水溶液沉积表面强化的研究进展
水在电场、磁场作用下物理性质变化及其影响
水在电场、磁场作用下物理性质变化及其影响电场，磁场处理水的研究和应用已有几十年的历史．国内外许多学者对电场、破场处理水的物理性质做过反复的对比实验。
取得了大量有价值的数据和结论．目前世界上很多国家都感到了水资源的宝贵和环境保护的重要．在新的世纪开始的时候,总结并进一步开展这项研究工作。
对于保护环境及充分和科学地利用水资源是非常必要的．一、磁场作用下水的物理性质变化及其影响经磁场处理的水，水的渗透压、表面张力、粘滞系数、PH值、介电常数和电导率等均有不同程度的变化．而且一般水溶液的变化比纯水要大一些．磁场处理水对盐的溶解度有所增大；某些气体（如O2和CO2)在磁场处理水中的溶解度也增大．另外发现磁场处理水的生物活性增加，并且具有一定的杀菌效果．但水在磁场中流动或静止处理的两种方式下，其理化性质发生变化却有着显著差异，其他条件不同时，其理化性质所发生的变化也或大或小有一些差异．1．磁场处理水在阻垢和缓解金属腐蚀方面的作用一般认为，水在经磁场处理时，加快了溶液内部的结晶作用．从而使盐类在受热面上的直接结晶和坚硬沉积大大减少，起到防垢的作用．研究表明磁场的阻垢效果同磁场强度、溶液过饱和度、流速及溶液中各种离子等均有密切关系．一般来说铁和钢的腐蚀率在磁场作用下增加;铝和锌的腐蚀率降低．2．磁化水对农作物的增产效应和对臭氧的防护作用俄罗斯用磁化水浇灌．可使向日葵高度增加2l%，蓍茄增加18％。
豌豆增加14％。
使玉米杆增粗26％。
水稻增产18％，大豆增产28％，甜菜增产20%，葱增产29%；使豌豆、大豆、葡萄,番茄、黄瓜，玉米的开花期和成熟期提前l一3天．国内使用磁化水使萝卜增产48%，黄瓜增产57％。
油菜增产60％．臭氧对农作物有明显的危害作用,磁化水对此有一定防护作用，且臭氧影响愈大，磁化水的作用愈明显．3．磁化对啤酒和矿泉水的影响在磁场中的鲜啤酒。
10天后酒液尚清亮透明。
表明磁场对鲜啤酒有抑菌作用．经磁场处理的啤酒双乙酰的含量降低，并且处理时间越长。
【国家自然科学基金】_表面沉积_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140803
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离子镀 磨损 碳酸钙 碳化钛 硅纳米孔柱阵列(si-npa) 电控离子分离 电性能 电化学性能 电刷镀 玻璃衬底 烯丙胺 热解炭 热电材料 热力学 点焊电极 混合物理化学气相沉积 深能级 沉积速率 沉积物 水煤气变换 水热法 水泥基 氮化镓 氧化铝 气体传感器 残余应力 模板法 模板 极化曲线 无机非金属材料 数值模拟 接触角 抛光 微通道 微观结构 微波等离子体化学气相沉积 微弧氧化 微动疲劳 强制沉积法 失活 多层结构 多孔硅 复合涂层 场发射特性 反应磁控溅射法 反应烧结碳化硅 化学电沉积 化学沉积 动力学 制氢 切削性能 分子动力学模拟 光电化学 光学性质
摩擦磨损 循环伏安法 异质结 射频磁控溅射 复合镀层 四氧化三铁 吸附 力学性能 冷喷涂 光学特性 光子晶体 光子带隙 光催化 二氧化钛 ybco x射线光电子能谱 tio2纳米管 gan 高温 预钙化 阴极沉积 镍钛合金 锗 锐钛矿 铝 铌膜 铂催化剂 钛合金 金红石 金属材料 金属有机物化学气相沉积 金属有机化学气相沉积 金 邻联甲苯胺 覆膜 衬底温度 薄膜生长 腐蚀 耐蚀性能 耐蚀性 结晶度 细胞吸附 组织结构 纳米银 纳米金刚石薄膜 纳米线 纳米粒子 纳米管 红外透过率 粒度分异 等离子体聚合 等离子体 稀磁半导体 稀土发光微球
热喷涂技术应用及研究进展与挑战
热喷涂技术应用及研究进展与挑战李长久【摘要】热喷涂作为重要的表面工程技术之一,是通过在材料表面制备材料保护涂层与功能涂层,赋予基体材料没有,但服役环境所必须的表面性能的方法.由于热喷涂可以制备从超过50％孔隙缺陷含量到接近完全致密的任意材料的涂层,基于缺陷控制可满足从可磨耗、耐高温隔热、耐磨损与耐腐蚀等不同服役要求,经过100余年的发展已经形成了包括等离子喷涂、超音速火焰喷涂、电弧喷涂、普通火焰喷涂等一系列方法,已经成为在众多产业领域,包括航天航空、交通运输、石油化工、电力能源、冶金钢铁、纺织与造纸、机械制造等,提高产品寿命与竞争力不可或缺的技术.制备可以提供耐磨损、耐环境腐蚀防护、耐高温隔热防护等保护涂层是热喷涂尤为重要的应用方面,热喷涂作为可显著提升结构零件耐磨损的涂层制备方法应用非常广泛,但在动载如冲蚀、空蚀、疲劳磨损、或高应力磨料磨损条件下,涂层材料的耐磨性能尚不能完全发挥;由于涂层总是存在一定的孔隙,难以以制备态直接用作长效耐腐蚀防护涂层,适当的封孔处理成为其用作耐腐蚀涂层的必要条件;包括以燃气轮机热障涂层为代表的耐高温隔热涂层等在航空与地面重型燃机中的应用,在欧美热喷涂市场中约占比60％,随着我国燃气轮机技术的发展,该市场潜力有望逐步得到发掘.热喷涂耐磨损涂层性能的进一步提升不仅需要开发新型硬质耐磨材料以及宽温域自润滑材料,还需要结合材料开发,发展可使粒子间结合充分的涂层制备方法,其次,基于涂层结构特征与服役性能关系控制磨损服役条件,防止源于粒子间脱落的加速磨损是确保长效磨损保护的基础.如何制备在喷涂态即可满足腐蚀介质不浸渗的致密涂层依然是热喷涂耐腐蚀涂层制备需要攻克的挑战.冷喷涂、等离子喷涂、物理气相沉积、液料热喷涂等新方法近年来发展迅速,与这些方法相配套的材料制备技术的发展将是这些新方法得到广泛应用的基础.新能源、医疗、民生、半导体等对导电、催化、生物活性、绝缘、耐刻蚀等功能涂层的需求也将有力推动热喷涂技术的发展.本文将结合目前热喷涂技术在国内外的应用现状与存在的问题,展望热喷涂技术进一步发展过程中有待解决的主要挑战性技术问题,为本领域技术人员合理认识热喷涂技术的特点,直面挑战,深入开展开发与基础研究,推动技术提供参考.【期刊名称】《热喷涂技术》【年(卷),期】2018(010)004【总页数】22页(P1-22)【关键词】热喷涂;涂层应用;耐磨损;耐腐蚀;涂层设计;涂层组织;保护涂层;功能涂层【作者】李长久【作者单位】西安交通大学,陕西省西安市 710049【正文语种】中文【中图分类】TG174.40 引言80%以上机械零部件的失效通常由表面磨损与腐蚀而引起，每年由此造成的损失可达国民生产总值的10%以上，因此，通过各类表面工程技术将具有优越耐腐蚀或耐磨损性能的材料覆于满足承载能力要求的普通结构件表面，构筑复合结构材料已经成为提高机械零部件服役效能、零部件附加价值与产品核心竞争力的重要方法。
强化传热传质的现状与展望
强化传热传质的现状与展望摘要：强化传热传质、增强或强化的科学与工艺已成为传热科学与工程许多方面的重要组成部分。
强化传热传质方面的文献综述参考了上千篇文献，其数量仍在上升。
这就带来了一个适当设计及应用信息传播的挑战。
为了给出这一重要科技现状的总览，本文陈述及评论了强化技术各分支近几年具有代表性的发展。
本文献从被动强化技术、主动强化技术及复合强化技术几方面阐述。
关键词：调研，单相流，流动沸腾，冷凝，结垢相关术语：CHF 临界热通量, [W/m2] Pr 普朗特数D 凹坑或压痕的直径, [m] q, q w壁面热流, [kW/m2]d 管或道的内径, [m] Re 雷诺数e 波纹或粗糙高度, [m] ΔT sat 壁面过热度, [K]H 180°扭距, [m] y 纽带的扭角(管内径的180°扭距)L 管内流动长度, [m] P翅片管翅片间的轴向间距[m]MHF 最小热流或莱顿弗罗斯特点[W/m2]希腊符号：δ凹坑或压痕的深度[m]θ液-固界面接触角，[度]1.引言关于强化热交换的第一篇已知论文可能是早在150年前由焦耳（1861）年所发表的。
此后，该专业领域在萌芽阶段发展缓慢，但在1950年以后得到了迅猛发展。
图1显著描绘出这一领域出版物数量的增长。
本汇编（Manglik、Bergles，2004年；Bergles 等人，1983）基于一个对期刊论文、会议论文和科技报告(不含专利)的手工搜索①。
①电子或基于网络的搜索，鉴于越来越复杂的互联网搜索引擎，虽然预期高产但实际受限于其效率。
搜索所生成的清单中有时需对错误引用进行移除或增添纰漏进行手动审核，有时疏漏或所包含的不正确引用可能是十分重大的。
关于电子搜索局限性的讨论在这篇文章的后半部分进行阐述并给出搜索结果的样例。
含有一些质量交换方面的相对数量较小的论文，作为热交换技术可增强质交换且反之亦然的一个提醒。
每年发表超过约400份出版物（Manglik and Bergles，2004），强化热交换是目前科研发展的一个主要部分。
关于塑料模具表面强化技术的研究
讨了 如何 正确运 用表 面强化技 术、 提 高塑料模具使 用寿命 ， 表 明了我 国塑料模具表 面强化技术的发展方向 ， 旨在进 一步推 动塑料模 具的发展及
应 用。
【 关键词】 塑料模具； 表面强化； 技术研究
我 国的塑料模具技术水平在工业化进程 中取得 了巨大 的进 步 ． 但 与发达 国家的塑料模具技 术水平相 比 ． 仍 存在着很 大的差距 ． 我 国塑 料模具技术水平有着很大 的提升和发展空间 。 如何提高塑料模具使用 性能及使用寿命 ． 是 当前塑料模具研究的一大课题 。对 塑料模 具表面 进行 强化 处理可以提高 塑料模具表 面硬度 、 耐磨性及 耐蚀性 ． 进而有 效提高其使用性能及使用寿命 。 具失效 ． 这种失效形式称为塑形变形失效。发生变形失效 的根本原 因 是模具型腔表面硬化层厚度过低 ． 模具变形抗力不足或模具热处 理时 组织结构发生变化 塑料模具结构过于复杂 ． 在成型过程中存在的较薄 的部位或 者塑 料模具 回火处理不足 ． 在塑料制品生产时受压力及温度 的作用容 易产 生 断裂． 称 为断裂失效 断裂失效是失效形式 中危害最大 的一种 失效
水体中锑污染的治理现状和研究进展
一、引言锑（antimony），元素符号为Sb，取自其拉丁文名stibium，属于元素周期表中第Ⅴ主族，原子序数51。
锑是两性稀有金属，总共有四种价态（-3，0，+3，+5），后二者为环境中的主要价态。
环境中的锑污染来自两部份：一、人为污染，这部份包括含锑的生活垃圾，采矿作业造成的粉尘、废水、废渣，汽油和火电站所用的煤炭等含锑燃料的燃烧。
二、自然污染，它主要指富集锑地域如锑矿区、，某些温泉和地热地带因其特殊的地质条件造成周围环境的含锑量偏高现象。
Nriagu等指出，人为污染要比自然污染严峻得多。
受岩石风化、雨水冲洗和人为排放等因素的影响，天然水体将最终成为大部份锑的环境归宿。
锑以各类化合物形式或以悬浮态或以溶解态存在于水环境中。
一些研究表明，锑对生物和人体有慢性毒性和致癌性。
锑污染问题不容轻忽。
有关环境中的锑污染及其散布、毒性国外已有文献报导。
本文在综述国内外文献的基础上，对水中锑的各类去除方式进行评述，为锑污染的治理和研究工作提供参考。
二、锑的毒性和环境标准锑不是生物体必需的元素。
不同价态的锑毒性大小顺序如下：0价>+3（Ⅲ）价> +5（Ⅴ）价>有机锑。
其中三价锑的毒性比五价锑高十倍。
基于对锑的毒性研究，一些学者取得了土壤中锑的最大允许浓度为kg。
美国环保局和欧盟分别在1979年和1976年将锑列为优先考虑的污染物，日本环卫厅也将其列为密切关注的污染物。
世界各国都对锑制定了严格的环境标准。
德国规定人体每日平均吸锑量为23μgSb/d。
欧盟规定饮用水中锑的最大允许浓度（maximum admissible concentration）为5μg/L。
日本规定为2μg/L。
美国环保局将饮用水中锑的MCLG（maximum contaminant level goal）和MCL（maximum contaminant level）值均定为6μg/L。
世界卫生组织基于从家鼠身上观测到的的致病含锑量，规定饮用水中的锑含量应低于5μg/L。
成垢动力学研究进展
成垢动力学研究进展张蕾;屈撑囤;李彦【摘要】结垢是溶液中存在的成垢离子在溶液达到过饱和状态下,结合生成不溶性的化合物而沉积下来的一个过程.之前对于结垢的研究多是基于热力学范畴,而对垢的沉积过程、结垢速率及影响因素还是应该从动力学角度来分析.垢的生长过程主要分为晶核形成和晶体长大两个阶段.过饱和度、流速、温度、表面能等多种因素都会对垢的生长产生影响.通过研究各个因素对垢的生长速率及垢的形态的影响,来更深入的掌握垢的生长过程.【期刊名称】《石油化工应用》【年(卷),期】2015(034)009【总页数】6页(P1-6)【关键词】结垢;结晶;动力学;结垢速率;影响因素【作者】张蕾;屈撑囤;李彦【作者单位】西安石油大学化学化工学院,陕西西安710065;西安石油大学化学化工学院,陕西西安710065;西安石油大学化学化工学院,陕西西安710065【正文语种】中文【中图分类】TE358所谓垢其实就是指水中溶解度小的一些盐离子在一定的物理化学变化条件下，溶液达到了过饱和的不稳或介稳状态，结合而生成不溶性的化合物而沉积下来。
垢具有晶体结构，有固定的晶格，现在对垢的探讨多是从结晶问题的方向来研究。
溶液的温度、过饱和度、离子活度、界面张力（表面能）、活化能是影响结垢的重要因素[1-3]。
其中，溶液的过饱和度是考虑成垢问题时一个最重要的因素。
结垢热力学的研究只是确定了成垢溶液的平衡状态，对于垢的生长速率、生长过程及影响因素，则还需要分析研究其动力学特征。
通过对结垢过程的动力学研究，可以加深对结垢过程的认识，有助于探索减缓及抑制结垢的新方法。
1 垢的生长过程过饱和溶液中阴、阳离子之间相互作用形成离子对，当过饱和度较高时，离子对的增多，聚集形成粒径较大的粒子，这些粒子会处于“ 形成-溶解-再形成”的动态平衡中。
聚电解质会吸附在这些粒子的表面处于一种动力学平衡状态，从而对它的生长及溶解过程产生影响。
当达到一定过饱和度时，溶液中就开始出现一些不易溶解、体积较大的固体成核粒子，这就形成了晶核。
表面强化技术在焊接领域中的应用研究进展
表面强化技术在焊接领域中的应用研究进展摘要：科技在迅猛发展，社会在不断进步，焊接技术以其成本低、工艺简单等优点被广泛应用于结构和构件的制造。
但是，焊接过程通常会对焊接件施加残余拉伸应力，这往往会对焊接接头的疲劳性能等造成不利影响。
表面强化技术可以显著改善材料的力学性能。
综述了辊轧、高频冲击、喷丸法、激光冲击以及超声冲击法等对焊接接头性能的影响，并对其发展方向进行了展望。
关键词：表面强化;焊接;组织;力学性能引言焊接过程中，在形成焊缝的同时，不可避免地在其附近的母材内，经历了一次焊接热循环的特殊热处理，因而形成了一个组织和性能均不同于母材的焊接热循环区。
焊接热影响区本身是一个组织和性能极不均匀的区域；其中一些组织和性能变坏了的部位往往成为整个焊接接头中最薄弱环节，对焊接质量起着控制作用。
很多焊接结构的破坏事故都与其焊接热影响区的性能恶化有关。
国内常用的焊接后处理方法是热处理、过载处理、振动法调整残余应力处理、锤击处理、爆炸消除应力处理、温差拉伸法消除焊接残余应力。
1热喷涂技术热喷涂是利用一种热源将喷涂材料加热至熔融状态并通过气流吹动使其雾化高速喷射到零件表面以形成喷涂层的表面加工技术。
目前在模具行业中主要发展有火焰喷涂和等离子喷涂等技术。
由于热喷涂层具有耐磨、耐蚀、减摩、抗咬合等性能可为模具提供耐磨而坚韧的热喷涂厚涂层因此特别适用于大型模具以及严重磨损条件下的模具修复。
等离子喷涂是以氮、氩等惰性气体作为工作介质在专用的喷枪内发生电离形成热等离子体再将进入该等离子弧区的粉末状涂层材料熔融、雾化并高速喷送到被涂工件表面形成涂层。
由于整个工艺集熔化、雾化、快淬、固结等过程为一体且所获组织致密、结合牢固因此在涂层技术中占主导地位。
但等离子喷涂也存在如需要高纯气体且成本较高等缺点。
目前除常压下气稳式喷涂工艺外又发展出优点更为突出的低压等离子喷涂及液稳式喷涂工艺正逐步推广使用。
而火焰喷涂与等离子喷涂相比成本较为低廉、操作简便但结合的强度和密度相对较弱。
南海水合物黏土沉积物力学特性试验模拟研究
南海水合物黏土沉积物力学特性试验模拟研究石要红;张旭辉;鲁晓兵;王淑云;王爱兰【摘要】利用自行研制的含水合物沉积物合成、分解与力学性质测量一体化试验设备,以南海水合物区域的海底粉质黏土作为骨架,制各含水合物沉积物样品,并对其进行了三轴压缩试验研究,获得了水合物分解前后的应力应变曲线和抗剪强度特性.结果表明:在水合物饱和度0％～45％的范围内,水合物沉积物的应力应变曲线均表现为弹塑性变形,存在明显的应变硬化现象;抗剪强度、内摩擦角和黏聚力随水合物饱和度的增加而增加.相对而言,内摩擦角随饱和度增加幅度较小,其他参数在水合物饱和度超过25％时,呈陡然增高趋势;水合物分解后导致抗剪强度最大可降低为初始的1/4,不同初始饱和度条件下水合物完全分解后沉积物的抗剪强度基本相等,并大于同等围压条件下初始不含水合物的沉积物抗剪强度.【期刊名称】《力学学报》【年(卷),期】2015(047)003【总页数】8页(P521-528)【关键词】水合物沉积物;黏土;应力应变曲线;抗剪强度【作者】石要红;张旭辉;鲁晓兵;王淑云;王爱兰【作者单位】中国海洋大学,青岛266100;广州海洋地质调查局,广州510075;中国科学院力学研究所,北京100190;中国科学院力学研究所,北京100190;中国科学院力学研究所,北京100190;中国科学院力学研究所,北京100190【正文语种】中文【中图分类】TU411水合物是指在适当的高压和低温条件下，由甲烷、丙烷、二氧化碳、硫化氢、四氢呋喃等和水形成的冰状化合物[1].含水合物沉积物则是指蕴含这种固态水合物的砂、黏土等土质的多相多组分的混合物质.自然界中水合物(甲烷水合物为主)广泛分布在陆地高纬度冻土带、陆坡海底和一些深水湖底，是一种储量巨大的新型非常规能源[2-3].实现水合物的高效、安全、经济的开采是各国研究的目标.含水合物沉积物在水合物分解前后和分解过程中的应力应变、抗剪强度等力学参数是水合物勘探与开发分析的基础数据.因为原位试验成本高昂，且现场条件难以控制，针对含水合物沉积物力学性质的研究目前主要是在室内开展.室内研究主要以常规土工三轴试验仪为基础平台，添加合成水合物沉积物样品所需的高压和低温环境模块，进行水合物沉积物合成及原位力学性质试验研究.目前，关于水合物沉积物力学性质研究的试验主要是针对砂土类骨架[4-17]，这是因为前期研究较多的加拿大马利克地区和美国的阿拉斯加地区的水合物地层主要是砂性土.而我国南海含水合物的地区主要以粉质黏土沉积物为主，因此开展这方面的研究非常必要. Winters等[5-6]对Malik2L-38钻井的含水合物土原状样和室内制备渥太华砂土样进行了三轴压缩试验.结果表明：与未含水合物的试样相比，原状和重塑水合物沉积物样品的强度增大，增大的比例取决于水合物的含量、分布等.Hyodo等[7]利用水合物合成与力学性质测量三轴试验装置，对含甲烷水合物的砂样进行了室内试验.结果表明：温度越低、有效围压越高和甲烷水合物的饱和度越大，含甲烷水合物砂样的强度越高.Masui等[8-9]在对日本南海海槽地区钻取的原状水合物岩芯样和室内合成含水合物砂样的三轴压缩试验结果表明：含水合物土的抗剪强度随着水合物孔隙饱和度的增加而增加.Clayton等[10]利用共振柱试验装置，合成含甲烷水合物砂样并进行共振柱试验.结果表明：饱和砂样的体积模量和剪切模量的比值从15～30，当水合物充满20%骨架孔隙空间时，其值降低到2.当水合物含量为3%～5%时，砂样的阻尼达到峰值.国内的张旭辉[11-13]、魏厚振[14]、宋永臣[15]、程远方等[16]分别在各自改造研制的水合物沉积物合成与力学特性测量装置基础上，针对甲烷、二氧化碳和四氢呋喃等不同水合物类型，主要以砂土为骨架，试验分析了含水合物土的力学参数，基本结果是土骨架孔隙中充满水合物和水时，含水合物土的应力应变多表现出前期弹性变形--后期脆性破坏的特征.弹性常数和强度随着水合物饱和度和围压的增加而增加.鉴于前人的研究主要集中在水合物砂土沉积物，本文将针对南海含水合物黏土沉积物进行三轴试验模拟研究，分析其水合物分解前后的宏微观力学特性，以获得较高有效围压条件下水合物勘探与开采评价相关的基础力学参数，包括水合物分解前后的沉积物的应力--应变关系曲线以及弹性模量、黏聚力和摩擦角等，为我国南海水合物相关工程实践提供依据，也为含相变土工材料力学性能的理论认识进行拓展. 试验在如图1所示的水合物合成与力学性质测量一体化试验装置上进行.试验装置的技术参数如下：油压系统可以提供0～14MPa之间的围压，低温控制系统可以提供−20°C～20°C之间的温度，试验中采用控制应变速度的(0.9mm/m in)的方法. 考虑到黏土中甲烷水合物合成时间周期长、水合物饱和度及其分布均匀性很难控制，而四氢呋喃水合物与甲烷水合物具有相似的热、力学性质，与水混合形成溶液后可直接与黏土充分混合并施加低温条件(1个大气压，温度低于4.4°C即可形成水合物)制备含水合物黏土试样[18-20].Yun等[17]利用含四氢呋喃水合物的黏土进行了初步的试验探讨，表明可以反映天然气水合物的基本特性.因此，本文的试验均采用四氢呋喃水合物黏土沉积物样品进行三轴试验研究.试验用的粉质黏土从南海水合物取样地区的海底取回，颗粒比重为2.7，粒径在0.005～0.05mm区间内的颗粒占80%左右.颗粒级配曲线如图2所示.室内制备样品的步骤如下：(1)根据南海北部陆坡神狐区域取样岩心的干密度(ρd=1.3g/cm3)，通过试验得到制备该干密度样品的最优含水率(30%)；(2)配制不同体积分数四氢呋喃的溶液，将此溶液按照最优含水率计算得到的液体量，其中，四氢呋喃试剂的量由四氢呋喃水合物饱和度的设计值确定(在四氢呋喃水合物中，四氢呋喃的质量分数为19%)，进而确定溶液中水和四氢呋喃的质量或体积比例(表1).然后与黏土沉积物混合(混合过程中，用塑料袋封闭以避免四氢呋喃的挥发)，制备直径×高度为3.91 cm×8 cm的样品.为保证土样的均匀性，分4层击实，每层2 cm，在层与层之间用细铁丝刮毛来衔接；(3)将制备好的样品置于三轴的压力室内，加围压，控温系统制冷至2°C,2～3天后合成完毕.试样制备完成后开始进行三轴压缩试验.试验时首先调整围压至指定值，然后按0.9mm/min的轴向变形速度进行排水加载直至破坏.试验过程中记录应力、轴向应变和体变等数据.进行水合物分解后的试验时，先在室温条件下(20°C左右)放置1天，使得水合物完全分解后再重复上述过程.为考察不同水合物含量时的沉积物力学特性，试验采用6组，每组4个样品，其中3个样品是用于水合物分解前的力学试验，1个样品用于水合物分解后的力学试验.根据南海水合物沉积物的饱和度，试验控制的水合物饱和度分别为0%,5%,15%, 25%,35%和45%，具体实验参数见表1，其中，Sh, Gd,ρd,φ,w和m h分别表示四氢呋喃水合物饱和度、土比重、干密度、孔隙度、含水量和四氢呋喃水合物质量. 每组试验的围压分别为 2.5MPa，5MPa和8MPa，这是考虑到现场相关工程中有效围压一般小于这个值.水合物分解后的应力应变曲线只取2.5MPa围压下的数据用于对比，其他围压下的结果基本类似.在试验中样品温度保持为2°C，使水合物在剪切过程中稳定存在而不分解.图3～图8为试验获得的6组应力应变曲线.按照土力学的常规，对于没有峰值的应力应变岩土材料，取应变为15%时对应的偏差应力即最大主应力和最小主应力之差σ1−σ3作为抗剪强度.总体来看，应力应变曲线主要具有如下特征(图3～图8)：(1)随着水合物饱和度的增加，水合物黏土沉积物的强度增加；水合物分解后，沉积物的强度降低，降低程度随着合成的水合物饱和度的增加而增大.试验中强度最大降低为初始的1/4左右.水合物形成时，与黏土颗粒发生胶结，同时随着水合物饱和度的增加，孔隙中水合物对沉积物结构的支撑作用越来越强.一旦水合物发生分解，胶结和支撑作用均会消失，使其强度降低.(2)应力应变曲线呈现弹塑性变形及明显的应变强化特性.首先在小的应力范围内近似为弹性阶段；然后在应变6%内有一个平台期，即应力不变，应变增加阶段；接着发生应力快速上升及应变强化，但是曲线应力没有峰值.这与水合物砂土沉积物的应力应变曲线有显著的区别.水合物砂土沉积物的应力应变曲线没有强化阶段，水合物饱和度高时，曲线有峰值.造成水合物黏土沉积物应变强化的原因是：在初期加载时，沉积物压密，在恒定孔隙流体压力下渗流固结，这时应力和应变均较小，孔隙压缩也小；然后在平台期，随着土体应变继续增大，孔隙越来越小，水合物在孔隙中的填充程度越来越大，其支撑作用随着越来越强.当水合物的填充程度超过一定值时，其支撑效应变得显著，发生应变强化.注意到，初始不含水合物的沉积物应力应变曲线和水合物分解后的并不相同，这说明水合物在沉积物中的形成和分解扰动了沉积物原始结构.弹性模量是一般作为材料刚度的量度.这里采用强化阶段的割线模量来讨论，因为起始模量较小且难以分辨.总体上看，不同饱和度和围压下的割线模量差异不大，尤其是相同饱和度情况下.可能在这种水合物合成方式下，即使较小饱和度条件下，水合物颗粒间及水合物与土颗粒之间容易发生胶结进而对刚度起主导作用，故而饱和度和围压的影响可以忽略，这与前人的结果相同[17].水合物分解以后沉积物弹性模量略有降低(图9).初始不含水合物的沉积物的强度较大，可能的原因是轴向加载前围压引起样品压缩固结，增大了实际的模量.剪切强度随围压的增加和水合物饱和度的增加而增加(图10).不含水合物的沉积物在3种给定的围压下，破坏强度分别为0.15MPa,0.215MPa和0.3MPa.以围压8.0MPa条件下的结果为例说明其随水合物饱和度变化特点，水合物饱和度从5%增加到15%时，剪切强度从0.31MPa增加到0.71MPa，水合物饱和度到25%时，剪切强度跳跃到1.21MPa，之后水合物饱和度从35%增大到45%时，剪切强度从1.41MPa缓慢增加到1.49MPa.可以看到，在水合物饱和度为25%时，破坏强度发生的显著的跳跃，陡然增加为水合物饱和度5%时的4倍以上.这与应变强化的位置是对应的，也说明饱和度25%是这类黏土中的一个临界点，这大大低于水合物砂土的临界点45%[21].究其原因，可能是黏土的孔隙和颗粒粒径均较砂土的小，因此只需要较小的孔隙填充度就可以引起明显的胶结和支撑作用.表2给出了水合物分解前后黏土的剪切强度.在围压为2.5MPa时，水合物分解后的剪切强度，当初始水合物饱和度5%时为0.30MPa，相当于初始的4/5，水合物饱和度15%时，分解后剪切强度降为0.27MPa，即为初始值的3/5，水合物饱和度25%时，分解后剪切强度降为0.27MPa，约为初始值的1/4,水合物饱和度35%时，分解后剪切强度降为0.7MPa，即为初始值的7/10，水合物饱和度45%时，分解后剪切强度降为0.27MPa，相当于初始值的1/4，这些结果与Winters等[5-6]的现场钻取水合物沉积物样品的三轴压缩试验结果趋势一致.可以看到，除了水合物饱和度35%的数据异常外，其他情况下，水合物分解后的剪切强度基本相等，但是大于初始不含水合物的沉积物的值.这说明一方面水合物饱和度大小对于分解后的剪切强度影响不大，另一方面水合物在沉积物中形成与分解对结构物原有的结构产生了较大影响.从图11给出的X-CT微观图像可以看出，水合物饱和度低时，及在孔隙中填充程度小情况下，水合物主要零散的附着于砂土颗粒的表面，没有对骨架起支撑作用(图11(a))，胶结作用很有限.这时，剪切导致颗粒间旋转、滑移和重排列.随着水合物饱和度的增加，水合物更加均匀的胶结在砂颗粒的表面并逐渐大面积地相互连接，在颗粒间的支撑和胶结作用显著增强(图11(b)).这时剪切将主要由水合物本身及颗粒间的胶结面承担.这也即体现了水合物的微观赋存形式(由孔隙填充型向胶结型转变)对宏观的含水合物沉积物抗剪强度的影响[21].摩尔库伦强度准则以法向有效应力σ′、黏聚力c和内摩擦角ϕ来描述(见式(1)).根据图3～图8的应力应变数据，可以整理出摩尔库伦强度参数：内摩擦角和黏聚力图12给出了整理的水合物黏土沉积物内摩擦角和黏聚力随水合物饱和度的变化曲线.可以看到，黏聚力随着水合物饱和度的增加而增加.不含水合物的黏土沉积物的黏聚力和内摩擦角分别为0.09MPa和1.8°，水合物饱和度5%时的黏聚力和内摩擦角分别为0.26MPa和2.9°，水合物饱和度15%时的黏聚力和内摩擦角分别为0.35MPa和2.9°，水合物饱和度25%时的黏聚力和内摩擦角分别为0.78MPa和2.9°，水合物饱和度35%时的黏聚力和内摩擦角分别为0.82MPa和3.2°，水合物饱和度45%时的黏聚力和内摩擦角分别为0.97MPa和3.4°.可以看到，只要有水合物形成，即使饱和度只有5%，其黏聚力也增大为初始不含水合物时的3倍.在水合物饱和度超过25%时，黏聚力值又陡然增加为初始不含水合物时的8倍以上.初始不含水合物时的内摩擦角为1.8°，含水合物沉积物的内摩擦角仅为3°左右，随着水合物饱和度的变化不大.一般来说，黏土颗粒细小，比表面积大，较软，故颗粒间的接触和吸附能力较砂颗粒强，而颗粒间的表面摩擦、嵌入和联锁产生的咬合力小，也即黏聚力显著而内摩擦角小.水合物在孔隙中形成后，对沉积物的胶结作用更强化了黏聚力的效应.因此水合物的形成对内摩擦角的影响很有限.利用自行研制的含水合物土合成与力学性质测量一体化试验设备，制备南海水合物赋存区域的海底粉质黏土水合物，进行了三轴压缩试验研究，并针对水合物微观赋存状态开展了微观CT扫描试验研究.重点分析了不同水合物饱和度(0%，5%，15%，25%，35%，45%)条件下的水合物黏土沉积物的应力应变特性和强度特性.得到如下主要结论：(1)在与现场沉积物的干密度相同条件下(1.3g/cm3)，水合物黏土沉积物的应力应变曲线表现弹塑性破坏形式，且有明显的应变强化特性，这与水合物砂土沉积物有显著的区别.(2)随着水合物饱和度的增加，水合物沉积物的剪切强度和摩尔库伦强度参数增大；且当水合物饱和度超过25%时，其剪切强度和黏聚力有显著的跳跃，黏聚力值增加为初始不含水合物沉积物的8倍以上，而内摩擦角变化不大.(3)水合物分解后，剪切强度最大可降低到初始的1/4.水合物分解后的剪切强度与水合物饱和度相关性很小且大于初始不含水合物的沉积物的剪切强度.在本文试验中水合物分解后的剪切强度为0.27MPa左右.本文的研究结果对于我国南海海域水合物沉积物的力学特征具有一定的代表性，可以作为相关地区水合物研究及工程应用的参考.Received 19December 2014,accepted 3March2015,availableonline10March 2015.1)The projectwassupported by the NationalNaturalScience Foundation of China(51239010,41376078,11102209)and China Geology Survey(GZH201100311).2)Zhang Xuhui,associate professor,research interests:soilmechanics in gashydrateexploration and exploitation.E-mail：*******************.cn 【相关文献】1 Koh CA.Towards a fundamental understanding of natural gas hydrates.ChemicalSociety Reviews,2002,31:1572 Kvenvolden KA,Lorenson TD.Theglobaloccurrenceofnaturalgashydrate.GeophysicalMonograph,2001,124:3-183张洪涛,张海启,祝有海.中国天然气水合物调查研究现状及其进展.中国地质,2007，34(6):953-961(Zhang Hongtao,Zhang Haiqi,Zhu Youhai.Gashydrate investigation and research inChina: Present status and progress.Geology in China,2007，34(6):953-961(in Chinese))4王淑云,鲁晓兵.水合物沉积物力学性质的研究现状.力学进展, 2009,39(2):176-188(Wang Shuyun,Lu Xiaobing.Advancesof research onmechanical propertiesof gashydrate deposits.Advances in Mechanics,2009,39(2):176-188(in Chinese))5 WintersWJ,Pecher IA,Waite WF,et 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In:Proceedingsof 17th International O f shore and Polar Engineering Conference,Ocean M ining Symposium,2007,Lisben,Portugal, 53-56 9 M iyazaki K,Masui A,Sakamoto Y,et al.Triaxial compressive properties of artificia methane-hydrate-bearing-sediment.Journal ofGeophysicalResearch,2011,116,B0610210 Clayton CRI,Priest JA,Best AI.The e f ects of dissem inated methane hydrate on the dynam ic sti f ness and damping of a sand. Geotechnique,2005,55(6):423-43411 Zhang XH,Lu XB,Zhang LM,et al.Experimental study on mechanical properties of methane-hydrate-bearing sediments.Acta Mechanica Sinica,2012,28(5):1356-136612张旭辉,王淑云,李清平等.天然气水合物沉积物力学性质的试验研究.岩土力学,2010,31(10):3069-3074(Zhang Xuhui,Wang Shuyun,LiQingping,etal.Experimentalstudy ofmechanicalproperties of gas hydrate deposits.Rock and Soil Mechanics,2010,31(10):3069-3074(in Chinese))13 Lu XB,Wang L,Wang SY,etal.Study on theMechanicalProperties of the tetrahydrofuran hydrate deposit.In:Proceedingsof 18th InternationalO f shore and Polar Engineering Conference,Vancouver, Canada,2008,57-6014魏厚振,颜荣涛,陈盼等.不同水合物含量含二氧化碳水合物砂三轴试验研究.岩土力学,2011,32(Supp.2):198-203(WeiHouzhen, Yan Rongtao,Chen Pan,et al.Deformation and failure behavior of carbon dioxidehydrate-bearing sandsw ith di f erenthydrate contents under triaxial shear tests.Rock and Soil Mechanics,2011, 32(Supp.2):198-203(in Chinese)) 15李洋辉，宋永臣，刘卫国.天然气水合物三轴压缩试验研究进展.天然气勘探与开发,2010,33(2):51-55(Li Yanghui,Song Yongchen,LiuWeiguo.Triaxial compression testof natura lgashydrate.NaturalGas Eχploration&Development,2010,33(2):51-55 (in Chinese)) 16李令东,程远方,孙晓杰等.水合物沉积物试验岩样制备及力学性质研究.中国石油大学(自然科学版),2012,36(4):97-101(Li Lingdong,Cheng Yuanfang,Sun Xiaojie,etal.Experimental samplepreparation andmechanical properties study of hydrate bearing sediments.Journal ofChina University ofPetroleum,2012,36(4): 97-101(in Chinese))17 Yun TS,Santamarina JC,Rupple C.Mechanicalpropertiesof sand, silt and clay containing tetrahydrofuran hydrate.Journal ofGeophysicalResearch,112,B0410618 WaiteWF,Santamarina JC,CortesDD,etal.Physicalpropertiesof hydrate-bearing sediments.Reviews ofGeophysics,RG4003/2009, 47:1-3819吴青柏,蒲毅彬,蒋观利,等.冻结粗砂土中甲烷水合物形成CT试验研究.天然气地球科学,2006,17(2):239-248(Wu Qingbai, Pu Yibin,Jiang Guanli,et al.Experimental research of formation process ofmethane hydrate in freezing coarse grain size sand by computerized tomography.Natural Gas GeoScience,2006,17(2): 239-248(in Chinese))20 Nagashima K,Orihashi S,Yamamoto Y,et al.Encapsulation of saline solution by tetrahydrofuran clathrate hydrates and inclusion m igration by recrystallization.Journal of Physical Chemistry B, 2005,109:10147-1015321 Lu XB,Zhang XH,Wang SY.Advances in study of mechanical propertiesof gashydratebearing sediments.The Open Ocean Engineering Journal,2013,6:26-40。
《材料表面处理技术与工程实训》习题解答
《材料表面处理与工程实训》习题解答第1章材料表面处理的分类思考题1. 材料表面处理全面而确切的含意是什么？表面处理应该是指为满足特定的工程需求，使材料或零部件表面具有特殊的成分、结构和性能（或功能）的化学、物理方法与工艺，它以表面科学为理论基础，利用各种物理的、化学的、物理化学的、电化学的、冶金的以及机械的方法和技术，使材料表面得到我们所期望的成分、组织、性能或绚丽多彩的外观。
2. 举出您比较熟悉的一个产品对材料表面处理技术的需求。
提示：随着材料表面处理技术的发展，基材不再局限于金属材料而是包揽金属、有机、无机、复合等材料领域。
对材料表面性能的要求也从一般的装饰防护拓展到机、电、光、声、热、磁等多种特种功能和综合功能领域。
举出一例。
3. 在您所接触的日常生活用品中，哪一件制品的表面处理您最喜欢，为什么？您能说出它的表面是怎样处理的吗？提示：学习用品、通讯工具、交通工具等。
4. 在您所接触的日常生活用品中，有哪一件您认为如果能在表面处理上作一些改进，大家就会更喜欢它？您对它的改进有具体设想吗？提示：学习用品、通讯工具、交通工具等。
5. 什么是表面改性？什么是表面加工？二者有什么区别？表面改性——用机械、物理和化学的方法，改变材料表面的形貌、化学成分、相组成、微观结构、缺陷状态或应力状态。
1表面加工——通过物理化学方法使金属表面的形貌发生改变，但不改变金属表面的金相组织和化学成分，如：表面微细加工、抛光、蚀刻、整体包覆。
区别：表面加工不改变金属表面的金相组织和化学成分；表面改性改变金属表面的金相组织和化学成分。
第2章材料表面处理的理论基础思考题1.什么是清洁表面，什么是实际表面，二者具有怎样的研究意义？清洁表面是指不存在任何吸附、催化反应、杂质扩散等物理化学效应的表面。
这种清洁表面的化学组成与体内相同，但周期结构可以不同于体内。
在材料实际应用过程中，材料表面是要经过一定加工处理(切割、研磨、抛光等)，材料又在大气环境(也可能在低真空或高温)下使用。
驱油剂调研报告
驱油剂调研报告目录1 提高采收率与驱油剂概述1.1 提高原油采收率的意义1.2 驱油剂在提高采收率中的作用2 化学驱油剂的发展现状、应用、存在问题2.1 聚合物驱油剂...........................................................................2.1.1 聚合物驱油的发展 .........................................................2.1.2 目前我国聚合物驱油的现状...........................................2.1.3 聚合物驱油的应用 (3)2.1.4 聚合物驱技术现在存在问题...........................................2.2 表面活性剂驱油剂....................................................................2.2.1 表面活性剂驱油的发展 ..................................................2.2.2 常用驱油表面活性剂使用现状2.2.3 表面活性剂驱研究前景2.3 碱驱油剂2.3.1 碱驱的发展2.3.2 碱水驱主要的应用方法及特点 .......................................2.4 复合驱油剂 ..............................................................................2.4.1 复合驱问题的提出 .........................................................2.4.2 二元复合驱 (8)2.4.3 三元复合驱 (9)2.4.4 复合驱油体系的深化:从三到二，从有碱到无碱 (9)2.4.5 ASP 三元复合驱技术中的几个问题................................2.5 几种新型的前沿驱油剂 ............................................................2.5.1 超份子化学驱油剂 .........................................................2.5.2 份子沉积膜驱油剂2.5.3 纳米液驱油剂2.5.4 生物酶驱油剂3 化学驱油剂新发展4 国内外化学驱油技术发展趋势4.1 国外化学驱油技术发展趋势4.2 国内化学驱油技术发展趋势4.2.1 聚合物驱大规模工业应用及配套技术4.2.2 复合驱油技术及配套工艺技术 .......................................4.2.3 高温高盐高粘高蜡等苛刻条件油藏聚合物驱技术..........4.2.4 泡沫复合驱油技术显示出良好的应用前景 ....................4.2.5 扩大驱油剂的原料来源 (17)4.2.6 驱油剂与驱油强化剂共同发展 (17)石油作为极其重要的能源和化工原料，世界范围内的需求持续增长。
液中脉冲放电制备陶瓷涂层的研究进展
似 的工 作［］得 到 了运 用粉 末 冶金 压制 体工 具 电极 ，
（ Ｍ） 纯 块 体 电极 Ｔｉ／ ／ ｏ和 ＷＣ Ｃ Ｐ 和 Ｃ ＷＣ Ｃ ／ ｏ改 善
ＡＩＩ 钢 轧辊 的寿命 和性 能 的试 验 数据． 果 表 ＳＤ ２ 结
进行 了将 电火 花堆积和 电火花 去除加 工组合 对工 件
修复 的实验． 日本 三菱 电 机公 司受科 学技 术振 兴 事 业 团的委托将 该项 发 明付 诸 于 刀具 、 头 等表 面 强 钻
化等 实际应用 ， 达到 了工业 生产 水平 ［ ¨ 国内对 此 １ ． “ 项技术 的研究 尚处 于起 步 阶段 ， 尔 滨工 业 大学 赵 哈
８ ６
材
料
研
究
与
应
用
与其它表 面处理 技 术 相 比 ， 用 液 中脉 冲 放 电 采 制备 的涂层有 如 下优 点［ ： １ 制 备 涂层 时无 需抽 ３ （） 引 真 空 ， 需要 特殊 、 不 复杂 的处理 装 置和 设备 ， 体 材 基
料也 不需要预 处理． 因此 成 本 较低 ． ２ 由于存 在 离 （）
要 的电离能量 要高 于 Ｔｉ 素． 明翰大 学进 行 了类 元 伯
子注 入效应 ， 生成的涂 层成分 是渐进 变化 的 ， 以 所 所
涂层 与基体 的结 合非 常 牢 固 ， 不易 发 生 剥落． ３ 由 （） 于是 在液 体 中进 行 反应 沉 积 ， 固速 度快 ， 凝 因此 ， 热
Ｔｉ 并进行 了切 削 加 工试 验 ． 果 表 明 ， 液 中脉 Ｃ， 结 经
层 国内研 究 较 少 ． 璐［ 做 了相 关 方 面 的工 作 ， 李 ３ 在
乙醇水溶液单液滴碰撞热壁面的动态演化特性
如图 1 所示，在选择针头尺寸的情况下，设定
参数后由软件控制开始供液，在该过程开始时同时
开启数据图像采集系统。数据采集系统由图像和温
度采集两个分系统组成，分别获取壁面温度参数和
液滴动态演化过程参数。为使实验过程中保持壁温
为设定值，自行设计了加热装置；加热系统由紫铜
加热块、热电偶、加热棒、隔热材料等部件组成。
Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, Liaoning, China)
Abstract: Ethanol additive can significantly change the dynamic impact characteristics of deionized
物性变化入手对碰壁现象进行了深入研究，未继续
从壁面传热的角度考虑其对液滴碰壁的影响。Kim
等[25]和熊金宝等[26]研究了纯水液滴在不同尺寸结构
过热表面上的动态行为，对液滴的碰壁动态过程进
行了实验研究，发现随着壁面温度的升高液滴撞击
现象可分为沉积、二次雾化反弹、二次雾化破碎、
回弹和破碎这 5 个阶段，并且认为沉积代表核态沸
wettability was strengthened first and then rebound. Ethanol additive could effectively inhibit the
rebounding and make the mixture droplets spread continuously. At wall surface temperature of 125℃, the
引用本文：刘红, 司超, 赵传奇, 等 . 乙醇水溶液单液滴碰撞热壁面的动态演化特性[J]. 化工进展, 2021, 40(1): 74-81.
钛合金表面纳米化强化研究进展
表面技术第50卷第12期钛合金表面纳米化强化研究进展段冰冰1，王治国2，蔡晋3，李威3，司朝润1（1.西北工业大学 机电学院，西安 710072；2.航空工业西安飞机工业（集团）有限责任公司， 西安 710089；3.沈阳航空航天大学 航空宇航学院，沈阳 110136）摘要：钛及钛合金因具有密度小、比强度高、耐腐蚀性能好等优点，在航空航天领域得到了广泛应用。
表面纳米化是在材料表面形成一层由纳米级颗粒或晶粒组成的强化层，从而改善金属材料的表面性能，具有普适性好、工艺简单等独特优势。
对钛及钛合金进行表面自纳米化处理后，其表层产生了剧烈的塑性变形，在材料中形成了独特的梯度纳米结构层，分别为剧烈变形层、亚微米细晶层、粗晶应变层和基体层，表层组织结构的改变也会导致钛合金表层性能产生变化。
首先，对表面涂层或沉积、表面自纳米化以及混合纳米化3种金属表面纳米化方法进行了简要概述，分析了各自优缺点以及目前存在的问题。
其次，着重论述了孪晶和位错在钛合金自纳米化过程中所起的关键作用，探讨了α、α+β、β 3种类型钛合金纳米化机理存在的差异，对钛合金表面纳米化机理的研究现状进行了归纳总结，在此基础上，重点介绍了表面纳米化处理对钛合金表层性能的影响，主要包括近年来关于硬度与残余应力、疲劳、腐蚀、磨损、扩散性能的影响及研究现状，并对其强化机制进行了分析。
最后，归纳总结了现有钛合金表面纳米化研究存在的不足，对今后的研究工作进行了展望，并提出应将表面纳米化技术与数字化仿真技术、渗氮等工艺结合，发展数字化、复合强化技术，以期为表面纳米化技术在钛合金领域的发展研究提供有价值的参考。
关键词：表面纳米化；钛合金；纳米化机理；微观组织；表面性能中图分类号：TG156.88；TB114.2 文献标识码：A 文章编号：1001-3660(2021)12-0202-15DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2021.12.021Research Progress on Surface NanocrystallizationStrengthening of Titanium AlloysDUAN Bing-bing1, WANG Zhi-guo2, CAI Jin3, LI Wei3, SI Chao-run1(1.School of Mechanical Engineering, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072, China;2.A VIC Xi’an Aircraft Industry (Group) Company Ltd., Xi’an 710089, China;3.College of Aerospace Engineering, Shenyang Aerospace University, Shenyang 110136, China)ABSTRACT: Titanium and titanium alloys have been widely used in aerospace field because of their low density, high specific收稿日期：2020-11-27；修订日期：2021-03-25Received：2020-11-27；Revised：2021-03-25基金项目：西北工业大学研究生种子基金项目（CX2020105）；中国航发产学研合作项目（HFZL2019CXY024-1）；中央高校业务费项目（G2018KY0302）Fund：Supported by Graduate Starting Seed Fund of Northwestern Polytechnical University (CX2020105), Industry-University-Research Collaboration Programme of Aero Engine Corporation of China (HFZL2019CXY024-1), Fundamental Research Funds for the Central Univer-sities (G2018KY0302)作者简介：段冰冰（1996—），男，硕士研究生，主要研究方向为金属表面强化。
金属的表面强化工艺
①表面淬火用材料 ⑴ 0.4-0.5%C的中碳钢。 含碳量过低，则表面硬度、耐磨性下降。 含碳量过高，心部韧性下降； ⑵ 铸铁 提高其表面耐磨性。
机床导轨
表面淬火齿轮
②预备热处理 ⑴工艺： 对于结构钢为调质或正火。 前者性能高，用于要求高的 重要件，后者用于要求不高 的普通件。 ⑵目的: 为表面淬火作组织准备； 获得最终心部组织。
复合镀：电镀或化学镀的溶液中加入适量金属或非金属微粒，借助于强 烈的搅拌，与基质金属一起均匀沉积而获得特殊性能镀层的表面强化方 法。 应用：对材料有特殊要求。原子能工业和航天航空工业
金属覆盖层（电镀）
电镀 electroforming：
• 利用电解在制件表面形成均匀、致密、结合良好的 金属或合金沉积层的过程。
接加热工件表面的方法。成本低， 但质量不易控制。
⑶ 激光热处理: 利用高能量密
度的激光对工件表面进行加热的方 法。效率高，质量好。
火焰加热表面淬火
激光表面热处理
火焰加热表面淬火示意图
2、化学表面热处理
化学热处理是将工件置于特定介质中加热保温，使 介质中活性原子渗 入工件表层从而改 变工件表层化学成 分和组织,进而改变 其性能的热处理工 艺。
碳钢。 常用钢号为38CrMoAl。 ⑵氮化温度为500-570℃ 氮化层厚度不超过0.6-0.7mm。
井式气体氮化炉
⑶常用氮化方法 气体氮化法与离子氮化法。 气体氮化法与气体渗碳法类似，
渗剂为氨。 离子氮化法是在电场作用下，
使电离的氮离子高速冲击作为 阴极的工件。与气体氮化相比， 氮化时间短，氮化层脆性小。
钢的化学热处理
二、表面形变强化
表面形变强化指使钢件在常温下发生塑性变形，以 提高其表面硬度并产生有利的残余压应力分布的表 面强化工艺。
金属陶瓷表面硬质涂层的制备及其与基体结合强度研究现状
金属陶瓷因既具备金属材料优异的强度、高温导热性和热稳定性，又具备陶瓷材料的耐高温、耐腐蚀等特性而广泛用于制造切削刀具。
金属陶瓷耐磨性和硬度不足的问题限制了其应用范围，在其表面制备硬质涂层可以解决这一问题，但是涂层的结合强度弱,易剥落。
介绍了硬质涂层的制备方法、涂层与基体结合强度的影响因素，阐述了提高硬质涂层结合强度的方法，最后对金属陶瓷表面硬质涂层的制备技术及结合强度的提高进行了展望。
1制备方法1.1 液相沉积法液相沉积法是20世纪80年代由发明的一种制备氧化物涂层的方法，是一种在过饱和溶液中自动分离结晶的工艺；该方法生产流程简单，耗费少，可再生性好，可生产的氧化物涂层种类多。
液相沉积法可从原位上对前驱体覆膜，可在各种气氛中利用加热、照明、掺杂等后处理过程使覆膜功能化。
近年来，利用液相沉积法制备的金属氧化物涂层越来越受到人们重视，目前主要应用于集成电路、金属-氧化物半导体、生物传感器、光催化和抗菌等方面。
应用广泛的电化学沉积技术也属于液相沉积法的一种，通过在强电场影响下使电解质溶液中的正负离子转移，在阴极表层进行氧化还原过程，从而产生镀层。
可选择将导电性较差的有机溶剂、水溶液、熔融盐等作为电解液，对基体表层进行电沉积以制备多种不同形式和聚集态的物质。
在高压电流下产生的大电荷会导致含碳有机溶液极化、电离，所产生的含碳物质会与高压阴极表层发生电化学反应而产生“碳碎片”，经扩张形成薄膜。
电化学沉积技术具有仪器和工艺简单、膜层厚度容易控制的特点。
1.2 气相沉积法1.2.1 化学气相沉积技术化学气相沉积技术是先将化工反应室通入各种气体，在化工反应室的衬底表面上或在含碳气相物质中，利用气态或蒸气态物质在气相或气/固界面上进行物理化学反应而析出固相化合物，并沉积到基体上形成固态沉积物的方法。
化学气体主要包括能够形成薄膜元素的气态化学反应剂和液体反应溶剂的蒸气，以及发生物理化学反应的其他化学气体。
金属陶瓷表面硬质涂层的组成、与基体结合强度和物理性能会受到输送物料、气体特性、基体材料类型、基体表面状况、温度分布等因素的影响。
《中国表面工程》第33卷(2020年)总目次
《中国表面工程》第33卷（2020年）总目次第1期【工程前沿】超快激光制备材料表面微纳结构的研究进展肖强，徐睿（1）…………………………………………………………【表面工程研究】喷丸成形弹坑尺寸对2324铝合金疲劳性能的影响王强，张炜（18）…………………………………………………AZ31镁合金表面含纳米SiC氟化镁膜层的制备及耐腐蚀性能安景花，齐玉明，彭振军，梁军（24）…………………微量钛对离子渗氮渗层特性及性能的影响毛长军，魏坤霞，刘细良，周正华，胡静（34）……………………………氮气对纳米金刚石膜的生长结构及晶界处H含量的影响王振湉，翁俊，汪建华，刘繁（39）………………………a-CʒH和ta-C涂层对7075铝合金的摩擦学特性黄志宏，杨豆，杨兵，刘传胜（47）…………………………………聚酰亚胺基自润滑材料与WS2-Ag固体润滑膜的相容性邱维维，孟祥宇，王非，孟晖，包知迪（55）………………磁控溅射Cr/CrN和Cr/CrN/CrAlN涂层的抗高温氧化性能宋肖肖，李柯，赵婕宇，董艇舰，胡登科，陈亚军（63）………………………………………………………………基体、过渡层偏压和涂层厚度对氧化铬涂层结晶取向的影响黄凯，李刘合（73）…………………………………………Au负载N掺杂TiO2纳米管阵列的制备及其性能许美贤，刘佳孟，李文奕，孙研豪，张王刚，王红霞（84）……………LZO/8YSZ双陶瓷热障涂层CMAS的腐蚀性能杨乐馨，李文生，安国升，张义（91）……………………………………HVAF工艺参数对铝基非晶合金涂层性能的影响邱实，王浩伟，王晓明，常青，吕威闫，杨柏俊（101）…………32Cr3Mo1V钢表面激光离散Cr合金化的热疲劳性能李文，王之桐（110）………………………………………………激光比能对Fe2B激光熔覆涂层微观组织与性能的影响王一澎，陈志国，汪力，魏祥，舒忠良，沈聪（117）……………………………………………………………氮化钛含量对热塑性涂层光热效应及自修复性能的影响王金科，马菱薇，张达威（125）…………………………………【应用实例】【例61】等离子增强化学气相沉积DLC薄膜在汽车零部件上的应用雷霈，帅小锋（封二）……………………………第2期【工程前沿】冷喷涂制备钛及钛合金涂层研究进展周红霞，李成新，李长久（1）…………………………………………………………表面微织构复合固体润滑材料的摩擦学性能研究进展付景国，徐长旗，朱新河，张蓬予，刘耕硕，严志军（15）………【表面工程研究】仿生微织构与氟硅烷修饰对6061铝合金浸润性的影响李杰，黄镕敏，王超磊，吴昊晨，张阳（29）………………AZ31B镁合金表面微弧氧化/聚苯胺改性环氧涂层的腐蚀失效行为莫格，崔学军，张颖君，李明田，宁闯明（37）………………………………………………………………………TC6钛合金渗碳层在不同介质环境中的腐蚀磨损性能代燕，吴旋，杨峰，李坤茂，刘静，欧梅桂（47）………镍钴合金在低共熔溶剂中的共沉积行为李文若，郝建军，牟世辉（57）……………………………………………………机械能助渗锌铝渗层的防腐耐磨性能分析梁义，周云龙，盛忠起，邢伟，魏世丞（65）……………………………表面纳米化对Dievar模具钢高能离子注渗WC层性能的影响王文权，桑娜，胡春华（75）……………………………N含量对Cr-N涂层结构和抗高温水蒸汽氧化性能的影响白羽，黄平，葛芳芳，黄峰（87）………………………钛合金表面GO/HA/MAO复合膜层的制备及其性能李明泽，赵子聪，吴敏宝，左佑，张玉林，陈飞（97）………不同电极排列方式下纯铁薄膜晶粒的生长行为王振宇，丁国，李岩，定巍（111）…………………………………等离子喷涂La2Zr2O7热障涂层高温烧结的硬化行为唐春华，李广荣，刘梅军，杨冠军，李长久（119）…………………TA15钛合金激光熔化沉积制件超声相控阵检测何振丰，赵宇辉，赵吉宾，王志国，孙长进（127）………………………同轴送粉工艺参数对激光增材再制造喷嘴粉流流场的影响规律郭辰光，郭昊，李强，岳海涛，王闯（136）……超高速激光熔覆低稀释率金属涂层微观组织及性能娄丽艳，张煜，徐庆龙，王轲岩，澹台凡亮，李长久，李成新（149）………………………………………………第3期【工程前沿】仿生自主变色伪装材料的研究进展吴昱，金青君，崔志峰，毕鹏禹，张梦清（1）………………………………………仿生织构类型及其对表面摩擦性能影响侯启敏，杨学锋，王守仁，肖居鹏，李万洋（18）………………………………等离子体喷涂环境障涂层高温失效研究进展庄铭翔，都业源，袁建辉，王亮（33）……………………………………垃圾焚烧发电锅炉高温腐蚀治理的研究进展曲作鹏，钟日钢，王磊，赵文博，田欣利，王海军（50）…………………【表面工程研究】纯钛表面超疏水性着色膜的制备及性能郑志军，何蕊，陈均焕，高岩，李浩（61）………………………………NaOH溶液存储对纯钛表面TiO2－x 层超亲水性长期稳定性的影响孙飞，程巍，蔺增（71）…………………………超疏水铝合金表面的复合制备与性能杨晓红，叶霞，徐伟，顾江，范振敏，陆磊（78）…………………………成膜时间对镁合金镧盐转化膜耐蚀性的影响许满足，邹忠利（88）…………………………………………………………等离子喷涂不同比例掺杂G-Al2O3－13%TiO2复合涂层的耐腐蚀性能张昊，张晶晶，刘旭，林海，李廷举（95）………………………………………………………………………基于分形方法的YSZ热障涂层有效热导率分析丁坤英，李志远，王者，程涛涛（104）…………………………………超音速等离子转移弧喷涂铝涂层的响应曲面法工艺优化靳子昂，刘明，朱丽娜，王海斗，王海军，康嘉杰（111）……………………………………………………………煤油流量对HVOF喷涂WC-12Co/NiCrBSi复合涂层显微组织与性能的影响刘杰，刘侠，胡凯，张世宏，王硕煜，丁毅，薛召露（119）…………………………………………………基于齿面缺陷激光修复几何数学模型的齿轮修复李向波，李涛，石博文，王东，张元良（129）……………………CeO2对TiC x增强钛基激光熔覆层成形质量和组织的影响杨凡，张志强，张宏伟，张天刚（137）……………………La元素对MoSi2涂层的宽温域氧化行为影响杨英，毛绍宝，巫业栋，张世宏（152）……………………………………【应用实例】【例62】狭小端口超大内腔结构件高性能防腐技术及应用唐斌，李永彬，张志强（封二）………………………………第4期【冷喷涂技术专题】………………………………………冷喷涂增材制造关键技术吴洪键，李文波，邓春明，刘敏，廖汉林，邓思豪（1）…………………………………………冷喷涂技术的研究进展与应用黄仁忠，孙文，郭双全，谢迎春，刘敏（16）……………………………………………………………真空冷喷涂技术及其在功能器件中的应用马凯，李成新（26）……………………………………………………冷喷涂金属基复合涂层及材料研究进展王吉强，崔新宇，熊天英（51）……………………………………………………冷喷涂金属的组织与性能调控雒晓涛，谢天，李长久，李成新（68）……………………………冷喷涂过程中气固两相流动行为及喷涂工艺优化研究新进展李文亚，樊柠松，殷硕（82）【表面工程研究】…………………………微弧氧化镁表面钙磷生物涂层的制备及性能韩嘉平，王振玲，唐莎巍，胡津，于玉城（102）粉末包埋渗铝与气氛渗铝对P92钢650ħ饱和蒸汽氧化行为的影响…………………………………………………周永莉，鲁金涛，黄锦阳，杨珍，袁勇，谷月峰，赵钦新（111）……………………………………………交流电场增强45钢中温粉末法硼铝共渗特性谢飞，王晓娟，潘建伟（121）……………负偏压和本底真空度对Al膜表面形貌和耐蚀性能的影响胡方勤，曹振亚，张青科，杨丽景，宋振纶（128）HVAF喷涂Inconel625涂层在生物质发电环境的高温腐蚀行为………………………………………杨二娟，刘福广，常绍峰，谷永辉，蒋生喜，张庆和，雒晓涛，李长久（136）……基于面积分数多尺度分析的封严涂层孔隙分布均匀性定量表征李宗艺，张伟，林莉，马志远，雷明凯（145）超音速微粒沉积－激光同步强化Inconel718涂层高温氧化行为……………………………………………………………李丹阳，韩国峰，殷凤仕，任智强，朱胜，王晓明（152）烧结温度对Q235钢搪瓷涂层组织结构及性能影响……………………………………李翠霞，瞿学炜，李文生，冯力，伊莲娜·亚茨申科（俄罗斯），杨晓永（160）第5期【表面工程研究】……………………超疏水涂层的制备及其对Mg-Li合金的防腐蚀性能李玉峰，高文博，史凌志，高晓辉，王万兵（1）………………………不锈钢网表面润湿性的调控及其油水分离性能李志文，齐博浩，刘长松，赵欣生，栗心明（10）氟改性丙烯酸酯共聚物的制备及其涂层表面疏水性能…………………………………………韩东晓，侯劲松，苗夫传，张志远，李雪冰，马敬芳，郑勇，朱立群（18）………自组装膜层微观结构对铝合金表面耐腐蚀性能的影响李姣姣，刘燕红，李家平，刘燕仪，尚伟，温玉清（30）………………………………基于梳齿沟槽阵列的集油表面润滑特性刘成龙，郭峰，黄柏林，周易，栗心明（40）…………………活塞环表面液相等离子体电解渗氮处理工艺朱宗宁，赵鸿岳，梅德清，赵卫东，陈晨，陶俊（47）……………………………………………稀土对铁基粉末冶金材料渗硼强化性能的影响方慧敏，张光胜，夏莲森（56）O/Ar流量比及退火对氧化锆薄膜结构及摩擦学性能的影响2………………………………………………………………许文举，鞠鹏飞，李红轩，吉利，刘晓红，陈建敏（65）…………………………………………SiC对氩弧熔覆AlCuFeNiCo高熵合金涂层组织性能的影响时海芳，王红蕾（75）………………………………………激光裂解Ti-Si有机膜制备陶瓷涂层的组织与耐磨性王思捷，刘照围，王潇（83）………………改性碳纤维的制备及其增强PTFE复合涂层摩擦学性能蒋国强，郭永信，刘雅玄，卞达，赵永武（90）…………………………………………………………环境障涂层的发展瓶颈及应对措施马壮，张学勤，刘玲（99）【再制造工程研究】………………VIGA和EIGA气雾化法制备增材制造用低合金钢粉末吕威闫，杨番，韩国峰，王晓明，杨柏俊（115）…………………………基于政府补贴的制造商“以旧换再”定价策略丰奇倩，刘渤海，郑汉东，陈玉霜，李凯（123）【应用实例】………………………【例63】内孔高能等离子喷涂在泥浆泵缸套内表面强化与修复中的应用刘明，马国政（封二）第6期【综述论文】……………………温度对表面摩擦磨损性能影响的研究进展牛宇生，郝秀清，孙鹏程，赵香港，李亮，何宁（1）【表面工程研究】……………………………电压对医用钛合金阳极氧化膜结构和耐蚀性的影响朱晓清，王烨，宋瑞宏，吴海丰（23）…………激光刻蚀和阳极氧化对纯钛植入体表面性能的影响赵梓贺，万熠，于明志，张晓，王宏卫，宋章仪（29）………………………增材制造孔隙结构生物医用钛合金力学及干摩擦行为有限元分析徐敬忠，吕晓仁，李述军（37）……………………………………表面织构对动压滑动轴承摩擦学性能的影响毛亚洲，杨建玺，徐文静，金乐佳（47）铝合金表面有机污染物等离子体清洗机理及验证……………………………………………………李玉海，白清顺，杨德伦，张鹏，卢礼华，张飞虎，袁晓东（58）…………………GLC/成分梯度CN x多层膜的微观结构和摩擦学性能杨芳儿，陆诗慧，杨烁妍，高蔓斌，郑晓华（68）工作气压对TiBN/TiAlSiN纳米多层涂层的结构和性能影响………………………………………………………………王泽松，韩滨，项燕雄，田灿鑫，邹长伟，付德君（77）……………………靶基距对Cu/Si（100）薄膜结构和残余应力的影响孟笛，蒋智韬，李玉阁，高剑英，雷明凯（86）…………………………非晶Ni-Mo-P镀层微观组织结构演变对耐蚀性的影响赵冠琳，刘树帅，吴东亭，邹勇（93）纳米CeO2掺杂对烧结钕铁硼磁体表面Zn-Al涂层性能的影响…………………………………………………曹玉杰，刘友好，张鹏杰，徐光青，刘家琴，衣晓飞，吴玉程（100）………………………环境障涂层用纳米结构Yb2SiO5粉体喂料的制备与表征邓路炜，张晓东，王东升，王铀（108）碳含量对激光熔覆CoCrFeMnNiC x高熵合金涂层摩擦磨损和耐蚀性能的影响………………………………………刘径舟，刘洪喜，邸英南，蔺健全，郝轩宏，王悦怡，陈林，张晓伟（118）中间合金粉对激光选区熔化TMZF合金电化学性能的影响……………………………………………………………褚清坤，邓朝阳，闫星辰，马文有，胡永俊，刘敏（128）磷基无卤素油溶性离子液体润滑添加剂的摩擦学特性…………………………………………………范丰奇，张朝阳，周康，黄卿，汤仲平，于强亮，蔡美荣（136）【应用实例】…………………………………………………………【例64】超高速激光熔覆技术在液压支柱上的应用邹斌华（封二）。
表面活性剂
表面活性剂定义： 是指在加入少量时能显著降低表面张力并 改变体系界面状态的物质，具有亲水亲油的性质， 能起乳化、分散、增溶、洗涤、润湿、发泡、保 湿、润滑、杀菌、柔软、拒水、抗静电、防腐蚀 等一系列作用。
表面活性剂与表面张力 1．表面张力 界面：物质相与相的分界面。一般有：液—气、 液—固、液—液、固—气、固—固等五种界面。 由两相组成的系统有一个界面；两相以上的系统 可以是多个界面。 表面：由于人的眼睛通常看不见气相，所以经 常把有气相组成的界面（即液—气、固—气界面） 叫做表面。 表面现象：如清晨草尖上的露珠、落下的雨滴、 水中的油珠、毛细管的虹吸。 表面张力：是作用于液体表面单位长度上使表 面收缩的力（mN/m）。
不同 HLB 值范围的表面活性剂所适用的场合 HLB 值范围 适用的场合 3 ～6 油包水型乳化剂 7 ～9 润湿、渗透 8～15 水包油型乳化剂 13～15 洗涤 15～18 增溶
对于离子型表面活性剂，可根据亲油基碳数 的增减或亲水基种类的变化来控制HLB值；对非 离子型表面活性剂，则可采取亲油基上连接的聚 环氧乙烷链长或羟基数的增减，来任意细微调节 HLB值。
表面活性剂溶解性与温度的关系： （1）临界溶解温度 (一般对离子型表面活性剂而言) 在低温时，表面活性剂一般都很难溶解。 如果增加水溶液的浓度，达到饱和态，饱和了 的表面活性剂便会从水中析出。但是，如果加 热水溶液，达到某一温度时，其溶解度会突然 增大。这个使表面活性剂的溶解度突然增大的 温度点，称之为克拉夫点(Kraft Point)，也称 之为临界溶解温度。
乳状液是高度分散的不稳定体系，因为它 有巨大的界面，所以整个体系的能量增大了。为 了提高乳状液的稳定性，其中可采用的一种方法 是加入表面活性剂。因加入表面活性剂，可降低 两相界面的张力，促使乳液稳定。
现代表面技术
11-磁四极聚焦透镜;12-静电扫描;13-靶室; 14-密封转动马达;15-滚珠夹具
面上，再经过扫描系统扫描轰击
工件表面。
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离子注入机实物(shíwù)照片
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在离子进入工件表面(biǎomiàn)后，与工件内原子和电 子发生一系列碰撞，这一系列的碰撞包括三个独立的过程： (1)电子碰撞：荷能离子进入工件后，与工件内围绕原子核 运动的电子或原子间运动的电子非弹性碰撞。其结果，可 能引起离子激发原子中的电子或原子获得电子、电离或X射 线发射等。 (2)核碰撞：荷能离子与工件原子核弹性碰撞(又称核阻止)， 碰撞的结果是使工件中产生的离子大角度散射和晶体中产 生辐射损伤等。 (3)离子与工件内原子作电荷交换：碰撞会损失离子自身能
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喷丸强化不仅用于汽车工业领域的弹簧、连杆、曲轴、齿轮、 摇臂、凸轮轴等承受交变(jiāo biàn)载荷的部件，还广泛用于其他 工业领域。如喷丸强化可以提高电镀零件的疲劳强度和结合力；各 种合金钢经过任何一种电镀处理后，一般均会导致疲劳强度下降10 %～60 % ，而喷丸强化则可有效提高疲劳强度, 同时还可以增加电 镀层的结合力， 防止起泡。
腐蚀与防护理论
表面涂镀层
表面摩擦与磨损理论 成分结构设计
表面界面理论
表面复合
表面强化与失效理论 表面结合与复合理论
功能膜层设计 表面涂镀层
的选择和应用设计
多层表面与界面结合 施工设计
表面膜层的电迁移 设备设计
低维材料结构理论 车间生产线的设计
表面涂镀层的材料 加工技术
表面分析与检测 试验方法与标准 表面质量的评估
表面层特性及其综合利用 ’ 表面层材料及加工技术 表面层标准及检验 表面界面维修与再造 表面质量与工艺过程控制 表面工程管理与经济分析
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水溶液沉积表面强化的研究王俊鹏（河南科技大学材料科学与工程学院，河南省洛阳市471003）摘要：本文研究几种不同的水溶液沉积表面强化的方法，有比较常用的电镀工艺和溶胶凝胶发和化学转化膜。
电镀就是利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的过程，是利用电解作用使金属或其它材料制件的表面附着一层金属膜的工艺从而起到防止腐蚀,提高耐磨性、导电性、反光性及增进美观等作用。
而溶胶凝胶发主要用于制备纳米材料的纳米薄膜，因为利用溶胶凝胶发制备的粉体可以达到1-1000nm，因此它被广泛应用于纳米膜的制备过程中。
化学转化膜是金属或者镀层金属表层原子与介质中的阴离子相互反应，在金属表面生成附着力良好的隔离层，这层化合物隔离层称为化学转化膜。
关键词：表面强化，电镀，溶胶凝胶，化学转化膜0 引言随着高新技术的飞速发展，人们对提高材料的性能，拓宽其功能，延长仪器设备中零部件的使用寿命和提高经济性等提出了更高的要求。
许多零部件的失效是由于材料表面不能胜任苛刻的服役条件所致，例如耐磨、腐蚀和表面氧化等。
它们大多发生在零件的表面和近表面，或者先从表面开始，然后向内部扩散而导致零件失效，以至最终影响机械产品的性能、寿命。
提高材料的表面性能对延长机械零件的使用寿命和发挥材料的潜力起着很重要的作用，由此应运而生的表面强化技术得到了快速发展，受到了广泛重视，成为当前材料科学研究中的重点领域之一。
下面介绍几种常见的表面强化工艺。
1电镀工艺目前电镀工艺广泛应用在国民生产的各个领域,只有认真操作才能有效节约能源、保护环境。
在以下简单介绍一下有关电镀工艺的一些基本知识。
电镀工艺的分类:酸性光亮铜电镀电镀镍/金电镀锡。
工艺流程:浸酸→全板电镀铜→酸性除油→微蚀→浸酸→镀锡→浸酸→图形电镀铜→镀镍→浸柠檬酸→镀金。
[1]流程说明。
1.1浸酸。
①作用与目的:除去板面氧化物,活化板面,一般浓度在5%～10%左右,主要是防止水分带入造成槽液硫酸含量不稳定。
②使用C.P级硫酸,酸浸时间不宜太长,防止板面氧化;在使用一段时间后,酸液出现浑浊或铜含量太高时应及时更换,防止污染电镀铜缸和板件表面。
[2]1.2全板电镀铜。
①作用与目的:保护刚刚沉积的薄薄的化学铜,防止被酸浸蚀掉,通过电镀将其加后到一定程度。
②全板电镀铜相关工艺参数:槽液主要成分有硫酸铜和硫酸,采用高酸低铜配方,保证电镀时板面厚度分布的均匀性和对深孔的深镀能力;硫酸含量多在180到240克/升;硫酸铜含量一般在75克/升左右,槽液中可有微量的氯离子,作为辅助光泽剂和铜光剂共同发挥光泽效果;铜光剂的添加量在3～5ml/L,铜光剂的添加一般按照千安小时的方法或者根据实际生产板效果来补充;全板电镀的电流一般按2安/平方分米乘以板上可电镀面积计算;铜缸温度一般控制在22～32度。
③工艺维护:每日根据千安小时来及时补充铜光剂;检查过滤泵是否工作正常;每隔2-3小时应用干净的湿抹布将阴极导电杆擦洗干净;每周要定期分析并通过霍尔槽试验来调整光剂含量及时补充;每周要清洗阳极导电杆,槽体两端电接头,及时补充钛篮中的阳极铜球;每月应检查阳极的钛篮袋有无破损并及时更换;并检查阳极钛篮底部是否堆积有阳极泥;每半年左右具体根据槽液污染状况决定是否需要大处理;每两周要更换滤泵的滤芯。
④阳极铜球内含有少量的磷,目的是降低阳极溶解效率,减少铜粉产生。
⑤补充药品时,如添加量较大量硫酸铜或硫酸时,应分几次缓慢补加;否则会造成槽液温度过高,光剂分解加快,污染槽液。
1.3酸性除油。
①目的与作用:除去线路铜面上的氧化物,保证一次铜与图形电镀铜或镍之间的结合力。
②使用酸性除油剂,生产时只需控制除油剂浓度和时间即可。
1.4微蚀。
①目的与作用:清洁粗化线路铜面,确保图形电镀铜与一次铜之间的结合力。
②微蚀剂采用过硫酸钠。
1.5浸酸。
①作用与目的:除去板面氧化物,防止水分带入造成槽液硫酸含量不稳定。
②使用C.P级硫酸酸浸,时间不宜太长,防止氧化。
1.6图形电镀铜,又叫二次铜。
目的与作用:为满足各线路额定的电流负载,各线路和孔铜需要达到一定的厚度,线路镀铜就是将孔铜和线路铜加厚到一定的厚度。
1.7电镀锡。
①目的与作用:图形电镀纯锡目的是用纯锡单纯作为金属抗蚀层,保护线路蚀刻。
②槽液主要由硫酸亚锡,硫酸和添加剂组成;硫酸亚锡含量控制在35克/升左右,硫酸控制在10%左右;镀锡添加剂的添加一般按照千安小时的方法来补充或者根据实际生产板效果;电镀锡的电流计算一般按1.5安/平方分米乘以板上可电镀面积;锡缸温度维持在室温状态,一般控制在22～30度,因此在夏季因温度太高可加装冷却温控系统。
③工艺维护:每日根据千安小时来及时补充镀锡添加剂剂;检查过滤泵是否工作正常;每个2～3小时应用干净的湿抹布将阴极导电杆擦洗干净;每周要定期分析并通过霍尔槽试验来调整镀锡添加剂含量;每周要清洗阳极导电杆,槽体两端电接头;每月检查阳极袋有无破损并及时更换;并检查阳极袋底部阳极泥;每两周要更换过滤泵的滤芯。
2溶胶－凝胶法溶胶－凝胶（Sol-Gel）技术是指金属有机或无机化合物经过溶胶－凝胶化和热处理形成氧化物或其他固体化合物的方法。
其过程：用液体化学试剂（或粉状试剂溶于溶剂）或溶胶为原料，而不是用传统的粉状物为反应物，在液相中均匀混合并进行反应，生成稳定且无沉淀的溶胶体系，放置一定时间后转变为凝胶，经脱水处理，在溶胶或凝胶状态下成型为制品，再在略低于传统的温度下烧结。
[4]2.1 溶胶凝胶法基本原理溶胶－凝胶法的主要步骤为将酯类化合物或金属醇盐溶于有机溶剂中，形成均匀的溶液，然后加入其他组分，在一定温度下反应形成凝胶，最后经干燥处理制成产品。
[5]2.2 水解反应和聚合反应金属盐在水中的性质受金属离子半径，电负性，配位数等因素影响，如Si、Al盐，它们溶解于纯水中常电离出Mn+，并溶剂化。
水解反应平衡关系随溶液的酸度，相应的电荷转移量等条件的不同而不同。
有时电离析出的Mn+又可以形成氢氧桥键合。
水解反应是可逆反应，如果在反应时排除掉水和醇的共沸物，则可以阻止逆反应进行，如果溶剂的烷基不同于醇盐的烷剂，则会产生转移酯化反应，这些反应对合成多组分氧化物是非常重要的。
水解反应：M(OR)n ＋ H2O → M (OH)x(OR)n-x ＋ xROH硅、磷、硼以及许多金属元素，如铝、钛、铁等的醇盐或无机盐在水解的同时均会发生聚合反应，如失水、失醇、缩聚、醇氧化、氧化、氢氧桥键合等都属于聚合反应，性质上都属于取代反应或加成反应。
主要反应：－M－OH ＋HO－M－→－M－O－M－+H2O ；－M－OR + HO－M－→－M－O－M－+ROH 等。
Okkerse等提出硅酸在碱性条件聚合成六配位过渡态，Swain等则提出形成稳定的五配位的过渡态，由于硅酸盐的水解和聚合作用几乎同时进行，它的总反应过程动力学将决定于3个反应速率常数，使得在最临近的尺度范围内，中心Si原子可以有15种不同的化学环境，R.A.Assink等曾描述了这15种配位方式的关系。
可见聚合后的状态是很复杂的。
2.3 溶胶－凝胶法工艺过程在Sol-Gel的全过程中，金属醇盐、溶剂、水及催化剂组成均相溶液，由水解缩聚而形成均相溶胶；进一步陈化成为湿凝胶；经过蒸发除去溶剂或蒸发分别得到气凝胶或干凝胶，后者经烧结得到致密的陶瓷体。
同时，均相溶胶可以在不同衬底上涂膜，经过焙烧等热处理得到均匀致密的薄膜；也可以拉丝，得到玻璃纤维；以及均相溶胶经不同方式处理得到粉体。
2.4均相溶液和溶胶的制备这一步是制取包含醇盐和水的均相溶液，以确保醇盐的水解反应在分子级水平上进行。
由于金属醇盐在水中的溶解度不大，一般用醇做溶剂，因为醇与醇盐溶液互溶，也跟水互溶，所以醇的加入量应适当，否则可能落入三元不混溶区。
因为醇是醇盐水解产物，对水解反应有抑制作用，为保证起始溶液均匀性，对配置的混合液必须施以搅拌。
为防止反应过程中易挥发组分散失，造成组成变化，一般需加回流冷凝装置。
一般将制备溶胶的方法分为聚合法和颗粒法。
对醇盐来说，这两种方法的区别在于加水量的多少。
在溶胶－凝胶法中，最终产品的结构在溶液中以初步形成，后续工艺与溶胶的性质直接相关，因此溶胶的质量是十分重要的。
醇盐的水解和缩聚反应使均相溶液转变为溶胶，显然控制醇盐水解缩聚的条件是制备高质量溶胶的前提。
影响溶胶质量的因素主要有加水量、催化剂种类、溶液pH值、水解温度，醇盐品种以及在溶液中的浓度和溶剂效应等。
2.5旋涂基片垂直于自身表面的轴旋转，同时把溶胶涂覆材料涂覆在基片上。
然后在90℃的烘箱里烘烤，然后再进行旋涂，重复三到五次。
[6]2.6热处理接着把基片放入干燥箱内进行干燥。
干燥24h后，进行热处理热处理的目的是消除干凝胶中的气孔，使制品的相组成和显微结构满足产品性能的要求。
在加热过程中，干凝胶先在低温下脱去吸附在表面的水和醇，260－300 ℃发生－OR基氧化，300 ℃以上则脱去结构中的－OH基。
由于热处理伴随有较大的体积收缩，各种气体（CO2、H2O、ROH）的释放，加上－OR基在非充分氧化时还可能碳化成碳质颗粒，所以升温速率不宜过快。
[7]3化学转化膜化学转化膜又称金属转化膜。
它是金属（包括镀层金属）表层原子与介质中的阴离子相互反应，在金属表面生成附着力良好的隔离层，这层化合物隔离层称为化学转化膜。
转化膜的形成既可以是金属——介质之间的纯化学反应，也可以是电化学反应。
3.1化学转化膜的分类：按生产习惯分为阳极氧化膜、化学氧化膜、磷化膜、钝化膜、着色膜。
按基体材料分为铝材转化膜、锌材转化膜、钢材转化膜、铜材转化膜、镁材转化膜。
按用途分为防护性转化膜、装饰性转化膜、减摩或耐磨转化膜、绝缘性转化膜、涂装底层转化膜、塑性加工用转化膜。
[8]3.2工艺流程上挂→脱脂→水洗→酸洗→水洗→化学转化膜→水洗→填充→热水洗→热风干燥→下挂→检验。
4结束语随着现代科技的不断发展，表面强化技术以其高效、实用、环保等优势在机械和模具制造等各领域中显示出强大的发展潜力。
根据材料的成分、组织和性能等，正确合理运用各种表面强化技术对于节约能源延长材料使用寿命和提高经济效益具有重要的意义。
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