金属表面改性

表面改性技术主要包括6类：①表面形变强化。采用高速弹丸打击、挤压或辊压金属零件的表面，使其产生塑性变形，引起表层显微组织发生变化，产生表层压应力，从而提高材料抗应力腐蚀和抗疲劳断裂的能力，改善和提高零件的可靠性和耐久性。这项技术已经在航空、航天、机械、纺织、汽车、铁道等工业中得到了广泛的应用，并已作为这些行业设计人员设计的重要内容。②表面相变强化。采用近代技术（如激光束、电子束等）对金属零件的表面进行快速加热，使金属表面、亚表面形成新的相变区和表面强化区。③离子注入。利用真空系统中离化出的离子，在高电压下加速，直接注入材料表面，形成很薄的离子注入层，改变材料表面的组成与结构，改善材料表面的性能。这种方法已广泛用于半导体器件生产，使半导体的精细掺杂加工技术产生突破性的进展。离子注入还可以用于改善金属与合金材料的摩擦磨损特性，提高材料的抗氧化能力和耐蚀性。④表面扩散渗入。又称表面合金化。将金属或非金属沉积在基体金属表面上，通过扩散作用渗入到基体金属表面内，改变材料表面的化学组成和相结构，提高材料表面的性能，如提高材料表面抗高温氧化、抗热腐蚀、抗电化学腐蚀、耐摩擦磨损、耐酸、耐碱等。⑤化学转化。将金属零件放入一定的溶液介质中处理，使其表面形成钝性化合物膜层，以提高材料表面的性能。钝性化合物膜层主要为铬酸盐钝化膜、磷酸盐膜、草酸盐膜及钢铁件的发蓝等。表面粗糙度的降低（磨光、抛光、滚光等）及表面着色也属于这一类。⑥电化学转化。这是一种在电解质溶液中，通过外电流的作用使工件表面形成氧化膜的技术，又称为阳极氧化，也称为阳极化。镁、铝、钛及其合金易于形成这类阳极氧化膜层。90年代出现的微弧等离子体阳极氧化，能极大地提高表面硬度（达到维氏硬度800～2 500）或形成新型彩色装饰膜层，可望用于与摩擦磨损有关的行业或新型建筑行业。 2100433B

表面改性设备可分为干法和湿法两类。非金属矿粉常用的干法表面改性设备是SLG型连续粉体表面改性机，高速加热混合机，涡流磨及PSC型粉体表面改性机等。常见的湿法表面改性设备为可控温反应罐和反应釜。

表面改性方法很多。能够改变粉体表面或界面物理化学性质的方法，如表面有机包覆、液相化学沉淀包覆、气相物理沉积，机械力化学、层状结构粉体插层等都可称为表面改性方法。二十一世纪初工业上无机粉体表面改性常用的方法主要有表面有机包覆、沉淀反应包覆、机械力化学及复合法等。

表面有机包覆改性是最常用的无机粉体表面改性方法。这是一种利用有机表面改性剂分子中的官能团在颗粒表面吸附或化学反应对颗粒表面进行改性的方法。所用表面改性剂主要有偶联剂(硅烷、钛酸酯、铝酸酯、锆铝酸酯、有机络合物、磷酸酯等)、高级脂肪酸及其盐、高级胺盐、硅油或硅树脂、有机低聚物及不饱和有机酸、水溶性高分子等。

沉淀反应包覆是利用化学沉淀反应将表面改性物沉淀包覆在被改性颗粒表面，是一种“无机/无机包覆”或“无机纳米/微米粉体包覆”的粉体表面改性方法或粒子表面修饰方法。粉体表面包覆纳米TiO₂、ZnO、CaCO₃等无机物的改性，就是通过沉淀反应实现的，如云母粉表面包覆TiO₂制备珠光云母；钛白粉表面包覆SiO₂和Al₂O₃以及硅藻土和煅烧高岭土表面包覆纳米TiO₂和ZnO；硅灰石粉体表面包覆纳米碳酸钙和纳米硅酸铝。

机械力化学改性是利用粉体超细粉碎及其它强烈机械力作用有目的地激活颗粒表面，使其结构复杂或表面无定形化，增强它与有机物或其他无机物的反应活性。机械化学作用可以提高颗粒表面的吸附和反应活性，增强其与有机基质或有机表面改性剂的使用。以机械力化学原理为基础发展起来的机械融合技术，是一种对无机颗粒进行复合处理或表面改性，如表面复合、包覆、分散的方法。

插层改性是指利用层状结构的粉体颗粒晶体层之间结合力较弱(如分子键或范德华键)或存在可交换阳离子等特性,通过离子交换反应或特性吸附改变粉体性质的方法。因此，用于插层改性的粉体一般来说具有层状晶体结构，如石墨、蒙脱土、蛭石、高岭土等。

复合改性是指综合采用多种方法（物理、化学和机械等）改变颗粒的表面性质以满足应用的需要的改性方法。应用的复合改性方法主要有有机物理/化学包覆、机械力化学/有机包覆、无机沉淀反应/有机包覆等。