第一篇：材料表面技术
（2014-2015学年第一学期）；《高分子材料改性》；课程论文；题目：纳米粒子增韧聚氯乙烯研究新进展；姓名：周凯；学院：材料与纺织工程学院；专业：高分子材料与工程；班级：高材121班；学号：201254575128；任课教师：兰平；教务处制；2014年12月30日；纳米粒子增韧聚氯乙烯研究新进展；摘要；通用塑料的高性能化和多功能化是开发新型材料的一个；一．
（2014-2015学年第一学期）《高分子材料改性》 课程论文
题 目： 纳米粒子增韧聚氯乙烯研究新进展 姓 名： 周 凯
学 院： 材料与纺织工程学院 专 业： 高分子材料与工程 班 级： 高材121 班 学 号： 201254575128 任课教师： 兰平教 务 处 制 2014年12月30日
纳米粒子增韧聚氯乙烯研究新进展 摘 要
通用塑料的高性能化和多功能化是开发新型材料的一个重要趋势, 而将纳米粒子作为填料来填充改性聚合物, 是获得高强高韧复合材料有效方法之一。本文对近年来纳米增韧PVC 的制备方法, 增韧机理和发展趋势进行了说明。关键词: 聚氯乙烯 纳米材料 增韧
一． 研究背景 随着科学技术的发展, 人们对材料性能的要求越来越高。聚氯乙烯作为第二大通用塑料, 具有阻燃、耐腐蚀、绝缘、耐磨损等优良的综合性能和价格低廉、原材料来源广泛的优点, 已被广泛应用于化学建材和其他部门。但是, 聚氯乙烯在加工应用中, 尤其在用作结构材料时也暴露出了抗冲击强度低、热稳定性差等缺点。纳米技术的发展及纳米材料所表现出的优异性能, 给人们以重大的启示。人们开始探索将纳米材料引入PVC 增韧改性研究中, 并发现增韧改性后的PVC 树脂具有优异的韧性, 刚度及强度得到显著改善, 而且热稳定性、尺寸稳定性、耐老化性等也有较大提高, 纳米复合材料已经成为PVC增韧改性的一个重要途径。本文主要介绍了近几年来纳米复合材料在PVC 增韧改性方面的研究现状 和发展趋势[1]。
二． 纳米CaCO3 增韧PVC 碳酸钙是高分子复合材料中广泛使用的无机填料。在橡胶、塑料制品中添加碳酸钙等无机填料, 可提高制品的耐热性、耐磨性、尺寸稳定性及刚度等,并降低制品成本, 成为一种功能性补强增韧填充材料, 受到了人们的广泛关注。
2.1 纳米CaCO3 增韧对PVC 力学性能的影响
魏刚等[ 2] 研究指出, 用CPE 包覆后纳米CaCO3填充PVC 的冲击强度均要比未包覆处理填充体系的略低, 而拉伸强度则相反。特别是在包覆小份量CaCO3(2 份)时, 所得复合材料的冲击强度甚至比PVC/ CPE(8 份)基体的低12%, 而拉伸强度则出现最大值, 比基体的高8.9% 左右, 如图2-1 所示。
熊传溪、王涛等[3] 研究发现两种粒径的纳米晶PVC 均能起到显著的增韧和增强作用, 且粒径小的纳米晶PVC 作用更明显, 而且偶联剂用量对试样的拉伸强度和冲击强度也有很大的影响。
2.2 纳米CaCO3对CPE/ACR共混增韧PVC力学性能的影响
如图2-2所示，为CPE/ACR共混物对PVC冲击强度的影响。从图2-2中可以看出当CPE/ACR/PVC为10/2/100时，共混体系的冲击强度达到最大，明显优于单一CPE或单一ACR对PVC的增韧效果。这是由于10mpr的CPE在PBC基体相中可能已经形成了完整的网络结构，这种网络结构可以吸收部分冲击能量而赋予共混体系一定的冲击强度，而在此基础上再添加2phr ACR后，由于核壳ACR在PVC 基体相以及CPE网络中呈颗粒状分布，它们诱发基体产生大量的剪切带和银纹而
图2-1 两种填充方法对复合材料力学性能的影响 图2-2 CPE/ACR共混物对PVC冲击性能的影响
使材料的冲击强度得到进一步提高，较之单一增加CPE的用量有更好的改性效果，表现出明显的协同增韧作用[9]。
图2-3 PVC/CPE/改性纳米碳酸钙复合材料的SEM照片
古菊、贾德民等发现改性纳米碳酸钙与CPE互配，可以对PVC实现良好的协同增韧增强的效果，改性纳米碳酸钙的加入不仅有效地提高PVC/CPE体系的韧性和强度，还可提高材料的耐热性能及可加工性能。刚性的改性纳米碳酸钙与弹性体氯化聚乙烯之间表现出良好的协同增韧效果。所制得的PVC/CPE/R-CaCO3复合
材料避免了常规的弹性体增韧聚氯乙烯所带来的强度、刚度下降，耐热性能降低、加工性能变差的弊端[4][5]。
2.3纳米碳酸钙填充型粉末丁苯橡胶增韧改性聚氯乙烯
张周达、陈雪梅将冲击试样的断面喷金，在S4800型冷场电子显微镜发射 电子显微镜（SEM）上观察断口的形貌及CaCO3/SBR粒子在PVC基体中的分布时
[6]CO3/SBR量比为15:100时，随着CaCO3/SBR改性剂中纳米碳酸钙含量的提高，PVC冲击强度先升后降，当纳米碳酸钙质量分数为70%击强度达到最大。说明在复合改性剂制备过程中，纳米碳酸钙和丁苯胶乳存在一个最佳配比，在此配比下 的增韧效果较好。苏新清认为，复合改性剂中纳米碳酸钙和丁苯橡胶形成的50nm米碳酸钙粒子包藏于丁苯橡胶颗粒的结构内。据此可知，当复合改性剂中纳米碳酸钙和丁苯橡胶的的质量比为7:3苯橡胶相刚好对纳米碳酸钙粒子进行有效包覆，实现橡胶弹性体和纳米粒子的协同增韧[7]。
2.4聚丙烯酸酯/纳米碳酸钙复合增韧PVC 的研究
马治军，杨景辉[8]备了复合增韧改性剂聚丙烯酸酯/纳米CaCO3(PA-C)，并将其用于硬质聚氯乙烯(PVC)中，（观察表1）加复合改性剂PA-C后，其缺口冲击强度大幅度提高，并且添加10份达到最大值88.64kJ /m2，较添加未改性纳米CaCO3的PVC 复合材料的冲击强度提高了7 倍多。弯曲模量随PA-C 添加量的增加明显增大，拉伸强度仅稍微降低，说明PA-C 能较好分散在PVC 基体材料中，既起到较好的增韧效果，又起到一定的补强作用。这是由于PMMA 与PVC 溶解度参数相同，二者具有较好的相容性。纳米CaCO3表面包覆有一定含量的PMMA，有效地改善了PVC 基体与纳米CaCO3之间的相容性，而且聚丙烯酸酯聚合物中含有一定量的柔性单体聚丙烯酸丁酯，其在CaCO3粒子与基体间形成过渡层，利于能量吸收，而纳米CaCO3为刚性粒子，其添加提高了复合材料的刚性和硬度。
三． 炭黑填充增韧PVC 导电炭黑是一种永久性抗静电剂, 添加后材料不会因水洗、磨损等原因在长期使用中丧失抗静电性能。炭黑还具有高的比表面积和高的表面能, 能吸收润滑剂, 与PVC 界面结合良好。炭黑的填充还能使PVC的熔体粘度大大提高。
陈克正、张言波等[10]研究了纳米导电纤维(nano-F)和华光炭黑(HG-CB)填充硬质PVC 复合材料的电性能以及温度对复合材料体积电阻率的影响及伏安特性, 发现随填料用量的增加, 材料的电阻率逐渐降低。当nano-F、HG-CB的填充量分别达到20、10 份时, 电阻率急剧下降。这说明此时导电填料在PVC 基体中已基本形成导电网络, 填充量继续增加电阻率下降不大。nano-F 填充PVC 复合
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材料特性曲线均呈直线性,即其伏安特性为欧姆性,而；四．SiO2增韧改性PVC；为了改善PVC糊的流变性能及存放性能,陈兴明等采；SiO2的PVC糊,其切力变稀性能可持久地保持,；其切力变稀性能不能持久保持；4.1纳米粒子复合ACR改性聚氯乙烯；王锐兰、王锐刚等[12]采用纳米SiO2粒子作为；液聚合,用此种聚丙烯酸酯复合物和PVC树脂共混,；PVC的改性剂，材料特性曲线均呈直线性, 即其伏安特性为欧姆性, 而HG-CB填充PVC 复合材料特性曲线偏离欧姆性。
四． SiO2 增韧改性PVC 为了改善PVC 糊的流变性能及存放性能, 陈兴明等 采用纳米级SiO2 填充到PVC糊中, 当其用量达到一定值(12份)时可以赋予PVC 糊以明显的切力变稀性能, 而普通超细SiO2 则不能给予PVC 糊以明显切力变稀性能。填充纳米级
SiO2 的PVC 糊, 其切力变稀性能可持久地保持, 而填充普通超细SiO2的PVC 糊, 其切力变稀性能不能持久保持。[11] 4.1 纳米粒子复合ACR 改性聚氯乙烯
王锐兰、王锐刚等[12]采用纳米SiO2 粒子作为种子进行聚丙烯酸酯的原位乳
液聚合, 用此种聚丙烯酸酯复合物和PVC 树脂共混, 结果用偶联剂MAPS预包覆纳米SiO2 再进行原位聚合的ACR, 如表2 所示, 当SiO2 含量为10%时的ACR 作
PVC 的改性剂,有最高的拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度(即破碎率最低), 具有优良的力学性能。
4.2 纳米SiO2包覆HMPC接枝共聚
宇海银[13] 等研究发现, SiO2 经SDS 预处理后包覆羟丙基甲基纤维素(HMPC), 并接枝PMMA, 随着SiO2 /HPMC-PMMA、TiO2/HPMC-PMMA、ZnO/HPMC-PMMA 含量的增加, 冲击强度随之提高。当复合粒子含量分别为10%、10%、20% 左右时, 冲击强度达到最大值61、62、68kJ/ m2。这比纯PVC 的冲击强度 52kJ/ m2 分别提高了19.2、25、31%。
4.3 纳米SiO2添加量对复合材料性能的影响
田满红、郭少云[14] 通过超声波、振磨等方法对纳米粒子进行表面处理, 以促进纳米粒子在基体中的均匀分散, 大幅度提高复合材料的强度和韧性。当纳米SiO2 的添加量为3% 时, 复合材料的综合力学性能最好, 其拉伸强度、冲击强度
和杨氏模量均有较大的提高。振磨处理时间对纳米粒子改善复合材料性能也有影响。处理6h 时改善复合材料的冲击性能效果最好。
4.4聚氨酯弹性体/纳米二氧化硅协同改性聚氯乙烯及其力学性能
王士财、张晓东[15]等用聚氨酯(PU)弹性体/纳米SiO2 复合材料协同改性聚
氯乙烯(PVC), 用反应挤出一步法成型工艺制备了PU 弹性体/纳米SiO2 /PVC 复合材料, 对挤出速率和温度进行了考察, 并对复合材料力学性能的影响因素进行了研究。结果表明, 制备该复合材料的最佳工艺条件是螺杆转速为40~ 50 r/m in、挤出机均化段温度为180~ 190 ℃;用分散于液化二异氰酸酯中的纳米SiO2 制备的复合材料的性能优于用分散于聚醚二元醇中的纳米SiO2;PU 弹性体
和纳米SiO2 能协同增韧PVC, 两者质量比为5/1时增韧改性的效果最佳。当PU 弹性体/纳米SiO2 /PVC(质量比)为5/1/20时, 复合材料的综合力学性能最优, 2冲击强度达到45.6 kJ/m, 拉伸强度为50.3MPa。五.纳米黏土填充增韧PVC PVC/纳米黏土复合材料只需少量的纳米黏土即可使PVC的韧性、强度和刚度显著改善。因PVC分子链的运动受到限制，材料的热稳定性和尺寸稳定性提高，复合材料在二维或三维上均有较好的增韧和增强效果，不同层状黏土可以赋予材料不同的功能。
Mahmood等[16]通过熔融混合制备了有机黏土增强PVC/丙烯腈－丁二烯－苯乙稀（ABS）基体，并研究了纳米黏土对PVC/ABS的形态、流变学和力学性能的影响。结果表明，加入纳米黏土，使PVC/ABS共混物的增韧效果显著增加。当纳米黏土的加入量为5％时，共混物的力学性能达到最佳。此外，添加顺序对黏土在PVC/ABS/黏土纳米复合材料中的分散也有显著影响，通过选择最佳的添加顺序来控制纳米黏土在共混物中的分布。
［17］Shimpi等用常规的双螺杆挤出机进行熔融配共混制备PVC纳米复合材料，并研究了有机物表面改性的蒙脱土（OMMT）对PVC纳米复合材料性能的影响。从图5-1可以看出，冲击强度随着OMMT含量的增加而提高，当OMMT的质量分数为12％时，PVC复合材料的冲击强度达到最高为4.4KJ/m2，如果OMMT的含量大于12％时，复合材料的冲击强度则会下降。
图5-1 ＰＶＣ纳米复合材料简支梁缺口冲击强度
Li等［17］采用震动磨的固态剪切混合技术制备了PVC/高岭土纳米复合材料。经该技术制备的纳米复合材料的拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度较传统方法制备复合材料的显著提高。PVC和高岭土经震动磨处理后加工制备的复合材料中，PVC和片条状高岭土互相穿插，高岭土在PVC基体中形成均一的分散，对PVC基体起到了较好的增强增韧效果。
Hemmati等［18］用2种方法制备出了有机纳米黏土增强PVC/ABS基体复合材料，并研究了纳米黏土对PVC/ABS的形态、流变学和力学性能的影响。一种方法为先将PVC和ABS在170℃熔融混合5min，再将黏土加入共混物中混合7min；另一种方法是先将ABS和黏土在170℃熔融混合5min，再将PVC加入共混物中混合7min。研究发现，当混入黏土的质量分数为5％时，两种方法所制备的纳米复合材料的悬臂梁冲击强度均达到最大值，且第二种方法制备出的纳米复合材料的悬臂梁冲击强度（65J/ｍ）及断裂伸长率大于第一种方法制备的纳米复合材料（45J/ｍ）。
六．“核－壳”纳米粒子对PVC的增韧
将聚酯增塑剂分子通过化学反应或物理作用固定在无机粒子表面形成“核－壳”结构的粒子，将这种粒子与ＰＶＣ复合，一方面可限制增塑剂的迁移，另一方面可提高无机粒子的分散性，可同时实现增塑、增强、增韧和提高耐热性的目的。目前用“核－壳”纳米粒子来提高脆性聚合物的韧性和冲击性能已备受重视。
Chen等［20］通过乳液聚合在交联苯乙烯－共丁二烯核上接枝聚苯乙烯和聚丙烯酸丁酯（PBA）合成了一种新颖的“核－壳”改性剂（MOD），并对其增韧PVC进行了研究。结果表明，MOD对PVC悬臂梁冲击强度的提高有显著作用，其中MOD中丙烯酸丁酯的含量对PVC/MOD的韧性增强时一个重要的因素；PVC/MOD的悬臂梁冲击强度随着MOD中丙烯酸丁酯的含量的增加而显著提高，当MOD中丙烯酸丁酯的含量为40％时，PVC/MOD的悬臂梁冲击强度达到最大为1200J/ｍ。
Yin等[21]首先对埃洛石?高岭土和二氧化硅纳米填料进行表面改性,再嫁接上聚己二酸丁二醇酯(PBA)合成了“核-壳”纳米粒子增塑剂,并将其混入PVC中制备了出高强度和韧性的复合材料?结果表明,相比于未改性的纳米填料,用改性的纳米填料制备的PVC/“核-壳”纳米粒子的强度和韧性都有显著提高?当“核-壳”纳米粒子的含量均为5%时,用未改性的埃洛石?高岭土和二氧化硅纳米粒子嫁接PBA得到的“核-壳”纳米粒子改性PVC制备的PVC/“核-壳”纳米粒子的断裂伸长率分别为5%?5%和7%;改性后的PVC/“核-壳”纳米粒子的断裂伸长率分别为90%?7%和120%? 七.其他无机纳米粒子对PVC的增韧
硅灰石具有吸湿性小、热稳定性好、表面不易划伤等优点，用其填充聚合物，具有快速分散性和低的黏度，在提高冲击、拉伸和挠曲强度等方面都优于其他无 机填料，不足之处是多数硅灰石粉在加工温度下颜色易变灰，从而影响材料的透明度。
杨中文等[22]将硅灰石经硬脂酸稀土改性后,用于填充PVC-U 给水管材,并对管材性能进行分析,结果表明,改性硅灰石可以提高管材的落锤冲击强度及拉伸强度,当粒径在3μm 左右的硅灰石,质量份数为25份时,落锤冲击强度达到1%?同时还使管材的维卡软化温度提高到92.4 ℃,纵向回缩率降低至1.03%,且硅灰 石粒径越小提高越显著? 程博等[23]利用超声作用制备纳米石墨微片(nano-Gs),并采用混酸对其进行表面活化,最后通过熔融共混法制备PVC/nano-Gs复合材料?通过傅里叶红外光谱和SEM 对nano-Gs的结构进行表征,研究了nano-Gs对复合材料导电性能和力学性能的影响?结果表明,随着nano-Gs含量升高,复合材料的拉伸强度及缺口冲击强度均先升高后降低,nano-Gs质量分数为1%时,复合材料的拉伸强度及缺口冲击强度均达到最大值,相比纯PVC分别升高约14%和38%? 凹凸棒土是一种以含水富镁硅酸盐为主的黏土矿,具有特殊纤维状晶体型态的层链状过渡结构?但是凹凸棒土与树脂基体的结合并不好,当材料受到外力时表现出脱黏现象?所以要将纳米凹凸棒土进行改性,改性后的纳米凹凸棒土填充到PVC基体中,能显著改善其力学性能? 郑祥等[24]用钛酸酯偶联剂对凹凸棒土进行表面改性,并研究了经表面处理和未经表面处理的凹凸棒土对PVC/ABS复合材料力学性能的影响,用SEM 观察了PVC/ABS复合材料的冲击断面微观形貌和凹凸棒土的分散情况?从图3可以看出,经表面处理的凹凸棒土添加到PVC/ABS复合材料中缺口冲击强度要好于未改性的,添加10份经表面处理的凹凸棒土可以使复合材料的缺口冲击强度提高到
215.48kJ/m;未经表面处理的凹凸棒土在添加15份时,复合材料的冲击强度达到
最高14.31kJ/m2?分析认为,当添加量逐渐增大时,凹凸棒土在PVC/ABS复合材料中的团聚现象严重,此时凹凸棒土在材料中就是明显的缺陷,对材料已没有了增韧作用? 图7-1 凹凸棒土含量对PVC/ABS复合材料缺口冲击强度的影响 八．结语
通过本次的研究调查发现国内纳米粒子填助剂发展已日新月异，例如2011年陈建军等提出纳米高岭土的固相剪切碾磨制备及对PVC的增强增韧，许海燕等提出MWNT-g-PBA的制备及对PVC的改性，等等研究的推陈出新也使得国内高分子行业呈现生机盎然的形式。国内专家对纳米粒子（最为广泛的是CaCO3）对PVC 的弹性体增韧改性机理、有机刚性粒子增韧机理、无机刚性栗子增韧机理、纤维
状填料增韧机理都有深厚的理论基础和实验结果。
纳米粒子增韧改性PVC，由于纳米材料具有尺寸小，比表面积大而且产生量子效应和表面效应等特点，将纳米材料引入到PVC增韧改性研究中，发现改性后的PVC树脂同时具有优异的韧性、加工流动性、尺寸稳定性和热稳定性，特别是近年来，随着纳米粒子表面处理技术的发展，纳米粒子增韧PVC已经成为国内外研究开发的热点。其增韧机理是纳米粒子的存在产生了应力集中效应，引发周围树脂产生微开裂，吸收一定的变形功；纳米粒子在树脂中还可以起到阻止、钝化裂纹的作用，最终阻止裂纹不致发展为破坏性开裂；由于纳米粒子与基体树脂接触面积大，材料受冲击时会产生更多的微开裂而吸收更多的冲击能。
纳米粒子由于其优良的性能,在塑料的高性能化改性中的应用前景非常广阔?纳米粒子增韧改性PVC具有诸多优势,但同时也存在着纳米原料价格昂贵等致命缺陷?所以发展价格低廉的新型纳米增韧增强剂,寻找更适用?更科学的纳米材料,以获得更好的增韧效果并最终实现工业化生产,是纳米粒子增韧改性PVC研究的一个极其重要的研究方向和努力目标?此外,对于PVC纳米复合材料,还应深入研究其制备方法,探索更加完善的纳米粒子表面改性技术,进一步增加粒子与PVC在纳米尺度上的相容性,并深入研究PVC纳米复合材料的结构与性能,加强理论研究上的深度,使这一新材料能够真正发挥其潜能? 个人认为，纳米材料发展至今，已经步入人民生活的各个方面，对于PVC目前热门的材料改性起到的作用也仍然受到各方面的限制，目前开发工业化比较多的例如CPE、ACR、EVA等这些高分子助剂然后添加纳米粒子的方法使得共混的效果更加好，对增强和增韧也更有利，这些共混体系的缺口冲击强度是未改性PVC的数倍之多，由此我个人觉得在PVC与其他高分子聚合物共混呈现不相容性时，添加CPE/ACR弹性体（做增溶剂）等方法提高PVC与其他高分子聚合物之间的相容性，从而增加界面黏附强度，对于今后的更多PVC复合材料有极大的意义。
参考文献：
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第二篇：不锈钢表面处理技术
镀钛板系列：通过离子真空镀膜机进行加工处理，从而在不锈钢板面形成丰富多彩的金属膜。
应用范围：主要用在建筑装璜、电梯装璜、厨房设备、设施装璜等不锈钢系列产品。
发丝板系列：用适当粒度抛光砂带的连续研磨花纹的产品，具有较佳的光泽度（干发丝光泽度较低）
和纹板系列：通过对不锈钢表面不断的压力研磨，形成不规则的横向短弯丝
应用范围：主要用在建筑装璜、电梯装璜、厨房设备、设施装璜等不锈钢系列产品。
蚀刻板系列：通过在不锈钢板表面丝网印刷、烘干后，浸入化学腐蚀液中，通过化学反应，腐蚀掉部分表面，从而在不锈钢表面形成各种设计图形。
应用范围：用于电梯装潢、电器产品、建筑装饰、厨房设备、室内外设计装潢等不锈钢系列产品。
压花板系列：通过机械设备在不锈钢板上进行压纹加工，使板面出现凹凸图纹。
应用范围：主要用在建筑装璜、电梯装璜、厨房设备、设施装璜等不锈钢系列产品。
镜面板系列：用研磨液通过抛光设备在不锈钢板面上进行抛光，使板面光度像镜子一样清晰。
应用范围：主要用在建筑装璜、电梯装璜、工业装璜、设施装璜等不锈钢系列产品。
第三篇：表面改性技术综述
表面改性技术综述
表面改性是指采用某种工艺和手段使材料获得与其基体材料的组织结构性能不同的一种技术。材料经过改性处理之后，既能发挥材料基体 的力学性能，又能使材料表面获得各种特殊性能，如耐磨，耐腐蚀，耐高温，合适的射线吸收等。
金属表面改性技术在冶金、机械、电子、建筑、轻工、仪表等各个工业部门乃至农业和人们日常生活中都有着广泛的用途, 其种类繁多。除常用的喷丸强化、表面热处理等传统技术外,近些年还快速发展了激光、电子和离子等高能束表面处理技术。今后, 随着物理学、材料学等相关学科的迅速发展, 还将不断涌现出新的表面改性技术。尤其是复合表面技术的发展, 有可能获得意想不到的效果。金属表面改性技术的飞速发展和不断创新, 将进一步推动其在工农业生产中的应用, 带来显著的经济效益。
传统的表面改性技术有：表面形变强化、表面热处理、表面化学热处理、离子束表面扩渗处理、高能束表面处理、离子注入表面改性等。
1、喷丸强化
喷丸处理是在受喷材料再结晶温度以下进行的一种冷加工方法, 是将弹丸在很高速度下撞击受喷工件表面而完成的。喷丸可应用于表面清理、光整加工、喷丸成型、喷丸校正、喷丸强化等方面。喷丸强化又称受控喷丸, 不同于一般的喷丸工艺, 要求喷丸过程中严格控制工艺参数, 使工件在受喷后具有预期的表面形貌、表层组织结构和残余应力场, 从而大幅度提高疲劳强度和抗应力腐蚀能力。实施喷丸时, 弹丸由专用的喷丸机籍助压缩空气、高压水流或叶轮, 高速射向零件受喷部位。常用弹丸有球形铸铁丸、铸钢丸和其它非金属材料制
成的弹丸。喷丸强化的效果用喷丸强度来表示, 与弹丸种类和形状、碰撞速度和密度、喷射方位和距离、喷丸时间等因素有关。表面喷丸提高金属材料疲劳强度的机理比较复杂, 涉及到塑性变形层(通常为011～018mm 厚)的组织结构变化(如位错密度、亚晶粒尺寸)和残余应力的变化。因此, 只有合理控制表面变形层内的变化, 才可能获得预期的喷丸强化效果。
早在20 世纪20 年代, 喷丸强化就应用于汽车工业。目前已成为机械制造等工业部门的一种重要的表面技术, 应用广泛。涉及的材料除普通钢外,还有高强度钢和各种有色金属;涉及的零件类型有弹簧、轴、齿轮、连杆、叶片、涡轮盘和飞机起落架组成件等。
2、传统表面热处理改性
传统的表面热处理技术可分为表面淬火和化学热处理两大类。它主要用来提高钢件的强度、硬度、耐磨性和疲劳极限。在机械设备中, 许多零件(如齿轮轴、活塞销、曲轴等)是在冲击载荷及表面磨损条件下工作的。这类零件表面应具有高的硬度和耐磨性, 而心部应具有足够的塑性和韧性。因此, 为满足其使用性能要求, 应进行表面热处理。表面淬火 ○表面淬火是把零件的表层迅速加热到淬火温度后快冷, 使零件表面层获得淬火马氏体而心部仍保持未淬火状态的一种淬火方法。表面淬火的目的是使零件获得高硬度的表层, 以提高工件的耐磨性和疲劳性能, 而心部仍具有较好的韧性。其设备简单、方法简便, 广泛用于钢铁零件。根据加热方法的不同, 可分之为火焰加热表面淬火和感应加热表面淬火。火焰加热表面淬火的淬透层一般为2-6mm。其特点是设备简单, 但加热温度高及淬硬层不易控制, 淬火质量不稳定, 使用上有局限性。感应加热表面淬火的特点是: 加热速度快, 零件变形小, 生产效率高, 淬火后表面能获得优良的机械性能;淬透层易控制, 淬火操作易实现机械化。但设备较贵, 形状复杂零件的感应器不易制造, 不宜单件生产。
2化学热处理 ○化学热处理是将金属零件放在某种介质中加热、保温、冷却, 使介质中的某些元素渗入零件表面, 从而改变零件表层成分、组织和性能的热处理方法。与其他热处理相比, 化学热处理不仅改变了金属的组织, 还改变了表面层的化学成分。根据渗入元素的不同, 可将化学热处理分为三类(如表1 所示)。其中, 应用最广泛的是非金属和金属元素渗入的化学热处理。
渗碳是向材料表面渗入碳原子的过程。钢件渗碳后经淬火, 回火处理, 可提高零件表面的硬度、耐磨性和疲劳强度, 而心部具有高的韧性。渗碳主要用作齿轮、活塞销等零件。渗氮是向材料表面渗入氮原子的过程。钢件渗氮的目的是提高零件表面的硬度、耐磨性、耐蚀性
及疲劳强度。零件经渗氮后不再需进行其它热处理。渗氮层具有比渗碳层更高的硬度、耐磨性和耐蚀性。由于渗氮温度低, 所以处理前后零件的变形小。通常, 将零件表面渗入铬、铝等金属元素的方法, 也称为表面合金化。同渗碳相比, 渗金属一般需要更高的温度和更长的保温时间, 渗层厚度也远比渗碳层薄得多。因为渗入金属原子在钢中进行的是置换扩散, 需要更大的激活能。化学热处理原则上可应用于一切金属材料, 而化学介质又无限多样, 它在改善材料性能方面存在巨大的可能性。目前, 主要将化学热处理用来改善钢铁零件的表面性能, 如钢表面的渗碳、渗氮及碳氮共渗、渗铬、渗铝等。而在有色金属材料中, 化学热处理应用较少。
3、高能束热处理表面改性 随着激光束、电子束、离子束等先进的材料表面加热和冷却手段的广泛应用, 激光处理、离子注入等强化金属材料表面层的新技术不断涌现, 从而诞生了激光表面淬火、离子注入强化等先进高能束表面改性技术。
高能束热处理的热源通常是指激光、电子束、离子束、太阳能和同步辐射等。它们共同的特征是: 作用在材料表面上的功率密度高(≥103W/cm2), 为非接触式加热, 加热、冷却速度快, 热作用区小, 可根据需要选择。其定向作用在金属表面, 使材料表层产生物理、化学或相结构变化, 从而达到金属表面改性的目的。近10 年来, 高能束热处理技术在工业中的应用发展迅速, 特别是激光束热处理技术, 在汽车、冶金、纺织、机械、电子等工业中获得了很多成功例证。激光表面改性 ○金属材料的激光表面改性技术是70 年代中期发展起来的一项高新技术。激光具有高辐射亮度、高方向性和高单色性三大特点, 可实现材料表面的快速加热和冷却。其热影响区的范围很窄, 几乎不影响周围基体的组织。若将激光束作用在金属表面上, 控制合适的工艺参数, 可显著改善其表面性能, 如提高金属表面硬度、强度、耐磨性、耐蚀性和耐高温等性能。
目前激光热处理在金属材料中得到了大量应用。除表面淬火外, 已经应用或正在开发的还有激光表面非晶化、涂覆、合金化和脉冲硬化等等。近年来, 把其它金属表面涂层技术和激光相结合进行的表面改性, 也获得了成功。激光表面淬火是目前应用最成功的激光表面热处理技术。它是利用高功率密度激光束(功率密度103～105W/ cm2)扫描金属材料表面, 材料表面吸收光束能量而迅速升温到相变点以上, 然后移开激光束, 热量从材料表面向内部传导发散而迅速冷却(冷却速度可达到104 ℃/ s), 从而实现快速自冷的淬火方式。激光表面淬火硬化层较浅, 通常为013 ～016mm。采用4～5kW 的大功率激光器, 能使硬化层的深度达3mm。由于激光加热速度特别快, 工件表层的相变是在很大过冷度下进行的, 因而得到不均匀的奥氏体细晶粒, 冷却后转变成隐晶或细针马氏体。激光淬火比常规淬火的表面硬度高15 %～20 %以上, 可显著提高钢的耐磨性。另外, 表面淬硬层造成较大的压力, 有助于其疲劳强度的提高。由于激光聚焦深度大, 在离焦点75mm 范围内的能量密度基本相同, 所以激光淬火处理对工件尺寸及表面平整度没有严格的要求, 能对形状复杂件(例如有拐角、沟槽、盲孔的零件)进行处理;激光淬火变形非常小, 甚至难以检查出来, 处理后的零件可直接送装配线;另外, 激光加热速度极快，表面无须保护;同时工艺操作简单, 也便于实现自动化。由于具有以上一系列优点, 激光表面淬火发展十分迅速, 其在机械制造生产中的应用将不断拓展。
2电子束表面改性 ○电子束改性技术是近30 年发展起来的局部表面改性技术。电子束也是一种高能密度的热源, 当它作用于金属表面时, 可根据工件改性的要求, 调整电子束束斑直径、功率密度、脉冲时间、作用形式等参数, 使其组织、性能按照人们需要的方向改变。
电子束表面改性可分为: 电子束表面淬火、表面晶粒细化改性、表面合金化改性、表面涂覆和非晶化改性等。早期, 电子束技术主要用于薄钢带、细钢丝的电子束退火改性和冲击淬火等。目前美国已经有比较完善的电子束加热退火炉, 用于处理钛、铌、铝、钽及核反应堆的金属材料。世界工业发达国家都先后开展了电子束改性的应用工作。如美国的Sciaky 公司在电子束焊接设备的基础上, 专门开发了用于电子束表面改性的设备。我国电子束表面改性实验始于1979 年, 但比激光表面改性技术的发展要缓慢得多, 其原因在于电子束改性设备、工艺的工业应用尚需系统化。
电子束表面改性特别适用于处理易氧化的金属、贵金属以及半导体材料, 因为它需要在真空条件下进行, 污染小, 材料不易氧化。可任意选择淬火部位进行加热, 其能量密度高达105W/ cm2 , 热影响区极小;由于作用时间短, 材料变形小, 可实现高精度、高速度、无惯性控制。主要缺点在于:真空条件下处理, 不利于大型件和流水线操作, 灵活性和适应性差, 生产效率低;易产生放射线, 有害健康, 需加防护措施。
3离子注入表面改性 ○采用离子注入技术作为金属表面强化的研究始于70 年代初, 并已取得了可喜的成就。离子注入是根据被处理材料表面所需要的性能, 选择适当种类的原子, 使其在真空电场中离子化, 并在高压下加速注入到材料表层。
离子注入将引起材料表层成分和结构发生变化, 以及原子环境和电子组态等微观状态的扰动,因此导致材料的各种物理、化学或力学性能的变化。
离子注入一般在常温或低温下进行。整个过程均在真空中完成, 因而表面处理中无氧化和脱碳现象。可以向金属或合金表面注入任何需要的元素,不论它们本来是否互溶。离子注入的浓度可以很大, 不受溶解度的限制, 且与扩散系统无关。离子注入后, 测不出工件的尺寸变化, 能保持原来的尺寸精度和表面粗糙度。在某些情况下, 由于溅射效应, 工件的表面粗糙度还会有一定程度的改善。其注入层和基体不存在的明显的界面, 注入离子深度由离子具有的能量决定, 易实现自动化操作;且无废物处理, 清洁、安全可靠。目前离子注入工艺已应用于许多工业部门, 尤其是工、模具制造业, 效果突出。若将离子注入繁杂多变而易控的工艺条件与各种后处理相结合, 有可能产生许多意想不到的效果, 更是为材料性能的挖掘提供了广阔的天地。
第四篇：表面技术
涂层技术的发展与应用
黄亚博
(河南科技大学材料科学与工程学院, 河南 洛阳, 471000）
摘要：随着我国航天技术快速发展和对先进海洋工程装备的需求日益强烈，关键部件材料的表面性能要求越来越高。然而，单从提高材料自身性能的角度来满足对高性能的要求几乎是不可能的。涂层技术是表面工程技术中提高材料表面性能的一种重要方法，它能够在不破坏材料自身性能的前提下，对材料表面性能进行强化，使材料或部件表面具备耐磨、耐蚀、抗氧化、耐热、绝缘、密封和隔热等性能中的一种或几种。因此，涂层技术已成为实现航天、海洋工程装备材料最终性能的重要手段。本文对航天、海洋工程装备中涉及到的材料表面改性技术、应用和发展进行了综述。最后，展望了涂层技术将来的研究方向。关键词：关键部件；涂层；表面性能 前言
腐蚀与防护，一直是航空领域中倍受关注的课题。据工业发达国家统计，每年因腐蚀所造成的经济损失占国民生产总值的2%~4%；我国每年因腐蚀造成的直接经济损失达200 亿元[ 1 ]；美国空军1992年用于腐蚀的维修费用高达7.18 亿美元。采用各种表面防护技术能够有效地控制腐蚀现象的发生和扩展，减轻腐蚀造成的损失。表面技术是表面处理、表面涂层及表面改性的总称。表面技术是应用物理、化学和机械加工来改变材料表面的形态、化学成分、组织结构等使材料本身具有某些特殊性能[ 2 ]。表面涂层是改变表面性能的一种重要手段，将涂料一次施涂所得到的固态连续膜，是为了防护，绝缘，装饰等目的，涂布于金属，织物，塑料等基体上的塑料薄层。涂料可以为气态、液态、固态，通常根据需要喷涂的基质决定涂料的种类和状态。涂层在材料或工件上所占质量及体积比例虽然很小，但对其提高材料性能、延长零件工作性能的作用却十分显著[ 3 ]。涂层技术的意义
国外文献报道，有75％以上的航空发动机零件加有金属或陶瓷涂层以改进其性能和可靠性[ 4 ]。在当代先进应用技术如微电子、光学、航空航天领域中的作用也非常重要。同时大多数涂层往往工作环境恶劣，承受着各种复杂的载荷，因此如何延长涂层的工作寿命、高相关性能始终是涂层制备工艺具有挑战性的课题。随着科技发展,人们发现，仅仅通过提高材料表面的耐磨耐蚀性，也能大大提高材料的使用寿命，从而就有了涂层技术的应用和发展。涂层技术概念的提出与发展应用, 对工业科技发展具有了重大的影响和推动意义[ 5 ]：
(1)涂层技术不仅可以保证产品的质量，还能够满足不同服役条件下产品的外观。能够提高产品的使用寿命、可靠性和市场竞争力。
(2)涂层技术是一种节约成本、减少消耗的手段。采用有效涂层保护手段，至少可减少腐蚀损失15%，减少磨损损失33%左右[ 6 ]。
(3)涂层技术在制备新型材料方面具有特殊的优势。通过表面原位合成技术，能在低成本基础上在工件表面制备出性能优良的新型合金材料涂层，很好满足了工业、航空航天工业对高性能零部件表面的需求[ 7]。涂层技术的分类及应用
依据涂层的主要功用不同，涂层可分为封严涂层、耐磨涂层、抗腐蚀涂层、抗氧化涂层、热障涂层、钛合金阻燃涂层等几种类型[ 8]。3.1 封严涂层
封严涂层一般涂层于转子轴、鼓简、轴承、转动叶片叶尖、压气机和涡轮各级之间的封严装置表面[ 9 ]，以控制间隙、减少泄露损失。封严涂层可分为两类，一类是可磨耗涂层，另一类是主动磨削涂层。3.1.1 可磨耗涂层
可磨耗涂层，即为喷涂在与转动件相配合的静子环带上的允许磨耗的软涂层，要求具有良好的润滑性、执冲蚀性、热稳定性。涂层材料一般利用Al，Cr，Ni等金属或合金、金属间合物的良好抗氧化性和热绝缘性材料作耐高温基体，辅以石墨、氮化硼、硅藻土等磨损性好的材料作润滑剂。3.1.2 主动磨削涂层
主动磨削涂层是喷涂在高速旋转的转子封严算齿(如涡轮叶片的叶冠算齿)上的硬度较高的涂层，它磨削与其对应的密封环上的可磨耗涂层，但本身尽量不受磨损。因此除了硬度高外，还要具有与基体结合强度高、隔热性能好的特性。3.2 耐磨涂层
磨损是航空然气祸轮发动机比较常见且危害较大的故障，按其形式可分为磨粒磨损、冲蚀磨损和微动磨损等几种类型[ 10 ]。磨粒磨损主要发生在转子轴及其轴承等承受较大机械负荷有相对运动的部件，通常靠改善润滑来降低磨损程度;而冲蚀磨损和微动磨损常发生在没有润滑或不能润滑的机件，应用耐磨涂层可有效减轻磨损。按其主要功能不同，耐磨涂层又可分为耐冲蚀磨损涂层和耐微动磨损涂层[ 11 ]。3.2.1 耐冲蚀磨损涂层
冲蚀磨损主要发生在气流通道，是含有固体粒子的气流高速冲刷叶片造成的。大气中含有各种粉尘，对于经常执行低空飞行任务的直升机，冲蚀磨损是其涡轴发动机压气机失效的主要形式[ 12 ]。涡轮叶片、涡轮机匣也会发生冲蚀磨损。冲蚀磨损使叶型受到破坏，致使发动机功率下降，并且冲蚀点还会成为疲劳源，造成叶片裂纹甚至断裂，导致危害性故降发生。在受冲击的机件表面喷涂高密度、高硬度的合金或金属间化合物材料涂层，可增加机件表面的硬度，增强耐冲蚀性能。3.2.2 耐微动磨损涂层
微动磨损产生在有一定正压作用、工作中有徽小位移往复运动，两个接触表面，也称振动磨损[ 13 ]。互相配合或互相接触的两个机件，在振动或交互应力的作用下都可能发生微动磨损。由于航空始气润轮发动机要求重轻，采用柔性结构多，加之温度变化大，并大量使用铝、镁、钛合金和镍基合金，微动磨损尤为严重[ 14 ]。压气机叶片的减振凸台阻尼面和涡轮叶片叶冠阻尼面等是微动磨损多发部位。微动磨损的主要危害是所造成的表面损伤不断发展，会加快诸如疲劳磨损等其他形式的故障产生，导致机件失效。根据微动磨损部位不同的工作条件和材料，喷涂各种耐微动磨损涂层，可有效降低微动磨损程度，延长机件的使用寿命。3.3 抗氧化防腐蚀涂层
抗氧化防腐蚀涂层的主要作用是防止高温、高压、高速和高腐蚀性的燃气对发动机热部件金属表面的冲蚀作用，从而减少金属部件产生氧化、热腐蚀、合金元素贫化和热疲劳等破坏。已经应用的抗氧化防腐蚀涂层，主要有铝化合物(如NiAl、CoAl或FeAl)涂层MCrAlY(M=Ni，Fe或Co等)合金涂层以及高温陶瓷涂层[ 15 ]。目前正在研究的增加抗氧化防热腐蚀性能的方法有：①采用既有扩散铝化物又有包覆MCrAlY的化学改性工艺；②添加增加抗氧化防热腐蚀性能和提高与基体结合力的有关元素，如Hf、Ta和Re等。3.4 热障涂层
热障涂层对气路的热量有良好的隔断作用，而且还具有明显改善部件抗热疲劳和抗氧化性。普遍应用于涡轮叶片、导向叶片、燃烧室和加力燃烧室简体。一般以多层结构形式与底层组合使用，底层起抗氧化和与基体粘接的作用，表层是隔热层。热障涂层工艺目前主要采用等离子喷涂、溅射沉积和电子束物理气相沉积。典型的一种热障涂层是在抗氧化MCrAIY底层上施加Y203稳定化的Zr02隔热涂层形成的复合涂层。美国某实验室研究表明，该热障涂层的隔热效果可达189 ℃，这将为更有效地提高航空发动机的效率和使用寿命展示了良好的前景[ 16 ]。
3.5 高温耐磨涂层
航空发动机是在高负荷和不同振动频率下工作的，而且还受到高温、高压、高速、强腐蚀和带有碎片气流产生的强烈冲刷，产生各种形式的磨损。磨损一度成为发动机零件损坏的主要原因。采用耐磨涂层保护后，报废率大大降低，可见，合理地选用耐磨涂层，改善发动机零件的耐磨性能是十分重要的。目前应用的高温耐磨涂层主要有WC涂层、Cr3C2涂层、TiC涂层、Ni-Cr-B-Si合金涂层、镍包铝涂层和氧化物涂层(如Al2O3、ZrO2、Cr203和TiO2等)以及各种复合涂层[ 17 ]。一般采用等离子喷涂、爆炸喷涂和超音速喷涂等工艺制取涂层。总之，高温涂层已经成为现代航空涡轮发动机制造中不可缺少的材料。在不断发展新型更耐热的合金材料和更有效的冷却技术的同时，大力发展高温防护涂层是更有实效的新技术。目前人们正对具有梯度成分和多层结构的新型高温涂层进行大量的研究工作，这样的涂层可以在更高的温度和较陡的温度梯度下工作，获得较好的隔热效果和抗剥落能力。3.6 钛合金阻燃涂层
由于钦合金具有密度小、耐热性及抗腐蚀性好、机械强度较高等优点，先进的航空燃气涡轮发动机已普遍采用钛合金作为压气机机匣、转子盘、转子叶片、静子叶片和风扇叶片等部件的材料，以减轻发动机的重量,提高推重比。但普通钛合金对持续然烧敏感，在高温、高压或剧烈冲击下易起火燃烧，严重危害着飞行安全。用其它材料代替杖合金。如采用合金钢压气机静子机匣、用镍合金做高压压气机的转子材料，虽有效解决钛合金燃烧问题，但是却不同程度地增加了发动机重量,降低了发动机性能。目前还没有更好的材料完全取代钛合金在航空燃气涡轮发动机上的应用，在今后相当长的时间内钛合金仍然是不可或缺的航空材料。为了保证钛合金的使用安全性，国外的航空材料学家一直致力于钛合金阻燃烧涂层的研究，并取得了一定的研究成果。钛合金阻染涂层目前主要用于钛合金材料制成的压气机转子叶片和机匣内环[ 18 ]。应用于转子叶片的阻燃涂层要具有较高的硬度、良好的抗腐蚀性和抗热蠕变疲劳性能，且涂层表面应有很高的光沽度，以减少对气流的叶片附面层阻力。用于机匣内环的涂层，应同时具有封严涂层的功能，以提高压气机效率。钛合金阻燃涂层一般采用PVD法,CVD法以及常规的电被方法。钛合金机匣的阻燃涂层一般用VPS法和爆炸喷涂等热喷涂工艺制备[ 19 ]。涂层技术的发展方向
工业科技的发展促进了涂层技术的发展，同时，涂层技术的发展也必须适应工业科技的发展。现代涂层技术要在未来的工业中体现出巨大的作用，必须从以下方面做出深入研究和改进:
(1)深化涂层理论的改善和测量仪器的研究从微观的角度分析摩擦磨损的机理，研究涂层在摩擦学在工业中的应用。研究在线监测技术，实时监控进行在线监测，形成相关严密的覆层失效评估体系。
(2)研究开发新型涂层材料。涂层材料是制备优良涂层的物质基础，不断开发优良的耐磨耐腐蚀以及不同环境需求的优质涂层材料是保证表面工程强大生命力的基础，开发在表面工程技术加工过程中自形成新材料的功能涂层能够更加显示出表面工程的优越性。
(3)开发多功能涂层。随着工业的发展，许多行业需要特殊涂层,如防滑涂层、隐身涂层、吸热涂层、隔热涂层、导电涂层、催化涂层等，采用激光、高能电子束、离子束等现代先进表面技术的联合应用，制备特殊结构，特殊要求的功能涂层，具有很好的发展前景。
(4)实现涂层工程的清洁生产。表面工程基本来说是属于节能环保型工程，但某些技术任然存在污染问题，比如涂装、电镀热处理等。研究从设计、制造到运行全过程的无污染的、节约型的、再生的涂层技术工程，也是涂层技术工程一个基本发展趋势。
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第五篇：等离子体表面处理技术
等离子体表面处理技术的原理及应用
前言：随着高科技产业的讯速发展，各种工艺对使用产品的技术要求越来越高。等离子表面处理技术的出现，不仅改进了产品性能、提高了生产效率，更随着高科技产业的迅猛发展，各种工艺对使用产品的技术要求也越来越高。这种材料表面处理技术是目前材料科学的前沿领域，利用它在一些表面性能差和价格便宜的基材表面形成合金层，取代昂贵的整体合金，节约贵金属和战略材料，从而大幅度降低成本。正是这种广泛的应用领域和巨大的发展空间使等离子表面处理技术迅速在国外发达国家发展起来。
一、等离子体表面改性的原理
等离子，即物质的第四态，是由部分电子被剥夺后的原子以及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气状物质。它的能量范围比气态、液态、固态物质都高，存在具有一定能量分布的电子、离子和中性粒子，在与材料表面的撞击时会将自己的能量传递给材料表面的分子和原子，产生一系列物理和化学过程。其作用在物体表面可以实现物体的超洁净清洗、物体表面活化、蚀刻、精整以及等离子表面涂覆。
二、等离子体表面处理技术的应用
1、在工艺产业方面的应用 1）、在测量被处理材料的表面张力
表面张力测定是用来评估材料表面是否能够获得良好的油墨附着力或者粘接附着品质的重要手段。为了能够评估等离子处理是否有效的改善了表面状态，或者为了寻求最佳的等离子表面处理工艺参数，通常通过测量表面能的方式来测定表面，比如使用Plasmatreat 测试墨水。最主要的表面测定方式包括测试墨水，接触角测量以及动态测量 评价表面状态
低表面能, 低于 28 mN/m
良好的表面附着能力，高表面能
2）预处理 – Openair® 等离子技术，对表面进行清洗、活化和涂层处理的高技术表面处理工艺
常压等离子处理是最有效的对表面进行清洗、活化和涂层的处理工艺之一，可以用于处理各种材料，包括塑料、金属或者玻璃等等。
使用Openair® 等离子技术进行表面清洗，可以清除表面上的脱模剂和添加剂等，而其活化过程，则可以确保后续的粘接工艺和涂装工艺等的品质，对于涂层处理而言，则可以进一步改善复合物的表面特性。使用这种等离子技术，可以根据特定的工艺需求，高效地对材料进行表面预处理。
使用等离子技术 清洗玻璃
在后续加工过程前 活化聚丙烯材料
使用等离子聚合工艺 进行表面涂层处理
2、等离子表面改性技术在工业上的应用
1）等离子渗碳
该工艺是目前渗碳领域中较先进的工艺技术,是快速、优质、低能耗及无污染的新工艺。等离子渗碳具有高浓度渗碳、高渗层渗碳以及对于烧结件和不锈件钢等进行渗碳的能力。渗碳速度快,渗层碳浓度和深度容易控制,渗层致密性好。渗剂的渗碳效率高,渗碳件表面不产生脱碳层,无晶界氧化,表面清洁光亮,畸变小。处理后的工件耐磨性和疲劳强度均比常规渗碳高。2）等离子束气缸内壁硬化处理
利用高能量密度的等离子束对原来无法进行常规处理的内燃机气缸内壁进行超快速加热熔凝淬火,形成细密的白口及马氏体高硬度组织,大幅度提高气缸内壁的耐磨性。原机械部规定,未经处理的成品,优等品缸套台架试验寿命为5kh,而经过等离子内表面硬化的缸套寿命高达9kh。3）等离子渗金属
在低真空下,利用辉光放电即低温等离子轰击的方法,可使工件表面渗人金属元素。如渗 AI、Mo、W、Ti等,还可以进行多种元素的复合渗和表面合金化处理,可获得更好的表面性能。如10钢等离子渗后再渗W的3~4倍,耐蚀性是只渗的一倍碳素钢经等离子渗后再,表面硬度达1600HV左右。4）等离子多元渗硼
用高能等离子束在常压下快扫描涂敷多元渗硼膏剂的钢管内表面,可实现多元渗硼及自激冷淬火,获得多元渗硼 淬火复合硬化层。检测结果表明,硬化层具有较高的硬度及合理 的硬度梯度,耐磨性及 耐蚀性有显著提高。5）等离子渗氮
该工艺在模具上的应用已很普遍,如钢压铸模、钢压延模、钢冷挤压模、钢热锻模经离子渗氮处理后的寿命一般可提高2~4倍
3、在医用高分子领域的作用 1)增强抗菌性
随着生物医学的飞速发展，每年都有大量的人工器官或部件植入人体,但半数以上的植入物有感染,死亡率在50%～60%。特别是人工瓣膜心内膜炎，对于瓣膜置换的病人往往是一个灾难性的后果。以往预防生物材料感染为中心的研究集中于细菌污染、细菌的毒力、侵入途径、病人的抵抗力等方面。近来一些研究表明，引起这种感染的初始动因就是细菌粘附在材料表面。表皮葡萄球菌是最常见和最严重的人工心脏瓣膜感染致病菌。研究人员发现以氩等离子体对医用硅橡胶反复进行处理，可明显降低细菌的粘附和生长。西南交通大学黄楠等人在不同工作条件下，使用乙炔对人工心瓣膜用聚对苯二甲酸乙二醇酯进行等离子体浸没离子束沉积，提高材料表面的亲水性,对改性后的材料，做细菌的动态粘附实验,结果表明其抗细菌粘附能力有显著的提高。2)改善细胞亲和性
随着高分子科学的迅速发展，人们逐渐将高分子材料用来修复人体的器官或组织。三维可降解组织工程支架的研究是目前生物材料研究的热点之一,但是目前所使用的大多数组织工程医用高分子材料属于生物“惰性”材料，不能为种子细胞的附着和生长提供良好的生物界面。为了使材料具有良好的细胞亲和性, 需对材料进行表面改性。与其它表面改性方法相比，等离子体法既能较容易地在材料表面引入特定的官能团或其它高分子链,还可避免因加工而使支架材料表面改性效果降低或丧失的优点。国内外曾有多个课题组研究了不同气体等离子体对医用高分子材料表面细胞亲和性的影响。实验表明，各种含氮等离子体（气态酰胺,胺基化合物及氨气）处理后，能在材料表面引入氨基，促进了细胞的粘附和生长，同时材料表面氨基的数量和密度对于细胞的粘附有重要影响。但是简单的等离子体表面处理只能在短时间内赋予材料一定的细胞相容性，由于等离子体处理效果的时效性，在材料表面引入的功能基团会逐渐向表面内运动和翻转。为了获得持久的表面改性效果，大多采用等离子体聚合和等离子体接枝对医用高分子材料进行表面修饰。此外近来也有课题组采用等离子体化学气相沉积对医用高分子材料进行表面修饰以提高材料的细胞亲和性。3)提高抗凝血性能
对于应用于临床的生物医用材料来说，材料的抗凝血性能十分重要，而对于植入体内与血液相接触的医用材料来说，其抗凝血性能更是至关重要，很多医用材料就是因为抗凝血性的不足，而限制了其在临床及生物医学领域的应用。从第一代血液相容性生物医用材料问世，至今已逾40年，但目前仍没有能完全符合临床要求的抗凝血医用材料。近些年来国内外的一些研究小组开始尝试利用等离子体技术对医用高分子材料表面进行改性，期望在保持材料原有的优异的力学机械性能的基础上，赋予材料良好的抗凝血性能。如采用等离子体表面磺酸化技术在高分子材料表面引入了磺酸基，从而提高了材料的抗凝血性能；利用等离子体技术实现肝素在医用高分子材料表面高活性的固定；将等离子体技术与紫外接枝联用，在医用高分子材料表面固定具有抗凝血性能的生物大分子。4)等离子体灭菌
现代医疗卫生在为人类健康做出贡献的同时,也因致病微生物在公众场所的集中性、易传播性为人类带来了一定的隐患。在对抗病菌的战斗中,杀菌消毒方法始终是一个重要研究内容。低温等离子体杀菌消毒技术有一定的特点: 与高压蒸汽灭菌、干热灭菌相比,灭菌时间短；与化学灭菌相比, 操作温度低；能够广泛应用于多种材料和物品的灭菌；产生的各种活性粒子能够在数毫秒内消失,所以无需通风,不会对操作人员构成伤害,安全可靠。当然，等离子体方法所导致的材料表面化学性质的变化也使得该方法具有一定的复杂性。通过等离子体照射医用高分子材料, 往往可以将材料的前期处理和杀菌消毒一步实现, 为人工脏器移植、组织材料培养提供了新的方案。5)形成阻隔膜
大量实验表明聚合物中的增塑剂、填充剂、抗氧化剂、引发剂和残余单体会对人体造成危害。采用等离子体聚合或等离子体接枝可在医用高分子表面形成一层阻隔膜，从而降低有害物质的渗透性，阻止聚合物中低分子量添加剂的泄漏。国外一些研究者以此制备出抗渗漏型生物材料，通过等离子体聚合膜成功地降低了二辛酞酸酯(增塑剂)从聚氯乙烯中渗到血液中的量，采用四甲基二硅氧烷等离子体聚合物镀膜也可阻止聚氯乙烯管的浸出物。通过等离子体聚合在高分子微胶囊表面形成阻隔膜，以形成的聚合膜作为一道限速屏障，可以控制药物释放速度。相当于在微胶囊表面加上一件外衣，但不会影响材料本身的性能。
结语：等离子表面处理技术能够在材料科学、高分子科学、生物医药材料学、微流体研究、微电子机械系统研究、光学、显微术和牙科医疗等领域得到广泛应用。因此，此技术在各个领域具有不可估量的发展前景。
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