù)難以跨越的屏障，世界上幾乎沒有見到一幅上百米平方的彩色銅壁畫，這項(xiàng)專利技術(shù)實(shí)現(xiàn)了幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)的追求。

這一表面處理技術(shù)，做到了四個(gè)結(jié)合：一是與自然本色相結(jié)合，從實(shí)際材質(zhì)出發(fā)，也就是說(shuō)按本色表面處理，把“竹報(bào)平安鑒青史”的銅壁畫，用化學(xué)前處理，不噴涂，以簡(jiǎn)、竹葉、青銅鏡、金文為元素，畫、字、銅色連成一體，突出“以銅為鑒，可正衣冠，以古為鑒，可知興替，以人為鑒，可明得失”，達(dá)到了久藏不變，耐腐可觀銅壁畫的目的；二是與多種工藝相結(jié)合，銅金屬表面處理應(yīng)用疊加、鑲合、交融等現(xiàn)代科技手段，把鍛銅、鑄銅、刻銅進(jìn)行化學(xué)表面處理，采用高反差光感技術(shù)，可刻成各種大型銅壁畫；三是與清洗、噴砂、涂膜相結(jié)合，形成一種固體表面化學(xué)反應(yīng)。其結(jié)構(gòu)也可能保持被氧化表面的某些結(jié)構(gòu)特征。例如，氧化物可以在金屬的某一特定取向上以外延方式生長(zhǎng)。當(dāng)銅的表面是（110）時(shí)，其表面 Cu 2 O 有相同的取向，即 Cu 2 O 中的（110）表面平行，Cu 2 O 中的（110）方向與銅的（110）方向平行。在銀的（110）面和（111）面上氧化在 Ag 2 O 時(shí)，也觀察到了類似的外延生長(zhǎng)方式。然后逐漸向周圍區(qū)域擴(kuò)散，一直到將表面覆蓋；四是與預(yù)氧化工藝相結(jié)合，在試制過(guò)程中會(huì)遇到氧化色澤與深層色澤混合和附著力差的難題，可將銅板進(jìn)行活化前處理，采取拋光及乳化劑浸清方式提高金屬表面的化學(xué)活性，增強(qiáng)對(duì)涂料的附著力。將圖案處理成設(shè)計(jì)要求的仿古金屬色澤，為了防止氧化液對(duì)涂層造成腐蝕，可弱堿配方的漬洗液對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行清洗，使金屬表面的色純度和色明度長(zhǎng)期不發(fā)生變化。在許多銅工程構(gòu)件表面處理得到了應(yīng)用。

現(xiàn)在，大型銅壁畫品種之多，分布之廣，是幾代傳人之最，成為賓館、會(huì)場(chǎng)、展館、庭園、別墅、景區(qū)的永久性裝飾藝術(shù)品，得到了社會(huì)各界人士的認(rèn)可和贊譽(yù)。3、“多重蝕刻仿鑄銅”發(fā)明專利技術(shù)，把銅雕推向建筑工程。涉及到銅塔銅殿、銅橋銅船、銅門銅窗、銅亭銅廟、銅街銅墻等，從而改變了“小作坊”、“小產(chǎn)品”、“小生意”的傳統(tǒng)局面，讓工藝美術(shù)走向市場(chǎng)。這項(xiàng)發(fā)明專利技術(shù)，是銅金屬表面處理上的重大突破，主要是化學(xué)蝕刻在金屬表面形成圖文，對(duì)點(diǎn)、線、面進(jìn)行數(shù)控蝕刻，以灑濺方式使液滴分布在刻面，形成非規(guī)則的保護(hù)層，再進(jìn)行多重蝕刻，得到非規(guī)則凸斑缺損層面，至少有一個(gè)深度層有涂層。2005 年被列入國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品，銅板經(jīng)過(guò)多重蝕刻化學(xué)表面處理，局部再次蝕刻，表面結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，成斑點(diǎn)、砂面、深紋、古綠、仿鑄。其主要有四大優(yōu)勢(shì)：第一呈青銅色，這寓意著時(shí)光流逝，文物出土的設(shè)計(jì)理念。目前，許多單位采用這種專利技術(shù)的銅基板，如首都?xì)v史博物館 3000 多平方米，武漢琴臺(tái)大劇院 10000平方米，臺(tái)灣臺(tái)中金陵山寺祖師廟 3000 多平方米、四川峨眉山金頂銅殿 20000平方米。取代了大理石、玻璃板、鋁合金等幕墻板，深受用戶的歡迎；第二解決了銅構(gòu)件的聯(lián)接、抗震、散熱、阻燃等技術(shù)難題，據(jù)查《銅資料手冊(cè)》，歐美等國(guó)用薄銅板制作屋頂和漏檐等防雨水構(gòu)件已有多年傳統(tǒng)，在北歐甚至用它作墻面裝飾。銅耐大氣腐蝕，并逐漸自然風(fēng)化而演變成高雅的古銅綠色，也可以著色處理成各種誘人的色澤?，F(xiàn)在，經(jīng)過(guò)多重蝕刻，仿鑄銅表面處理的銅板作屋頂要?jiǎng)儆跉W美等國(guó)，具有強(qiáng)度高、美觀、耐用、防火、省維護(hù)、易成復(fù)雜形狀、好安裝、可回收等一系列優(yōu)點(diǎn)，不但在古建筑物上，而且在現(xiàn)代的許多公用建筑、銀行、教堂、會(huì)展中心、商業(yè)大廈以及住宅樓房上的應(yīng)用也越來(lái)越多；第三，消除材料的二次污染。所以銅幕墻裝飾板是較理想的環(huán)保材料，其中環(huán)境中的濃度一直處于安全界限之內(nèi)。又因銅可以循環(huán)使用，不產(chǎn)生垃圾，而再生銅可保質(zhì)原銅所有的優(yōu)越性能，更可貴的是銅在裝飾或再生過(guò)程中不產(chǎn)生有害物質(zhì)及廢物，也不會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成光污染；第四防腐性能好，采用先進(jìn)的化學(xué)處理，加速幕墻裝飾板氧化，復(fù)合銅幕板，經(jīng)過(guò)多重蝕刻表面處理，即可達(dá)到理想的青銅色效果。銅在化學(xué)活性排序位很低，僅高于銀、鉑、金，因而性能極穩(wěn)定。銅在大氣中還會(huì)生成氧化銅膜，防止銅進(jìn)一步氧化腐蝕。所以當(dāng)許多同時(shí)期的鐵制器早已銹跡斑斑，甚而變成氧化物化為灰燼時(shí)，銅依然性能良好。銅的這種耐腐性，在建筑方面得到了廣泛的應(yīng)用。在西方銅屋頂是高檔建筑的首選建筑屋頂，在供水和供暖系統(tǒng)中更是獨(dú)占鰲頭。本專利產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)特殊多重蝕刻的氧化處理，黃銅色變成穩(wěn)定的青銅色，這層特殊的保護(hù)膜和保護(hù)幕墻板表面免受大氣污染和雨雪侵蝕，阻止黃銅深度氧化，提高色彩的耐久性，保質(zhì)青銅本色；第五，自身重量輕，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。目前市場(chǎng)上的幕墻材料自重大，有安全隱患。如果用純銅做幕墻板也同樣承重。分析比較如下：純銅密度為 8.9 × 10 3 ㎏ / ㎡，多重蝕刻仿鑄銅密度為 1.8 × 10 3 ㎏ / ㎡。若采用同厚度、強(qiáng)度相差無(wú)幾的杭州金星銅工程有限總公司的專利產(chǎn)品多重蝕刻仿鑄銅板（1000 × 340 × 5 ㎜）替代純銅幕墻板，則結(jié)構(gòu)自重減輕 80%，即可提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并給施工安裝帶來(lái)較大方便，同時(shí)該板材是本公司生產(chǎn)的，平整度好，安裝簡(jiǎn)便，可隨時(shí)調(diào)整平面角度。上述三大發(fā)明專利技術(shù)，改變了銅金屬表面處理的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，注入了現(xiàn)代技術(shù)，提高了銅雕的科技含量，從小日用銅制品，走向銅工程市場(chǎng)，并開創(chuàng)了銅建筑新行業(yè)，已遍布全國(guó)，走向世界，運(yùn)用三大發(fā)明專利建造了杭州雷峰塔、桂林銅塔、常州天寧寶塔、靈隱銅殿、武漢琴臺(tái)大劇院。臺(tái)灣金陵山祖始廟、四川峨眉山金頂銅殿、西湖龍鳳銅船、紹興山陰道上公路銅橋等中國(guó)當(dāng)代十大銅建筑工程，以及自主創(chuàng)新的大型銅壁畫、超薄銅書票、書藝銅畫、銅工藝品。對(duì)這些銅工程銅藝術(shù)，國(guó)家鑒評(píng)專家指出“隨著時(shí)間的推移，將會(huì)成為極有收藏價(jià)值的文物珍品?！便~金屬表面處理的三大專利技術(shù)發(fā)明人朱炳仁也“必將載入我國(guó)乃至世界銅雕藝術(shù)史冊(cè)?！薄?/p>

第二篇：材料表面技術(shù)

（2014-2015學(xué)年第一學(xué)期）；《高分子材料改性》；課程論文；題目：納米粒子增韌聚氯乙烯研究新進(jìn)展；姓名：周凱；學(xué)院：材料與紡織工程學(xué)院；專業(yè)：高分子材料與工程；班級(jí)：高材121班；學(xué)號(hào)：201254575128；任課教師：蘭平；教務(wù)處制；2014年12月30日；納米粒子增韌聚氯乙烯研究新進(jìn)展；摘要；通用塑料的高性能化和多功能化是開發(fā)新型材料的一個(gè)；一．

（2014-2015學(xué)年第一學(xué)期）《高分子材料改性》 課程論文

題 目： 納米粒子增韌聚氯乙烯研究新進(jìn)展 姓 名： 周 凱

學(xué) 院： 材料與紡織工程學(xué)院 專 業(yè)： 高分子材料與工程 班 級(jí)： 高材121 班 學(xué) 號(hào)： 201254575128 任課教師： 蘭平教 務(wù) 處 制 2014年12月30日

納米粒子增韌聚氯乙烯研究新進(jìn)展 摘 要

通用塑料的高性能化和多功能化是開發(fā)新型材料的一個(gè)重要趨勢(shì), 而將納米粒子作為填料來(lái)填充改性聚合物, 是獲得高強(qiáng)高韌復(fù)合材料有效方法之一。本文對(duì)近年來(lái)納米增韌PVC 的制備方法, 增韌機(jī)理和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了說(shuō)明。關(guān)鍵詞: 聚氯乙烯 納米材料 增韌

一． 研究背景 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展, 人們對(duì)材料性能的要求越來(lái)越高。聚氯乙烯作為第二大通用塑料, 具有阻燃、耐腐蝕、絕緣、耐磨損等優(yōu)良的綜合性能和價(jià)格低廉、原材料來(lái)源廣泛的優(yōu)點(diǎn), 已被廣泛應(yīng)用于化學(xué)建材和其他部門。但是, 聚氯乙烯在加工應(yīng)用中, 尤其在用作結(jié)構(gòu)材料時(shí)也暴露出了抗沖擊強(qiáng)度低、熱穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)。納米技術(shù)的發(fā)展及納米材料所表現(xiàn)出的優(yōu)異性能, 給人們以重大的啟示。人們開始探索將納米材料引入PVC 增韌改性研究中, 并發(fā)現(xiàn)增韌改性后的PVC 樹脂具有優(yōu)異的韌性, 剛度及強(qiáng)度得到顯著改善, 而且熱穩(wěn)定性、尺寸穩(wěn)定性、耐老化性等也有較大提高, 納米復(fù)合材料已經(jīng)成為PVC增韌改性的一個(gè)重要途徑。本文主要介紹了近幾年來(lái)納米復(fù)合材料在PVC 增韌改性方面的研究現(xiàn)狀 和發(fā)展趨勢(shì)[1]。

二． 納米CaCO3 增韌PVC 碳酸鈣是高分子復(fù)合材料中廣泛使用的無(wú)機(jī)填料。在橡膠、塑料制品中添加碳酸鈣等無(wú)機(jī)填料, 可提高制品的耐熱性、耐磨性、尺寸穩(wěn)定性及剛度等,并降低制品成本, 成為一種功能性補(bǔ)強(qiáng)增韌填充材料, 受到了人們的廣泛關(guān)注。

2.1 納米CaCO3 增韌對(duì)PVC 力學(xué)性能的影響

魏剛等[ 2] 研究指出, 用CPE 包覆后納米CaCO3填充PVC 的沖擊強(qiáng)度均要比未包覆處理填充體系的略低, 而拉伸強(qiáng)度則相反。特別是在包覆小份量CaCO3(2 份)時(shí), 所得復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度甚至比PVC/ CPE(8 份)基體的低12%, 而拉伸強(qiáng)度則出現(xiàn)最大值, 比基體的高8.9% 左右, 如圖2-1 所示。

熊傳溪、王濤等[3] 研究發(fā)現(xiàn)兩種粒徑的納米晶PVC 均能起到顯著的增韌和增強(qiáng)作用, 且粒徑小的納米晶PVC 作用更明顯, 而且偶聯(lián)劑用量對(duì)試樣的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度也有很大的影響。

2.2 納米CaCO3對(duì)CPE/ACR共混增韌PVC力學(xué)性能的影響

如圖2-2所示，為CPE/ACR共混物對(duì)PVC沖擊強(qiáng)度的影響。從圖2-2中可以看出當(dāng)CPE/ACR/PVC為10/2/100時(shí)，共混體系的沖擊強(qiáng)度達(dá)到最大，明顯優(yōu)于單一CPE或單一ACR對(duì)PVC的增韌效果。這是由于10mpr的CPE在PBC基體相中可能已經(jīng)形成了完整的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以吸收部分沖擊能量而賦予共混體系一定的沖擊強(qiáng)度，而在此基礎(chǔ)上再添加2phr ACR后，由于核殼ACR在PVC 基體相以及CPE網(wǎng)絡(luò)中呈顆粒狀分布，它們誘發(fā)基體產(chǎn)生大量的剪切帶和銀紋而

圖2-1 兩種填充方法對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響 圖2-2 CPE/ACR共混物對(duì)PVC沖擊性能的影響

使材料的沖擊強(qiáng)度得到進(jìn)一步提高，較之單一增加CPE的用量有更好的改性效果，表現(xiàn)出明顯的協(xié)同增韌作用[9]。

圖2-3 PVC/CPE/改性納米碳酸鈣復(fù)合材料的SEM照片

古菊、賈德民等發(fā)現(xiàn)改性納米碳酸鈣與CPE互配，可以對(duì)PVC實(shí)現(xiàn)良好的協(xié)同增韌增強(qiáng)的效果，改性納米碳酸鈣的加入不僅有效地提高PVC/CPE體系的韌性和強(qiáng)度，還可提高材料的耐熱性能及可加工性能。剛性的改性納米碳酸鈣與彈性體氯化聚乙烯之間表現(xiàn)出良好的協(xié)同增韌效果。所制得的PVC/CPE/R-CaCO3復(fù)合

材料避免了常規(guī)的彈性體增韌聚氯乙烯所帶來(lái)的強(qiáng)度、剛度下降，耐熱性能降低、加工性能變差的弊端[4][5]。

2.3納米碳酸鈣填充型粉末丁苯橡膠增韌改性聚氯乙烯

張周達(dá)、陳雪梅將沖擊試樣的斷面噴金，在S4800型冷場(chǎng)電子顯微鏡發(fā)射 電子顯微鏡（SEM）上觀察斷口的形貌及CaCO3/SBR粒子在PVC基體中的分布時(shí)

[6]CO3/SBR量比為15:100時(shí)，隨著CaCO3/SBR改性劑中納米碳酸鈣含量的提高，PVC沖擊強(qiáng)度先升后降，當(dāng)納米碳酸鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%擊強(qiáng)度達(dá)到最大。說(shuō)明在復(fù)合改性劑制備過(guò)程中，納米碳酸鈣和丁苯膠乳存在一個(gè)最佳配比，在此配比下 的增韌效果較好。蘇新清認(rèn)為，復(fù)合改性劑中納米碳酸鈣和丁苯橡膠形成的50nm米碳酸鈣粒子包藏于丁苯橡膠顆粒的結(jié)構(gòu)內(nèi)。據(jù)此可知，當(dāng)復(fù)合改性劑中納米碳酸鈣和丁苯橡膠的的質(zhì)量比為7:3苯橡膠相剛好對(duì)納米碳酸鈣粒子進(jìn)行有效包覆，實(shí)現(xiàn)橡膠彈性體和納米粒子的協(xié)同增韌[7]。

2.4聚丙烯酸酯/納米碳酸鈣復(fù)合增韌PVC 的研究

馬治軍，楊景輝[8]備了復(fù)合增韌改性劑聚丙烯酸酯/納米CaCO3(PA-C)，并將其用于硬質(zhì)聚氯乙烯(PVC)中，（觀察表1）加復(fù)合改性劑PA-C后，其缺口沖擊強(qiáng)度大幅度提高，并且添加10份達(dá)到最大值88.64kJ /m2，較添加未改性納米CaCO3的PVC 復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度提高了7 倍多。彎曲模量隨PA-C 添加量的增加明顯增大，拉伸強(qiáng)度僅稍微降低，說(shuō)明PA-C 能較好分散在PVC 基體材料中，既起到較好的增韌效果，又起到一定的補(bǔ)強(qiáng)作用。這是由于PMMA 與PVC 溶解度參數(shù)相同，二者具有較好的相容性。納米CaCO3表面包覆有一定含量的PMMA，有效地改善了PVC 基體與納米CaCO3之間的相容性，而且聚丙烯酸酯聚合物中含有一定量的柔性單體聚丙烯酸丁酯，其在CaCO3粒子與基體間形成過(guò)渡層，利于能量吸收，而納米CaCO3為剛性粒子，其添加提高了復(fù)合材料的剛性和硬度。

三． 炭黑填充增韌PVC 導(dǎo)電炭黑是一種永久性抗靜電劑, 添加后材料不會(huì)因水洗、磨損等原因在長(zhǎng)期使用中喪失抗靜電性能。炭黑還具有高的比表面積和高的表面能, 能吸收潤(rùn)滑劑, 與PVC 界面結(jié)合良好。炭黑的填充還能使PVC的熔體粘度大大提高。

陳克正、張言波等[10]研究了納米導(dǎo)電纖維(nano-F)和華光炭黑(HG-CB)填充硬質(zhì)PVC 復(fù)合材料的電性能以及溫度對(duì)復(fù)合材料體積電阻率的影響及伏安特性, 發(fā)現(xiàn)隨填料用量的增加, 材料的電阻率逐漸降低。當(dāng)nano-F、HG-CB的填充量分別達(dá)到20、10 份時(shí), 電阻率急劇下降。這說(shuō)明此時(shí)導(dǎo)電填料在PVC 基體中已基本形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò), 填充量繼續(xù)增加電阻率下降不大。nano-F 填充PVC 復(fù)合

三億文庫(kù)3y.uu456.com包含各類專業(yè)文獻(xiàn)、幼兒教育、小學(xué)教育、各類資格考試、應(yīng)用寫作文書、外語(yǔ)學(xué)習(xí)資料、文學(xué)作品欣賞、高分子表面材料改性論文38等內(nèi)容。

材料特性曲線均呈直線性,即其伏安特性為歐姆性,而；四．SiO2增韌改性PVC；為了改善PVC糊的流變性能及存放性能,陳興明等采；SiO2的PVC糊,其切力變稀性能可持久地保持,；其切力變稀性能不能持久保持；4.1納米粒子復(fù)合ACR改性聚氯乙烯；王銳蘭、王銳剛等[12]采用納米SiO2粒子作為；液聚合,用此種聚丙烯酸酯復(fù)合物和PVC樹脂共混,；PVC的改性劑，材料特性曲線均呈直線性, 即其伏安特性為歐姆性, 而HG-CB填充PVC 復(fù)合材料特性曲線偏離歐姆性。

四． SiO2 增韌改性PVC 為了改善PVC 糊的流變性能及存放性能, 陳興明等 采用納米級(jí)SiO2 填充到PVC糊中, 當(dāng)其用量達(dá)到一定值(12份)時(shí)可以賦予PVC 糊以明顯的切力變稀性能, 而普通超細(xì)SiO2 則不能給予PVC 糊以明顯切力變稀性能。填充納米級(jí)

SiO2 的PVC 糊, 其切力變稀性能可持久地保持, 而填充普通超細(xì)SiO2的PVC 糊, 其切力變稀性能不能持久保持。[11] 4.1 納米粒子復(fù)合ACR 改性聚氯乙烯

王銳蘭、王銳剛等[12]采用納米SiO2 粒子作為種子進(jìn)行聚丙烯酸酯的原位乳

液聚合, 用此種聚丙烯酸酯復(fù)合物和PVC 樹脂共混, 結(jié)果用偶聯(lián)劑MAPS預(yù)包覆納米SiO2 再進(jìn)行原位聚合的ACR, 如表2 所示, 當(dāng)SiO2 含量為10%時(shí)的ACR 作

PVC 的改性劑,有最高的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和沖擊強(qiáng)度(即破碎率最低), 具有優(yōu)良的力學(xué)性能。

4.2 納米SiO2包覆HMPC接枝共聚

宇海銀[13] 等研究發(fā)現(xiàn), SiO2 經(jīng)SDS 預(yù)處理后包覆羥丙基甲基纖維素(HMPC), 并接枝PMMA, 隨著SiO2 /HPMC-PMMA、TiO2/HPMC-PMMA、ZnO/HPMC-PMMA 含量的增加, 沖擊強(qiáng)度隨之提高。當(dāng)復(fù)合粒子含量分別為10%、10%、20% 左右時(shí), 沖擊強(qiáng)度達(dá)到最大值61、62、68kJ/ m2。這比純PVC 的沖擊強(qiáng)度 52kJ/ m2 分別提高了19.2、25、31%。

4.3 納米SiO2添加量對(duì)復(fù)合材料性能的影響

田滿紅、郭少云[14] 通過(guò)超聲波、振磨等方法對(duì)納米粒子進(jìn)行表面處理, 以促進(jìn)納米粒子在基體中的均勻分散, 大幅度提高復(fù)合材料的強(qiáng)度和韌性。當(dāng)納米SiO2 的添加量為3% 時(shí), 復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能最好, 其拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度

和楊氏模量均有較大的提高。振磨處理時(shí)間對(duì)納米粒子改善復(fù)合材料性能也有影響。處理6h 時(shí)改善復(fù)合材料的沖擊性能效果最好。

4.4聚氨酯彈性體/納米二氧化硅協(xié)同改性聚氯乙烯及其力學(xué)性能

王士財(cái)、張曉東[15]等用聚氨酯(PU)彈性體/納米SiO2 復(fù)合材料協(xié)同改性聚

氯乙烯(PVC), 用反應(yīng)擠出一步法成型工藝制備了PU 彈性體/納米SiO2 /PVC 復(fù)合材料, 對(duì)擠出速率和溫度進(jìn)行了考察, 并對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響因素進(jìn)行了研究。結(jié)果表明, 制備該復(fù)合材料的最佳工藝條件是螺桿轉(zhuǎn)速為40~ 50 r/m in、擠出機(jī)均化段溫度為180~ 190 ℃;用分散于液化二異氰酸酯中的納米SiO2 制備的復(fù)合材料的性能優(yōu)于用分散于聚醚二元醇中的納米SiO2;PU 彈性體

和納米SiO2 能協(xié)同增韌PVC, 兩者質(zhì)量比為5/1時(shí)增韌改性的效果最佳。當(dāng)PU 彈性體/納米SiO2 /PVC(質(zhì)量比)為5/1/20時(shí), 復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能最優(yōu), 2沖擊強(qiáng)度達(dá)到45.6 kJ/m, 拉伸強(qiáng)度為50.3MPa。五.納米黏土填充增韌PVC PVC/納米黏土復(fù)合材料只需少量的納米黏土即可使PVC的韌性、強(qiáng)度和剛度顯著改善。因PVC分子鏈的運(yùn)動(dòng)受到限制，材料的熱穩(wěn)定性和尺寸穩(wěn)定性提高，復(fù)合材料在二維或三維上均有較好的增韌和增強(qiáng)效果，不同層狀黏土可以賦予材料不同的功能。

Mahmood等[16]通過(guò)熔融混合制備了有機(jī)黏土增強(qiáng)PVC/丙烯腈－丁二烯－苯乙稀（ABS）基體，并研究了納米黏土對(duì)PVC/ABS的形態(tài)、流變學(xué)和力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，加入納米黏土，使PVC/ABS共混物的增韌效果顯著增加。當(dāng)納米黏土的加入量為5％時(shí)，共混物的力學(xué)性能達(dá)到最佳。此外，添加順序?qū)︷ね猎赑VC/ABS/黏土納米復(fù)合材料中的分散也有顯著影響，通過(guò)選擇最佳的添加順序來(lái)控制納米黏土在共混物中的分布。

［17］Shimpi等用常規(guī)的雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行熔融配共混制備PVC納米復(fù)合材料，并研究了有機(jī)物表面改性的蒙脫土（OMMT）對(duì)PVC納米復(fù)合材料性能的影響。從圖5-1可以看出，沖擊強(qiáng)度隨著OMMT含量的增加而提高，當(dāng)OMMT的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12％時(shí)，PVC復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度達(dá)到最高為4.4KJ/m2，如果OMMT的含量大于12％時(shí)，復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度則會(huì)下降。

圖5-1 ＰＶＣ納米復(fù)合材料簡(jiǎn)支梁缺口沖擊強(qiáng)度

Li等［17］采用震動(dòng)磨的固態(tài)剪切混合技術(shù)制備了PVC/高嶺土納米復(fù)合材料。經(jīng)該技術(shù)制備的納米復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和沖擊強(qiáng)度較傳統(tǒng)方法制備復(fù)合材料的顯著提高。PVC和高嶺土經(jīng)震動(dòng)磨處理后加工制備的復(fù)合材料中，PVC和片條狀高嶺土互相穿插，高嶺土在PVC基體中形成均一的分散，對(duì)PVC基體起到了較好的增強(qiáng)增韌效果。

Hemmati等［18］用2種方法制備出了有機(jī)納米黏土增強(qiáng)PVC/ABS基體復(fù)合材料，并研究了納米黏土對(duì)PVC/ABS的形態(tài)、流變學(xué)和力學(xué)性能的影響。一種方法為先將PVC和ABS在170℃熔融混合5min，再將黏土加入共混物中混合7min；另一種方法是先將ABS和黏土在170℃熔融混合5min，再將PVC加入共混物中混合7min。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)混入黏土的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％時(shí)，兩種方法所制備的納米復(fù)合材料的懸臂梁沖擊強(qiáng)度均達(dá)到最大值，且第二種方法制備出的納米復(fù)合材料的懸臂梁沖擊強(qiáng)度（65J/ｍ）及斷裂伸長(zhǎng)率大于第一種方法制備的納米復(fù)合材料（45J/ｍ）。

六．“核－殼”納米粒子對(duì)PVC的增韌

將聚酯增塑劑分子通過(guò)化學(xué)反應(yīng)或物理作用固定在無(wú)機(jī)粒子表面形成“核－殼”結(jié)構(gòu)的粒子，將這種粒子與ＰＶＣ復(fù)合，一方面可限制增塑劑的遷移，另一方面可提高無(wú)機(jī)粒子的分散性，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)增塑、增強(qiáng)、增韌和提高耐熱性的目的。目前用“核－殼”納米粒子來(lái)提高脆性聚合物的韌性和沖擊性能已備受重視。

Chen等［20］通過(guò)乳液聚合在交聯(lián)苯乙烯－共丁二烯核上接枝聚苯乙烯和聚丙烯酸丁酯（PBA）合成了一種新穎的“核－殼”改性劑（MOD），并對(duì)其增韌PVC進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，MOD對(duì)PVC懸臂梁沖擊強(qiáng)度的提高有顯著作用，其中MOD中丙烯酸丁酯的含量對(duì)PVC/MOD的韌性增強(qiáng)時(shí)一個(gè)重要的因素；PVC/MOD的懸臂梁沖擊強(qiáng)度隨著MOD中丙烯酸丁酯的含量的增加而顯著提高，當(dāng)MOD中丙烯酸丁酯的含量為40％時(shí)，PVC/MOD的懸臂梁沖擊強(qiáng)度達(dá)到最大為1200J/ｍ。

Yin等[21]首先對(duì)埃洛石?高嶺土和二氧化硅納米填料進(jìn)行表面改性,再嫁接上聚己二酸丁二醇酯(PBA)合成了“核-殼”納米粒子增塑劑,并將其混入PVC中制備了出高強(qiáng)度和韌性的復(fù)合材料?結(jié)果表明,相比于未改性的納米填料,用改性的納米填料制備的PVC/“核-殼”納米粒子的強(qiáng)度和韌性都有顯著提高?當(dāng)“核-殼”納米粒子的含量均為5%時(shí),用未改性的埃洛石?高嶺土和二氧化硅納米粒子嫁接PBA得到的“核-殼”納米粒子改性PVC制備的PVC/“核-殼”納米粒子的斷裂伸長(zhǎng)率分別為5%?5%和7%;改性后的PVC/“核-殼”納米粒子的斷裂伸長(zhǎng)率分別為90%?7%和120%? 七.其他無(wú)機(jī)納米粒子對(duì)PVC的增韌

硅灰石具有吸濕性小、熱穩(wěn)定性好、表面不易劃傷等優(yōu)點(diǎn)，用其填充聚合物，具有快速分散性和低的黏度，在提高沖擊、拉伸和撓曲強(qiáng)度等方面都優(yōu)于其他無(wú) 機(jī)填料，不足之處是多數(shù)硅灰石粉在加工溫度下顏色易變灰，從而影響材料的透明度。

楊中文等[22]將硅灰石經(jīng)硬脂酸稀土改性后,用于填充PVC-U 給水管材,并對(duì)管材性能進(jìn)行分析,結(jié)果表明,改性硅灰石可以提高管材的落錘沖擊強(qiáng)度及拉伸強(qiáng)度,當(dāng)粒徑在3μm 左右的硅灰石,質(zhì)量份數(shù)為25份時(shí),落錘沖擊強(qiáng)度達(dá)到1%?同時(shí)還使管材的維卡軟化溫度提高到92.4 ℃,縱向回縮率降低至1.03%,且硅灰 石粒徑越小提高越顯著? 程博等[23]利用超聲作用制備納米石墨微片(nano-Gs),并采用混酸對(duì)其進(jìn)行表面活化,最后通過(guò)熔融共混法制備PVC/nano-Gs復(fù)合材料?通過(guò)傅里葉紅外光譜和SEM 對(duì)nano-Gs的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征,研究了nano-Gs對(duì)復(fù)合材料導(dǎo)電性能和力學(xué)性能的影響?結(jié)果表明,隨著nano-Gs含量升高,復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度及缺口沖擊強(qiáng)度均先升高后降低,nano-Gs質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%時(shí),復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度及缺口沖擊強(qiáng)度均達(dá)到最大值,相比純PVC分別升高約14%和38%? 凹凸棒土是一種以含水富鎂硅酸鹽為主的黏土礦,具有特殊纖維狀晶體型態(tài)的層鏈狀過(guò)渡結(jié)構(gòu)?但是凹凸棒土與樹脂基體的結(jié)合并不好,當(dāng)材料受到外力時(shí)表現(xiàn)出脫黏現(xiàn)象?所以要將納米凹凸棒土進(jìn)行改性,改性后的納米凹凸棒土填充到PVC基體中,能顯著改善其力學(xué)性能? 鄭祥等[24]用鈦酸酯偶聯(lián)劑對(duì)凹凸棒土進(jìn)行表面改性,并研究了經(jīng)表面處理和未經(jīng)表面處理的凹凸棒土對(duì)PVC/ABS復(fù)合材料力學(xué)性能的影響,用SEM 觀察了PVC/ABS復(fù)合材料的沖擊斷面微觀形貌和凹凸棒土的分散情況?從圖3可以看出,經(jīng)表面處理的凹凸棒土添加到PVC/ABS復(fù)合材料中缺口沖擊強(qiáng)度要好于未改性的,添加10份經(jīng)表面處理的凹凸棒土可以使復(fù)合材料的缺口沖擊強(qiáng)度提高到

215.48kJ/m;未經(jīng)表面處理的凹凸棒土在添加15份時(shí),復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度達(dá)到

最高14.31kJ/m2?分析認(rèn)為,當(dāng)添加量逐漸增大時(shí),凹凸棒土在PVC/ABS復(fù)合材料中的團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重,此時(shí)凹凸棒土在材料中就是明顯的缺陷,對(duì)材料已沒有了增韌作用? 圖7-1 凹凸棒土含量對(duì)PVC/ABS復(fù)合材料缺口沖擊強(qiáng)度的影響 八．結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本次的研究調(diào)查發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)納米粒子填助劑發(fā)展已日新月異，例如2011年陳建軍等提出納米高嶺土的固相剪切碾磨制備及對(duì)PVC的增強(qiáng)增韌，許海燕等提出MWNT-g-PBA的制備及對(duì)PVC的改性，等等研究的推陳出新也使得國(guó)內(nèi)高分子行業(yè)呈現(xiàn)生機(jī)盎然的形式。國(guó)內(nèi)專家對(duì)納米粒子（最為廣泛的是CaCO3）對(duì)PVC 的彈性體增韌改性機(jī)理、有機(jī)剛性粒子增韌機(jī)理、無(wú)機(jī)剛性栗子增韌機(jī)理、纖維

狀填料增韌機(jī)理都有深厚的理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

納米粒子增韌改性PVC，由于納米材料具有尺寸小，比表面積大而且產(chǎn)生量子效應(yīng)和表面效應(yīng)等特點(diǎn)，將納米材料引入到PVC增韌改性研究中，發(fā)現(xiàn)改性后的PVC樹脂同時(shí)具有優(yōu)異的韌性、加工流動(dòng)性、尺寸穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，特別是近年來(lái)，隨著納米粒子表面處理技術(shù)的發(fā)展，納米粒子增韌PVC已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究開發(fā)的熱點(diǎn)。其增韌機(jī)理是納米粒子的存在產(chǎn)生了應(yīng)力集中效應(yīng)，引發(fā)周圍樹脂產(chǎn)生微開裂，吸收一定的變形功；納米粒子在樹脂中還可以起到阻止、鈍化裂紋的作用，最終阻止裂紋不致發(fā)展為破壞性開裂；由于納米粒子與基體樹脂接觸面積大，材料受沖擊時(shí)會(huì)產(chǎn)生更多的微開裂而吸收更多的沖擊能。

納米粒子由于其優(yōu)良的性能,在塑料的高性能化改性中的應(yīng)用前景非常廣闊?納米粒子增韌改性PVC具有諸多優(yōu)勢(shì),但同時(shí)也存在著納米原料價(jià)格昂貴等致命缺陷?所以發(fā)展價(jià)格低廉的新型納米增韌增強(qiáng)劑,尋找更適用?更科學(xué)的納米材料,以獲得更好的增韌效果并最終實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn),是納米粒子增韌改性PVC研究的一個(gè)極其重要的研究方向和努力目標(biāo)?此外,對(duì)于PVC納米復(fù)合材料,還應(yīng)深入研究其制備方法,探索更加完善的納米粒子表面改性技術(shù),進(jìn)一步增加粒子與PVC在納米尺度上的相容性,并深入研究PVC納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能,加強(qiáng)理論研究上的深度,使這一新材料能夠真正發(fā)揮其潛能? 個(gè)人認(rèn)為，納米材料發(fā)展至今，已經(jīng)步入人民生活的各個(gè)方面，對(duì)于PVC目前熱門的材料改性起到的作用也仍然受到各方面的限制，目前開發(fā)工業(yè)化比較多的例如CPE、ACR、EVA等這些高分子助劑然后添加納米粒子的方法使得共混的效果更加好，對(duì)增強(qiáng)和增韌也更有利，這些共混體系的缺口沖擊強(qiáng)度是未改性PVC的數(shù)倍之多，由此我個(gè)人覺得在PVC與其他高分子聚合物共混呈現(xiàn)不相容性時(shí)，添加CPE/ACR彈性體（做增溶劑）等方法提高PVC與其他高分子聚合物之間的相容性，從而增加界面黏附強(qiáng)度，對(duì)于今后的更多PVC復(fù)合材料有極大的意義。

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第三篇：銅技術(shù)要求

銅工程相關(guān)技術(shù)要求

一、材料要求： 銅原材料采用洛陽(yáng)銅業(yè)有限公司生產(chǎn)的銅材。2 內(nèi)襯骨架采用304不銹鋼。在能反應(yīng)原材料厚度的部位進(jìn)行檢查，負(fù)偏差在0.05mm以內(nèi)。4 材料選用必須于設(shè)計(jì)及招投標(biāo)文件一致。5 提供相關(guān)材料的試驗(yàn)報(bào)告及合格證。

二、深化圖紙要求： 施工單位必須按照清華規(guī)劃設(shè)計(jì)院提供的施工藍(lán)圖及其要求進(jìn)行深化設(shè)計(jì)。深化圖紙必須經(jīng)設(shè)計(jì)單位、建設(shè)單位及監(jiān)理單位審核簽字批準(zhǔn)后，進(jìn)行加工制作。嚴(yán)格按照批準(zhǔn)的圖紙組織施工。

三、制作安裝要求： 斗拱、柱子拼接間隙必須在1mm以內(nèi)，做到橫平豎直，拼接處必須保證圖案完整連續(xù)性、觀感不易察覺。柱安裝縫處銅板翻邊離開縫邊。當(dāng)溝與瓦屋面交接處縫寬在1.5mm以內(nèi)。其他部位技術(shù)要求必須符合《建筑工程施工質(zhì)量驗(yàn)收統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB50300-2001）、《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50205-2001）、古建筑相關(guān)規(guī)范技術(shù)文件要求及《企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》等其他相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求。4 關(guān)鍵部位將派專人進(jìn)行制作監(jiān)造。產(chǎn)品制作前需提供樣品，經(jīng)確認(rèn)后再進(jìn)行大批量加工生產(chǎn)。

四、漆膜涂裝要求： 涂裝前表面應(yīng)拋光、雜點(diǎn)清除、去浮沉、酸性中和、高溫烘干。2 電化著色處理（根據(jù)建設(shè)單位認(rèn)定的式樣顏色）。噴涂三道無(wú)光氟碳抗氧化保護(hù)漆，涂層干漆膜總厚度為75μm，其允許偏差為-10μm，每遍涂層干漆膜厚度的允許偏差為-3μm；要求涂層應(yīng)均勻、無(wú)皺紋、脫皮、流墜、針眼、氣泡和漏噴等現(xiàn)象 涂層應(yīng)進(jìn)行附著力測(cè)試（劃格法，≤1級(jí)），并提供試驗(yàn)報(bào)告。5 涂裝完成后，構(gòu)件的標(biāo)志、標(biāo)記和編號(hào)應(yīng)清晰完整,檢查合格后進(jìn)行成品登記，表面貼保護(hù)膜入庫(kù)。

五、協(xié)調(diào)配合要求： 涉及照明、避雷等工種與銅制品有關(guān)的部位，需增加小型構(gòu)件施工單位應(yīng)無(wú)條件配合施工。提前做好預(yù)埋預(yù)留工作，與主體鋼結(jié)構(gòu)相連接的部位，必須征得設(shè)計(jì)及鋼結(jié)構(gòu)單位同意，并且進(jìn)行防腐處理，滿足鋼構(gòu)件防腐要求。

環(huán)翠樓改造工程指揮部

2009.10.14

第四篇：表面技術(shù)

涂層技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

黃亞博

(河南科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院, 河南 洛陽(yáng), 471000）

摘要：隨著我國(guó)航天技術(shù)快速發(fā)展和對(duì)先進(jìn)海洋工程裝備的需求日益強(qiáng)烈，關(guān)鍵部件材料的表面性能要求越來(lái)越高。然而，單從提高材料自身性能的角度來(lái)滿足對(duì)高性能的要求幾乎是不可能的。涂層技術(shù)是表面工程技術(shù)中提高材料表面性能的一種重要方法，它能夠在不破壞材料自身性能的前提下，對(duì)材料表面性能進(jìn)行強(qiáng)化，使材料或部件表面具備耐磨、耐蝕、抗氧化、耐熱、絕緣、密封和隔熱等性能中的一種或幾種。因此，涂層技術(shù)已成為實(shí)現(xiàn)航天、海洋工程裝備材料最終性能的重要手段。本文對(duì)航天、海洋工程裝備中涉及到的材料表面改性技術(shù)、應(yīng)用和發(fā)展進(jìn)行了綜述。最后，展望了涂層技術(shù)將來(lái)的研究方向。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵部件；涂層；表面性能 前言

腐蝕與防護(hù)，一直是航空領(lǐng)域中倍受關(guān)注的課題。據(jù)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家統(tǒng)計(jì)，每年因腐蝕所造成的經(jīng)濟(jì)損失占國(guó)民生產(chǎn)總值的2%~4%；我國(guó)每年因腐蝕造成的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)200 億元[ 1 ]；美國(guó)空軍1992年用于腐蝕的維修費(fèi)用高達(dá)7.18 億美元。采用各種表面防護(hù)技術(shù)能夠有效地控制腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生和擴(kuò)展，減輕腐蝕造成的損失。表面技術(shù)是表面處理、表面涂層及表面改性的總稱。表面技術(shù)是應(yīng)用物理、化學(xué)和機(jī)械加工來(lái)改變材料表面的形態(tài)、化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)等使材料本身具有某些特殊性能[ 2 ]。表面涂層是改變表面性能的一種重要手段，將涂料一次施涂所得到的固態(tài)連續(xù)膜，是為了防護(hù)，絕緣，裝飾等目的，涂布于金屬，織物，塑料等基體上的塑料薄層。涂料可以為氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)，通常根據(jù)需要噴涂的基質(zhì)決定涂料的種類和狀態(tài)。涂層在材料或工件上所占質(zhì)量及體積比例雖然很小，但對(duì)其提高材料性能、延長(zhǎng)零件工作性能的作用卻十分顯著[ 3 ]。涂層技術(shù)的意義

國(guó)外文獻(xiàn)報(bào)道，有75％以上的航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件加有金屬或陶瓷涂層以改進(jìn)其性能和可靠性[ 4 ]。在當(dāng)代先進(jìn)應(yīng)用技術(shù)如微電子、光學(xué)、航空航天領(lǐng)域中的作用也非常重要。同時(shí)大多數(shù)涂層往往工作環(huán)境惡劣，承受著各種復(fù)雜的載荷，因此如何延長(zhǎng)涂層的工作壽命、高相關(guān)性能始終是涂層制備工藝具有挑戰(zhàn)性的課題。隨著科技發(fā)展,人們發(fā)現(xiàn)，僅僅通過(guò)提高材料表面的耐磨耐蝕性，也能大大提高材料的使用壽命，從而就有了涂層技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。涂層技術(shù)概念的提出與發(fā)展應(yīng)用, 對(duì)工業(yè)科技發(fā)展具有了重大的影響和推動(dòng)意義[ 5 ]：

(1)涂層技術(shù)不僅可以保證產(chǎn)品的質(zhì)量，還能夠滿足不同服役條件下產(chǎn)品的外觀。能夠提高產(chǎn)品的使用壽命、可靠性和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

(2)涂層技術(shù)是一種節(jié)約成本、減少消耗的手段。采用有效涂層保護(hù)手段，至少可減少腐蝕損失15%，減少磨損損失33%左右[ 6 ]。

(3)涂層技術(shù)在制備新型材料方面具有特殊的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)表面原位合成技術(shù)，能在低成本基礎(chǔ)上在工件表面制備出性能優(yōu)良的新型合金材料涂層，很好滿足了工業(yè)、航空航天工業(yè)對(duì)高性能零部件表面的需求[ 7]。涂層技術(shù)的分類及應(yīng)用

依據(jù)涂層的主要功用不同，涂層可分為封嚴(yán)涂層、耐磨涂層、抗腐蝕涂層、抗氧化涂層、熱障涂層、鈦合金阻燃涂層等幾種類型[ 8]。3.1 封嚴(yán)涂層

封嚴(yán)涂層一般涂層于轉(zhuǎn)子軸、鼓簡(jiǎn)、軸承、轉(zhuǎn)動(dòng)葉片葉尖、壓氣機(jī)和渦輪各級(jí)之間的封嚴(yán)裝置表面[ 9 ]，以控制間隙、減少泄露損失。封嚴(yán)涂層可分為兩類，一類是可磨耗涂層，另一類是主動(dòng)磨削涂層。3.1.1 可磨耗涂層

可磨耗涂層，即為噴涂在與轉(zhuǎn)動(dòng)件相配合的靜子環(huán)帶上的允許磨耗的軟涂層，要求具有良好的潤(rùn)滑性、執(zhí)沖蝕性、熱穩(wěn)定性。涂層材料一般利用Al，Cr，Ni等金屬或合金、金屬間合物的良好抗氧化性和熱絕緣性材料作耐高溫基體，輔以石墨、氮化硼、硅藻土等磨損性好的材料作潤(rùn)滑劑。3.1.2 主動(dòng)磨削涂層

主動(dòng)磨削涂層是噴涂在高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子封嚴(yán)算齒(如渦輪葉片的葉冠算齒)上的硬度較高的涂層，它磨削與其對(duì)應(yīng)的密封環(huán)上的可磨耗涂層，但本身盡量不受磨損。因此除了硬度高外，還要具有與基體結(jié)合強(qiáng)度高、隔熱性能好的特性。3.2 耐磨涂層

磨損是航空然氣禍輪發(fā)動(dòng)機(jī)比較常見且危害較大的故障，按其形式可分為磨粒磨損、沖蝕磨損和微動(dòng)磨損等幾種類型[ 10 ]。磨粒磨損主要發(fā)生在轉(zhuǎn)子軸及其軸承等承受較大機(jī)械負(fù)荷有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的部件，通常靠改善潤(rùn)滑來(lái)降低磨損程度;而沖蝕磨損和微動(dòng)磨損常發(fā)生在沒有潤(rùn)滑或不能潤(rùn)滑的機(jī)件，應(yīng)用耐磨涂層可有效減輕磨損。按其主要功能不同，耐磨涂層又可分為耐沖蝕磨損涂層和耐微動(dòng)磨損涂層[ 11 ]。3.2.1 耐沖蝕磨損涂層

沖蝕磨損主要發(fā)生在氣流通道，是含有固體粒子的氣流高速?zèng)_刷葉片造成的。大氣中含有各種粉塵，對(duì)于經(jīng)常執(zhí)行低空飛行任務(wù)的直升機(jī)，沖蝕磨損是其渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)失效的主要形式[ 12 ]。渦輪葉片、渦輪機(jī)匣也會(huì)發(fā)生沖蝕磨損。沖蝕磨損使葉型受到破壞，致使發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降，并且沖蝕點(diǎn)還會(huì)成為疲勞源，造成葉片裂紋甚至斷裂，導(dǎo)致危害性故降發(fā)生。在受沖擊的機(jī)件表面噴涂高密度、高硬度的合金或金屬間化合物材料涂層，可增加機(jī)件表面的硬度，增強(qiáng)耐沖蝕性能。3.2.2 耐微動(dòng)磨損涂層

微動(dòng)磨損產(chǎn)生在有一定正壓作用、工作中有徽小位移往復(fù)運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)接觸表面，也稱振動(dòng)磨損[ 13 ]?；ハ嗯浜匣蚧ハ嘟佑|的兩個(gè)機(jī)件，在振動(dòng)或交互應(yīng)力的作用下都可能發(fā)生微動(dòng)磨損。由于航空始?xì)鉂?rùn)輪發(fā)動(dòng)機(jī)要求重輕，采用柔性結(jié)構(gòu)多，加之溫度變化大，并大量使用鋁、鎂、鈦合金和鎳基合金，微動(dòng)磨損尤為嚴(yán)重[ 14 ]。壓氣機(jī)葉片的減振凸臺(tái)阻尼面和渦輪葉片葉冠阻尼面等是微動(dòng)磨損多發(fā)部位。微動(dòng)磨損的主要危害是所造成的表面損傷不斷發(fā)展，會(huì)加快諸如疲勞磨損等其他形式的故障產(chǎn)生，導(dǎo)致機(jī)件失效。根據(jù)微動(dòng)磨損部位不同的工作條件和材料，噴涂各種耐微動(dòng)磨損涂層，可有效降低微動(dòng)磨損程度，延長(zhǎng)機(jī)件的使用壽命。3.3 抗氧化防腐蝕涂層

抗氧化防腐蝕涂層的主要作用是防止高溫、高壓、高速和高腐蝕性的燃?xì)鈱?duì)發(fā)動(dòng)機(jī)熱部件金屬表面的沖蝕作用，從而減少金屬部件產(chǎn)生氧化、熱腐蝕、合金元素貧化和熱疲勞等破壞。已經(jīng)應(yīng)用的抗氧化防腐蝕涂層，主要有鋁化合物(如NiAl、CoAl或FeAl)涂層MCrAlY(M=Ni，F(xiàn)e或Co等)合金涂層以及高溫陶瓷涂層[ 15 ]。目前正在研究的增加抗氧化防熱腐蝕性能的方法有：①采用既有擴(kuò)散鋁化物又有包覆MCrAlY的化學(xué)改性工藝；②添加增加抗氧化防熱腐蝕性能和提高與基體結(jié)合力的有關(guān)元素，如Hf、Ta和Re等。3.4 熱障涂層

熱障涂層對(duì)氣路的熱量有良好的隔斷作用，而且還具有明顯改善部件抗熱疲勞和抗氧化性。普遍應(yīng)用于渦輪葉片、導(dǎo)向葉片、燃燒室和加力燃燒室簡(jiǎn)體。一般以多層結(jié)構(gòu)形式與底層組合使用，底層起抗氧化和與基體粘接的作用，表層是隔熱層。熱障涂層工藝目前主要采用等離子噴涂、濺射沉積和電子束物理氣相沉積。典型的一種熱障涂層是在抗氧化MCrAIY底層上施加Y203穩(wěn)定化的Zr02隔熱涂層形成的復(fù)合涂層。美國(guó)某實(shí)驗(yàn)室研究表明，該熱障涂層的隔熱效果可達(dá)189 ℃，這將為更有效地提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)的效率和使用壽命展示了良好的前景[ 16 ]。

3.5 高溫耐磨涂層

航空發(fā)動(dòng)機(jī)是在高負(fù)荷和不同振動(dòng)頻率下工作的，而且還受到高溫、高壓、高速、強(qiáng)腐蝕和帶有碎片氣流產(chǎn)生的強(qiáng)烈沖刷，產(chǎn)生各種形式的磨損。磨損一度成為發(fā)動(dòng)機(jī)零件損壞的主要原因。采用耐磨涂層保護(hù)后，報(bào)廢率大大降低，可見，合理地選用耐磨涂層，改善發(fā)動(dòng)機(jī)零件的耐磨性能是十分重要的。目前應(yīng)用的高溫耐磨涂層主要有WC涂層、Cr3C2涂層、TiC涂層、Ni-Cr-B-Si合金涂層、鎳包鋁涂層和氧化物涂層(如Al2O3、ZrO2、Cr203和TiO2等)以及各種復(fù)合涂層[ 17 ]。一般采用等離子噴涂、爆炸噴涂和超音速噴涂等工藝制取涂層。總之，高溫涂層已經(jīng)成為現(xiàn)代航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)制造中不可缺少的材料。在不斷發(fā)展新型更耐熱的合金材料和更有效的冷卻技術(shù)的同時(shí)，大力發(fā)展高溫防護(hù)涂層是更有實(shí)效的新技術(shù)。目前人們正對(duì)具有梯度成分和多層結(jié)構(gòu)的新型高溫涂層進(jìn)行大量的研究工作，這樣的涂層可以在更高的溫度和較陡的溫度梯度下工作，獲得較好的隔熱效果和抗剝落能力。3.6 鈦合金阻燃涂層

由于欽合金具有密度小、耐熱性及抗腐蝕性好、機(jī)械強(qiáng)度較高等優(yōu)點(diǎn)，先進(jìn)的航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)已普遍采用鈦合金作為壓氣機(jī)機(jī)匣、轉(zhuǎn)子盤、轉(zhuǎn)子葉片、靜子葉片和風(fēng)扇葉片等部件的材料，以減輕發(fā)動(dòng)機(jī)的重量,提高推重比。但普通鈦合金對(duì)持續(xù)然燒敏感，在高溫、高壓或劇烈沖擊下易起火燃燒，嚴(yán)重危害著飛行安全。用其它材料代替杖合金。如采用合金鋼壓氣機(jī)靜子機(jī)匣、用鎳合金做高壓壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)子材料，雖有效解決鈦合金燃燒問(wèn)題，但是卻不同程度地增加了發(fā)動(dòng)機(jī)重量,降低了發(fā)動(dòng)機(jī)性能。目前還沒有更好的材料完全取代鈦合金在航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用，在今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)鈦合金仍然是不可或缺的航空材料。為了保證鈦合金的使用安全性，國(guó)外的航空材料學(xué)家一直致力于鈦合金阻燃燒涂層的研究，并取得了一定的研究成果。鈦合金阻染涂層目前主要用于鈦合金材料制成的壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片和機(jī)匣內(nèi)環(huán)[ 18 ]。應(yīng)用于轉(zhuǎn)子葉片的阻燃涂層要具有較高的硬度、良好的抗腐蝕性和抗熱蠕變疲勞性能，且涂層表面應(yīng)有很高的光沽度，以減少對(duì)氣流的葉片附面層阻力。用于機(jī)匣內(nèi)環(huán)的涂層，應(yīng)同時(shí)具有封嚴(yán)涂層的功能，以提高壓氣機(jī)效率。鈦合金阻燃涂層一般采用PVD法,CVD法以及常規(guī)的電被方法。鈦合金機(jī)匣的阻燃涂層一般用VPS法和爆炸噴涂等熱噴涂工藝制備[ 19 ]。涂層技術(shù)的發(fā)展方向

工業(yè)科技的發(fā)展促進(jìn)了涂層技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)，涂層技術(shù)的發(fā)展也必須適應(yīng)工業(yè)科技的發(fā)展?，F(xiàn)代涂層技術(shù)要在未來(lái)的工業(yè)中體現(xiàn)出巨大的作用，必須從以下方面做出深入研究和改進(jìn):

(1)深化涂層理論的改善和測(cè)量?jī)x器的研究從微觀的角度分析摩擦磨損的機(jī)理，研究涂層在摩擦學(xué)在工業(yè)中的應(yīng)用。研究在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，形成相關(guān)嚴(yán)密的覆層失效評(píng)估體系。

(2)研究開發(fā)新型涂層材料。涂層材料是制備優(yōu)良涂層的物質(zhì)基礎(chǔ)，不斷開發(fā)優(yōu)良的耐磨耐腐蝕以及不同環(huán)境需求的優(yōu)質(zhì)涂層材料是保證表面工程強(qiáng)大生命力的基礎(chǔ)，開發(fā)在表面工程技術(shù)加工過(guò)程中自形成新材料的功能涂層能夠更加顯示出表面工程的優(yōu)越性。

(3)開發(fā)多功能涂層。隨著工業(yè)的發(fā)展，許多行業(yè)需要特殊涂層,如防滑涂層、隱身涂層、吸熱涂層、隔熱涂層、導(dǎo)電涂層、催化涂層等，采用激光、高能電子束、離子束等現(xiàn)代先進(jìn)表面技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，制備特殊結(jié)構(gòu)，特殊要求的功能涂層，具有很好的發(fā)展前景。

(4)實(shí)現(xiàn)涂層工程的清潔生產(chǎn)。表面工程基本來(lái)說(shuō)是屬于節(jié)能環(huán)保型工程，但某些技術(shù)任然存在污染問(wèn)題，比如涂裝、電鍍熱處理等。研究從設(shè)計(jì)、制造到運(yùn)行全過(guò)程的無(wú)污染的、節(jié)約型的、再生的涂層技術(shù)工程，也是涂層技術(shù)工程一個(gè)基本發(fā)展趨勢(shì)。

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第五篇：激光表面改性技術(shù)

1激光表面改性技術(shù)發(fā)展歷程

激光的發(fā)明及應(yīng)用是20世紀(jì)對(duì)人類文明及社會(huì)進(jìn)步影響最深遠(yuǎn)的重大科技成果之一，激光技術(shù)在材料科學(xué)及制造科學(xué)中的應(yīng)用，大大促進(jìn)了材料科學(xué)與工程及先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展激光表面改性是運(yùn)用高能激光束對(duì)工件表面進(jìn)行改變性能的技術(shù)，具有許多獨(dú)有的特點(diǎn)。從20世紀(jì)60年代激光問(wèn)世以來(lái)，激光技術(shù)作為一門嶄新的高新技術(shù)，幾乎在各行各業(yè)都獲得了重要的應(yīng)用。20世紀(jì)70年代中期大功率激光器的出現(xiàn)，使激光綠色再制造技術(shù)不僅在研究和開發(fā)方面得到迅速發(fā)展，在工業(yè)應(yīng)用方面也取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。經(jīng)過(guò)30年的迅猛發(fā)展，激光綠色再制造技術(shù)已在汽車、冶金、紡織等行業(yè)得到成功的應(yīng)用，獲得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。激光技術(shù)在我國(guó)經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，取得了上千項(xiàng)科技成果，許多已用于生產(chǎn)實(shí)踐，激光加工設(shè)備產(chǎn)量平均每年以20％的速度增長(zhǎng)，為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)改造、提高產(chǎn)品質(zhì)量解決了許多問(wèn)題，如激光毛化纖技術(shù)正在寶鋼、本鋼等大型鋼廠推廣，將改變我國(guó)汽車覆蓋件的鋼板完全依賴進(jìn)口的狀態(tài)，激光標(biāo)記機(jī)與激光焊接機(jī)的質(zhì)量、功能、價(jià)格符合國(guó)內(nèi)目前市場(chǎng)的需求，市場(chǎng)占有率達(dá)90％以上。激光具有四大特性:高亮度、高方向性、高單色性和高相干性。激光的能最密度高（可達(dá)104-108 M/cm2)，作用于工件表面時(shí)形成局部高溫，基體的加熱速度和冷卻速度極快，般可達(dá)104-108 ℃/S。與傳統(tǒng)的熱加工技術(shù)相比，激光加工對(duì)基體的熱影響區(qū)小得多，因此工件一般不產(chǎn)生熱變形或變形量極小。此外，由于激光加工是光子與材料相互接觸，故而對(duì)環(huán)境的污染小，是名副其實(shí)的綠色加工技術(shù)。進(jìn)行激光表面改性處理的目的是為了制取與基體性能有較大差異的改性層，它包括激光淬火、激光表面合金化、激光熔覆等技術(shù)。激光淬火是運(yùn)用高能激光束對(duì)工件以定速度進(jìn)行掃描，使工件在激光照射下瞬間達(dá)到相變點(diǎn)以上高溫，然后以極高的速度冷卻，達(dá)到表面淬火的效果。激光表面合金化是添加某一種或幾種合金元素在基體表面，在激光束的照射下形成熔池，并與基體材料發(fā)生冶金反應(yīng)，獲得含基體元素和添加元素的合余改性層。激光熔覆是將某種合金直接熔焊在基體表面，它與激光表面合金化比較類似，但兩者的區(qū)別在于激光熔覆過(guò)程中表面改性層一般不摻雜基體元素。

表面工程

激光表面改性技術(shù)是提高金屬表面性能的有效手段，能夠大幅度提高工件的使用壽命。與其他一些金屬表面改性技術(shù)相比，激光表面改性技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)十分突出：○1激光表面改性層稀釋率低，且既可是多組元的化合物層，也可以是具有多種性能匹配的梯度涂層;○2激光表面改性層厚度容易調(diào)節(jié)，并可采用機(jī)加工的方式控制表面精度;○3激光表面改性層與基體呈牢固的冶金結(jié)合，不會(huì)出現(xiàn)剝落現(xiàn)象;4○激光表面改性處理速度快，熱影響區(qū)小，不會(huì)引起基材性能和尺寸變化。

綜上所述，采用先進(jìn)的激光表面改性技術(shù)，直接在金屬表面制備一層具有低摩擦系數(shù)、優(yōu)異耐磨性能、優(yōu)異抗高溫氧化性能或優(yōu)異的生物力學(xué)相容性并與金屬基材之間為牢固冶金結(jié)合的特殊材料的冶金涂層，無(wú)疑是在保持金屬固有性能優(yōu)點(diǎn)的條件下，從根本上解決金屬性能缺點(diǎn)的最有效、最經(jīng)濟(jì)、最靈活和最具可設(shè)計(jì)性的方法之一。

2激光技術(shù)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

激光加工是國(guó)外激光應(yīng)用中最大的項(xiàng)目，也是對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造的重要手段，主要是kW級(jí)到10kW級(jí)CO2激光器和百瓦到千瓦級(jí)YAG激光器實(shí)現(xiàn)對(duì)各種材料的切割、焊接、打孔、刻劃和熱處理等。據(jù)1997~1998年的最新激光市場(chǎng)評(píng)述和預(yù)測(cè)，1997年全世界總激光器市場(chǎng)銷售額達(dá)32.2億美元，比1996年增長(zhǎng)14％，其中材料加工為 8.29億美元，醫(yī)療應(yīng)用3億美元，研究領(lǐng)域1.5億美元。1998年總收入預(yù)計(jì)增長(zhǎng)19％，可達(dá)到38.2億美元。其中占第一位的材料加工預(yù)計(jì)超過(guò)10 億美元，醫(yī)用激光器是國(guó)外第二大應(yīng)用。

我國(guó)科研成果轉(zhuǎn)化為商品的能力差，許多有市場(chǎng)前景的成果停留在實(shí)驗(yàn)室的樣機(jī)階段；激光加工系統(tǒng)的核心部件激光器的品種少、技術(shù)落后、可靠性差。國(guó)外不僅二級(jí)管泵浦的全固態(tài)激光器已用于生產(chǎn)過(guò)程中，而且二級(jí)管激光器也被應(yīng)用，而我國(guó)二極管泵浦的全固態(tài)激光器還處在剛開始研究開發(fā)階段。對(duì)加工技術(shù)的研究少，尤其對(duì)精細(xì)加工技術(shù)的研究更為薄弱，對(duì)紫外波激光進(jìn)行加工的研究進(jìn)行的極少。激光加工設(shè)備的可靠性、安全性、可維修性、配套性較差，難以滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要。而歐美及日本主要的大型船廠已大量采用激光加工技術(shù)。目前美國(guó)、歐洲等地區(qū)正在進(jìn)行大功率光纖激光工

表面工程

業(yè)加工設(shè)備的開發(fā) , 正在開發(fā)的有 2KW、6KW 輸出的工業(yè)級(jí)光纖激光器的加工設(shè)備的二次開發(fā)。我國(guó)已開發(fā)出了中小功率系列工業(yè)光纖激光設(shè)備 , 但大功率光纖激光器工業(yè)加工應(yīng)用尚是空白 , 在我國(guó)造船工業(yè)中幾乎還沒有使用激光加工技術(shù)。

激光表面改性技術(shù)是材料表面工程技術(shù)最新發(fā)展的領(lǐng)域之一。這項(xiàng)技術(shù)主要包括激光表面相變硬化、激光熔覆、激光合金化、激光熔凝、激光沖擊硬化、激光非晶化及微精化等多種工藝。其中，激光相變硬化和激光熔覆是目前國(guó)內(nèi)外研究和應(yīng)用最多的兩種工藝。

激光表面相變硬化: 與傳統(tǒng)熱處理工藝相比，激光表面相變硬化具有淬硬層組織細(xì)化、硬度高、變形小、淬硬層深精確可控、無(wú)須淬火介質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，可對(duì)碳鋼、合金鋼、鑄鐵、鈦合金、鋁合金、鎂合金等材料所制備的零件表面進(jìn)行硬化處理。

激光熔覆:是指以不同的添料方式在被熔覆基體表面上放置被選擇的涂層材料經(jīng)激光幅照使之和基體表面一薄層同時(shí)熔化，并快速凝固后形成稀釋度極低，與基體成冶金結(jié)合的表面涂層，從而顯著改善基材表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性的工藝方法。與堆焊、噴涂、電鍍和氣相沉積相比，激光熔覆具有稀釋度小、組織致密、涂層與基體結(jié)合好、適合熔覆材料多、粒度及含量變化大等特點(diǎn)。

1、激光表面改性的技術(shù)特點(diǎn)

（1）可在零件表面形成細(xì)小均勻、層深可控、含有多種介穩(wěn)相和金屬間化合物的高質(zhì)量表面強(qiáng)化層?？纱蠓忍岣弑砻嬗捕取⒛湍バ院涂菇佑|疲勞的能力以及制備特殊的耐腐蝕功能表層；

（2）強(qiáng)化層與零件本體形成最佳的冶金結(jié)合，解決許多傳統(tǒng)表面強(qiáng)化技術(shù)難以解決的技術(shù)關(guān)鍵；

（3）易與其它表面處理技術(shù)復(fù)合，激光表面改性可以方便地與其它表面工程技術(shù)結(jié)合起來(lái)，產(chǎn)生所謂第二代表面工程技術(shù)——復(fù)合表面改性技術(shù)。可以綜合傳統(tǒng)表面改性技術(shù)與激光表面改性的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)甚至消除各自的局限性，展示了很大的潛力；

（4）由于高能量密度的激光作用，可實(shí)現(xiàn)工件快速加熱到相變溫度以上，并依靠零件本體熱傳導(dǎo)實(shí)現(xiàn)急冷，無(wú)須冷卻介質(zhì)，而冷卻特性優(yōu)異。形成的表面強(qiáng)化層 3

表面工程

硬度比常規(guī)方法處理的高15%~20%左右，添加合金元素和特殊的工藝方法，可顯著提高工件的綜合性能；

（5）激光束能量密度高，對(duì)非激光照射部位幾乎沒有影響，即熱影響區(qū)小，工件熱變形可由加工工藝控制到較小的程度，后續(xù)加工余量小。有些加工件經(jīng)激光處理后，甚至可直接投入使用；

（6）由于是無(wú)接觸加工，激光束的能量可連續(xù)調(diào)整，并且沒有慣性。配合數(shù)控系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)柔性加工。另外，激光束的可控性好，只要采用光學(xué)的束操作技術(shù)來(lái)適當(dāng)?shù)匾龑?dǎo)激光束至工件的不同部位，就可以實(shí)現(xiàn)精確的可選擇的材料局部表面改性。可處理零件的特定部位及其它方法難以處理的部位，以及表面有一定高度差的零件，可進(jìn)行靈活的局部強(qiáng)化；

（7）無(wú)須真空條件，即使在進(jìn)行特殊的合金化處理時(shí)，也只需吹保護(hù)性氣體即可有效防止氧化及元素?zé)龘p；

（8）易于實(shí)現(xiàn)信息化、智能化，可以引入近代計(jì)算機(jī)、機(jī)器人等高技術(shù)裝備，使激光束的產(chǎn)生及操縱信息化、智能化，例如已推出的可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀立體工件的多種類表面工程的五軸聯(lián)動(dòng)激光柔性加工中心，它作為一種新型的光、機(jī)、電一體化的工作母機(jī)，顯示了很大的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。另外，配有計(jì)算機(jī)控制的多維空間運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)的現(xiàn)代大功率激光器，特別適用于生產(chǎn)率很高的機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)；

（9）激光器本身具有很大的發(fā)展?jié)摿?，產(chǎn)生激光束的裝置無(wú)論品種還是效率都有很大的發(fā)展?jié)摿?2、半導(dǎo)體激光表面改性

最近十年，激光熔覆技術(shù)已被用來(lái)修復(fù)各種零件的破損部分。然而YAG和CO2激光器產(chǎn)生的與材料尤其是金屬材料耦合不夠理想的激光束和成本高的問(wèn)題一直阻礙著該項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。通過(guò)調(diào)整激光熔覆條件可以取得進(jìn)展，但是仍然面臨著熱循環(huán)對(duì)基體金屬會(huì)產(chǎn)生較大影響這一難題。半導(dǎo)體激光器有望解決這一難題。因此半導(dǎo)體激光熔覆技術(shù)將為零件破損部分的修復(fù)開辟一個(gè)全新的領(lǐng)域。該技術(shù)的推廣有利于報(bào)廢零件的循環(huán)再利用，從而可以大大節(jié)約成本。

3、集成化激光智能制造及柔性加工[2-4]

激光表面改性本身就是材料科學(xué)與工程、激光、現(xiàn)代制造、計(jì)算機(jī)控制、智能測(cè)量等多學(xué)科或?qū)W科方向的跨學(xué)科結(jié)合的產(chǎn)物，因此針對(duì)重大工程應(yīng)用目標(biāo)，例如汽車沖壓模，研制集成化的激光智能制造及柔性加工系統(tǒng)具有重要意義。

表面工程

激光柔性加工是新興的加工技術(shù),其過(guò)程仿真的研究從一開始就可以綜合考慮幾何與物理層面以進(jìn)行完整仿真。以汽車覆蓋件模具的激光表面硬化過(guò)程為例,綜合分析影響其加工效果的各種加工因素，建立激光硬化加工工藝力學(xué)模型，并嵌入到虛擬激光柔性加工平臺(tái)中，在虛擬環(huán)境中進(jìn)行完整的過(guò)程仿真。

激光柔性加工是由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同批量、不同種類的產(chǎn)品采取不同激光加工方式(切割、焊接、表面處理等)，進(jìn)而提高設(shè)備利用率，縮短產(chǎn)品周期，提高對(duì)市場(chǎng)的響應(yīng)速度和競(jìng)爭(zhēng)能力的一種自動(dòng)化加工。激光加工方式不同，即與材料的作用機(jī)理不同,因此不可能建立一個(gè)可以囊括所有機(jī)理的物理模型,但虛擬加工平臺(tái)是針對(duì)柔性設(shè)備而建，故可以建立一個(gè)統(tǒng)一的虛擬激光加工平臺(tái)、統(tǒng)一的體系結(jié)構(gòu)。將不同激光加工方式的物理模型嵌入虛擬平臺(tái)中就可以進(jìn)行完整過(guò)程仿真。激光柔性加工過(guò)程是加工機(jī)器人將激光加工頭帶到需要加工的加工區(qū),加工頭以一定方向輸出激光來(lái)加工材料(切割、焊接、表面處理等)。3.激光表面工程技術(shù)主要應(yīng)用領(lǐng)域

石油和冶金行業(yè)的應(yīng)用 目前，我國(guó)冶金行量已有二十多家相繼組建成功和將籌建激光加工中心，進(jìn)行冶金機(jī)械備件的激光表面淬火、熔覆、合金化、軋輥表面激光毛化(刻花)、薄鋼板激光切割、焊接等激光表面加工技術(shù)。從對(duì)我國(guó)部分鋼鐵企業(yè)應(yīng)用激光加工技術(shù)的考察表明：激光加工設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠、加工成本低、加工工藝技術(shù)成熟、產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益顯著。可以利用激光表面強(qiáng)化處理冶金大宗消耗備件，例如：鑄鐵軋輥、鑄鋼軋輥、園盤熱鋸片、熱剪刃、輸送輥、扭轉(zhuǎn)輥、導(dǎo)衛(wèi)、導(dǎo)衛(wèi)盒、撓結(jié)機(jī)滑板角合器、軋機(jī)人字齒輪軸、齒接手、天車輪、減速機(jī)齒輪、齒輪軸、平面蝸桿、拉絲機(jī)卷筒、塔輪、托輥、鏈輪、鏈板、銷套、銷軸等形狀各異、大小不等的備件。如新疆八一鋼鐵公司對(duì)齒輪、軸、天車輪導(dǎo)衛(wèi)、軋輥等的激光強(qiáng)化處理，硬度均提高0.5~1倍以上。汽車和磨具行業(yè)的應(yīng)用

在汽車工業(yè)方面，激光表面強(qiáng)化工藝有廣泛的應(yīng)用前景。它可以改善工件表面的耐磨、耐蝕、耐高溫等性能。延長(zhǎng)在各種惡劣工作條件下工作的汽車零部件如軸承、軸承保持架、氣缸、襯套、活塞環(huán)、凸輪、心軸、閥門和傳動(dòng)構(gòu)件等的使用壽命，從而提高汽車整體的使用性能。目前全球汽車制造商對(duì)生產(chǎn)量最大的6缸汽油發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸大都已采用球墨鑄鐵材質(zhì)。球鐵經(jīng)激光表面強(qiáng)化處理后，可使其軸頸的耐磨性有較大幅度提高。激光表面強(qiáng)化是一種局部的表面處理的好方法，特別適于不要求整體強(qiáng)化或其它方法難以處理的零件。對(duì)于汽車上所用各種牌號(hào)的鑄鐵、碳鋼、低合金鋼、工具鋼、彈簧鋼等零件有一定的應(yīng)用前景。激光表面改性技術(shù)在模具行業(yè)受到了廣泛的重視和推廣，在經(jīng)濟(jì)效益和項(xiàng)目開發(fā)上呈現(xiàn)

表面工程

不斷上升的趨勢(shì)。美國(guó)莫斯德克公司采用屏蔽方法，成功地對(duì)模具刃口實(shí)施了激光淬火。即通過(guò)適當(dāng)?shù)钠帘危辜す廨椛湓谌锌诘膬蓚?cè)面上，熱量由金屬體傳達(dá)刃口，使其控制在相變溫度范圍內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)淬火的目的。該方法還適用于汽車增壓渦輪葉片排氣邊的熱處理。具體做法是用不銹鋼薄壁管作為屏蔽物，管內(nèi)通水冷卻，流量為5加侖／秒。管子離開刃口一定距離，激光直對(duì)刃口掃描，模具刃口兩側(cè)面受熱，熱量由兩側(cè)面?zhèn)鲗?dǎo)而匯合于刃口，從而使刃口部位的溫度控制在淬火所需溫度以實(shí)現(xiàn)淬火。激光綠色再制造的未來(lái)

激光綠色再制造技術(shù)，是未來(lái)工業(yè)應(yīng)用潛力最大的綠色再制造技術(shù)之一。具有很大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，廣泛應(yīng)用于機(jī)械

電器

航空

兵器

汽車等制造行業(yè)。利用激光表面處理技術(shù)在一些表面性能差和價(jià)格便宜的基體金屬表面合金層，用以取代昂貴的整體合金，節(jié)約貴金屬和戰(zhàn)略材料，使廉價(jià)材料獲得應(yīng)用，從而大幅度降低成本。還可以用來(lái)研制新材料和代用材料，制造出在性能上與傳統(tǒng)冶金方法根本不同的表面合金，應(yīng)用在太空

高溫和化學(xué)腐蝕環(huán)境條件下的機(jī)械零件上。還可推廣應(yīng)用于冶金、機(jī)械和船舶維修中，關(guān)鍵部件的尺寸修復(fù)，例如各種軋機(jī)軋輥、大型船舶的艉軸、軸承座，發(fā)電機(jī)、舵機(jī)、錨機(jī)等輔機(jī)軸，各種閥門密封面、泵軸套、柱塞、機(jī)械密封環(huán)等運(yùn)動(dòng)部件，這些部件往往由于關(guān)鍵部位磨損超差，不能使用，針對(duì)部件材質(zhì)、磨損形式和使用條件，選擇適當(dāng)?shù)募す獗砻鎻?qiáng)化技術(shù)進(jìn)行修復(fù)，壽命甚至比原部件高。激光綠色再制造已呈現(xiàn)出具有廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景。

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