化學(xué)材料的表面處理研究

徐慧娟　柳美方

摘要：化學(xué)表面處理技術(shù)就是用技術(shù)方法把要改變的物體表面實(shí)行化學(xué)特性的轉(zhuǎn)變，比如利用物體表面涂層、電解或者是實(shí)行化學(xué)反應(yīng)的形式轉(zhuǎn)變物體表面化學(xué)構(gòu)成等辦法實(shí)行物體的表面處理。作為化學(xué)的分支學(xué)科，化學(xué)材料的表面處置長(zhǎng)期以來(lái)都是有關(guān)研究人員不停探究與鉆研的領(lǐng)域，伴隨科學(xué)技術(shù)的持續(xù)進(jìn)展和化學(xué)科目不斷進(jìn)步，有關(guān)化學(xué)材料表面處置有關(guān)研究理論愈來(lái)愈繁多。文章說(shuō)明了化學(xué)材料表面處置的進(jìn)展背景，而且就化學(xué)材料表面處置當(dāng)中的幾種重點(diǎn)技術(shù)實(shí)行了簡(jiǎn)單的比較，并且對(duì)其特征進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：化學(xué)材料；表面處理；電解技術(shù)

化學(xué)材料表面處置技術(shù)就是經(jīng)過(guò)技術(shù)把要革新的物品表層實(shí)行化學(xué)特性上的轉(zhuǎn)變，比如在物品表層實(shí)行涂層等?；瘜W(xué)表面處置是化學(xué)學(xué)科當(dāng)中的非常關(guān)鍵的分支，同時(shí)也是表面工程學(xué)當(dāng)中非常關(guān)鍵的學(xué)科，并且在最近這幾年當(dāng)中也擁有非常好的進(jìn)展。

1化學(xué)材料表面處理的發(fā)展背景

化學(xué)材料的表面處理是化學(xué)學(xué)科中非常關(guān)鍵的分支，從1960年以后獲得了持續(xù)進(jìn)展，而且漸漸在化學(xué)科學(xué)里占有著愈來(lái)愈關(guān)鍵的地位。伴隨時(shí)代的持續(xù)進(jìn)展，化學(xué)材料表面處置現(xiàn)在也變成了跨學(xué)科、跨行業(yè)的綜合性技術(shù)，其中含有包括等離子物理和表面化學(xué)在其中的多門學(xué)科，它是一個(gè)真實(shí)完成了學(xué)科融合的學(xué)科，其不管是理論性還是適用性都十分強(qiáng)。

化學(xué)材料表面處置實(shí)際上就是要盡量提高化學(xué)材料的性能，例如耐高溫性、防腐性和導(dǎo)電、導(dǎo)磁性等多種性能，而且實(shí)行的對(duì)化學(xué)材料表面的處置，經(jīng)過(guò)處置把化學(xué)材料自身的構(gòu)成構(gòu)造實(shí)行了轉(zhuǎn)變與完備，讓化學(xué)材料可以在工作過(guò)程中更為長(zhǎng)久平穩(wěn)地展現(xiàn)著自身的作用，盡量維持本身的高性能，增長(zhǎng)本身的運(yùn)用時(shí)間，進(jìn)而更好地從高溫等危險(xiǎn)環(huán)境中實(shí)行工作，給化學(xué)鉆研和有關(guān)工業(yè)建造釋放更多的能量，提升工作效率，增加鉆研進(jìn)度。

伴隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)進(jìn)展和科學(xué)技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，現(xiàn)在，不但我們的生活習(xí)慣產(chǎn)生了非常大的轉(zhuǎn)變，而且全球的工業(yè)領(lǐng)域也不停隨著年代的轉(zhuǎn)變，搭乘著年代給工業(yè)進(jìn)展建造的順風(fēng)舟，實(shí)行著愈演愈烈的技術(shù)創(chuàng)新。在這種大背景下，每個(gè)行業(yè)對(duì)化學(xué)原料的表層承受性都有著非常大的需求，現(xiàn)在，化學(xué)原料的表層處置重點(diǎn)有下面幾個(gè)形式，它們是材料熱處置、激光涂層和非金屬涂層。化學(xué)材料表面處置技術(shù)的持續(xù)進(jìn)展與完善符合歷史趨向，對(duì)社會(huì)的良好進(jìn)展擁有非常重要的意義。

2化學(xué)材料表面處理技術(shù)

2.1金剛石薄膜涂層技術(shù)

金剛石薄膜涂層技術(shù)是最為堅(jiān)硬的耐磨涂層，同時(shí)也是表面處置鉆研中十分關(guān)鍵的技術(shù)，其擁有十分寬廣的運(yùn)用前景。這個(gè)技術(shù)在制作刀具和電子元件上面都擁有非常好的成效。因?yàn)榻饎偸挠捕扰c導(dǎo)熱率都十分高，而且化學(xué)性質(zhì)相對(duì)比較穩(wěn)定，與其余物質(zhì)沒(méi)有什么親和性，所以往需要制作的物體上抹上一層金剛石薄膜，這樣可以有效地提升工具的硬度程度，同時(shí)也能讓處置完成的工具實(shí)行一些高強(qiáng)度的工作，也能完成一些在革新以前不能完成的特別任務(wù)。

這種技術(shù)的詳細(xì)施行方式是：用金剛石薄膜或者是類金剛石薄膜，讓它們經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)，然后分離出離子態(tài)碳，之后再在將要涂抹的物件上面讓離子態(tài)的碳開(kāi)始晶體化，讓金剛石或者是類金剛石可以焊合到工具的表面上。在現(xiàn)實(shí)操縱過(guò)程中，因?yàn)槭浅６?，成本相?duì)來(lái)說(shuō)也更少，所以運(yùn)用類金剛石薄膜實(shí)行涂層的狀況也會(huì)更加普遍。

因?yàn)榻饎偸瘬碛惺指叩挠捕?，所以金剛石薄膜涂層這一技術(shù)擁有非常寬廣的運(yùn)用空間和充滿無(wú)限可能性的進(jìn)展前景。很多發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)于這種技術(shù)都擁有著非常多的理論與試驗(yàn)鉆研，并且經(jīng)過(guò)鉆研獲得的成效不停改良這一技術(shù)，在非常大程度上增強(qiáng)了金剛石薄膜與工業(yè)材料間的緊密程度，制造出非常多有關(guān)設(shè)施供應(yīng)給國(guó)際市場(chǎng)。但是在中國(guó)這種技術(shù)的鉆研與進(jìn)展上處在劣勢(shì)地位，沒(méi)有非常深入的前沿性鉆研與試驗(yàn)成效，而且也沒(méi)有造成這一技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。

中國(guó)在金剛石薄膜涂層這一技術(shù)上面的鉆研還處在劣勢(shì)地位，所以一定要實(shí)行大規(guī)模的理論與試驗(yàn)鉆研，而且還需要研究有關(guān)的處置設(shè)施，用理論來(lái)支撐試驗(yàn)，唯有這樣才能夠讓金剛石薄膜涂層技術(shù)更為成熟，以制作出更為高水平的工具。

2.2化學(xué)鍍技術(shù)

化學(xué)鍍技術(shù)其實(shí)就是一種在沒(méi)有通電狀況下產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)，然后運(yùn)用化學(xué)溶液把金屬零件或者是非金屬零件積聚在擁有對(duì)應(yīng)濃度的化學(xué)沉積液當(dāng)中，經(jīng)過(guò)催化還原的反應(yīng)把鍍層平均地鍍到物件表面的化學(xué)表面工程處置技術(shù)。

化學(xué)鍍的工藝非常簡(jiǎn)便，運(yùn)用領(lǐng)域也十分寬廣，其運(yùn)用的并不是電源，而是本身的催化還原反應(yīng)，因此它的成效不會(huì)受到電源狀況所影響，而且它也能夠在還沒(méi)有定型的物體上面鍍出十分平均的厚度，并且因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)是在不中斷實(shí)行的，能夠經(jīng)過(guò)調(diào)整沉積液當(dāng)中離子的數(shù)量來(lái)掌控鍍層的厚度，而且處置方法也非常簡(jiǎn)便精準(zhǔn)。并且，經(jīng)過(guò)這樣形式實(shí)行的表面處置擁有非常強(qiáng)的精密性，耐磨性也非常強(qiáng)，而且還能夠經(jīng)過(guò)這樣的形式實(shí)行固定化學(xué)或者是物理特性的物品的制作。

2.3熱噴涂技術(shù)

自從在20世紀(jì)初期從瑞士產(chǎn)生之后，熱噴涂技術(shù)到現(xiàn)在已經(jīng)差不多發(fā)展了一個(gè)世紀(jì)了，而且這一技術(shù)在很多國(guó)家獲得了持續(xù)進(jìn)展。熱噴涂技術(shù)其實(shí)就是運(yùn)用熱源把涂層原料實(shí)行熔化，之后再運(yùn)用高速的氣流把它噴射到基體原料表層上面，這樣就產(chǎn)生了涂層的技術(shù)。熱噴涂涂層擁有非常多的優(yōu)秀性能，比如有耐磨損、耐腐蝕、耐高溫和隔熱等，所以它的運(yùn)用也十分寬廣，通常會(huì)運(yùn)用到航天、機(jī)械建造和石油化工等等這些行業(yè)當(dāng)中?，F(xiàn)在熱噴涂技術(shù)重點(diǎn)擁有等離子噴涂、電弧噴涂和火焰噴涂這3個(gè)工藝。目前，熱噴涂技術(shù)也正往高效、高能和高速這3個(gè)層面上快速發(fā)展著，實(shí)現(xiàn)納米、非晶、導(dǎo)熱、催化、絕緣、導(dǎo)電等等這些功能的涂層也會(huì)漸漸變成在熱噴涂層面鉆研當(dāng)中的熱門。伴隨著熱噴涂技術(shù)的快速進(jìn)展，熱噴涂涂層也一定會(huì)更為普遍的運(yùn)用到國(guó)民經(jīng)濟(jì)建造與不同領(lǐng)域里面。

下面就來(lái)說(shuō)明一下火焰噴涂、電弧噴涂與等離子噴涂這3個(gè)技術(shù)。

2.3.1火焰噴涂技術(shù)

火焰噴涂技術(shù)也能夠分成非常多的類型，當(dāng)中經(jīng)常會(huì)見(jiàn)到的就是普通火噴涂形式，它就是用氧氣來(lái)當(dāng)作燃料，然后實(shí)行加熱噴涂原料，之后再運(yùn)用高速氣流把噴涂原料用噴射的方式來(lái)噴到物品的表層上面，這樣就產(chǎn)生了涂層。除了這個(gè)以外，火焰噴涂技術(shù)還擁有超音速火焰噴涂與爆炸噴涂等噴涂形式，并且每個(gè)噴涂技術(shù)都在自己的領(lǐng)域當(dāng)中展現(xiàn)著擁有自身特點(diǎn)的效用。

2.3.2電弧噴涂技術(shù)

電弧噴涂技術(shù)也能夠非常普通電弧噴涂技術(shù)和超音速電弧噴涂技術(shù)這兩種類型。普通電弧噴涂其實(shí)就是把電弧來(lái)當(dāng)作重點(diǎn)原料，然后實(shí)行加熱，之后再運(yùn)用熔化后的金屬絲所形成的高速氣流進(jìn)行霧化，最后在把噴涂原料噴射到需要處置的材料表層上就可以了，它是一個(gè)非常便捷的電弧噴涂技術(shù)。當(dāng)中超音速電弧噴涂其實(shí)就是通過(guò)加快電弧噴涂速度來(lái)實(shí)行噴涂工作，這樣的噴涂形式就是經(jīng)過(guò)把電弧噴槍和電源進(jìn)行改進(jìn)來(lái)當(dāng)作根本來(lái)實(shí)行的，經(jīng)過(guò)這樣形式實(shí)行處置之后的化學(xué)原料表層的涂層厚度會(huì)更為平均，當(dāng)然效果也會(huì)更加完美。

2.3.3等離子噴涂

等離子噴涂其實(shí)就是經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)變熱源的形式，運(yùn)用等離子來(lái)增強(qiáng)最后的噴涂效果。

2.4激光表面處置技術(shù)

激光表面處置技術(shù)的進(jìn)展到現(xiàn)在為止也已經(jīng)有差不多半個(gè)世紀(jì)的時(shí)間了，在最近10年中，伴隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速進(jìn)展，其在化學(xué)原料表面處置市場(chǎng)當(dāng)中逐漸擁有了愈來(lái)愈多的份額，它是現(xiàn)在社會(huì)當(dāng)中最為熱門的一種表面處置方法。這種技術(shù)就是運(yùn)用大功率激光束來(lái)當(dāng)作關(guān)鍵方法，對(duì)材料表層實(shí)行加熱，然后運(yùn)用這樣的形式把材料自身的性能在不同層面上提高上來(lái)，來(lái)用作更為高強(qiáng)度的鉆研與工作當(dāng)中，提升了材料的運(yùn)用效率。

大功率激光器的產(chǎn)生增加了激光表面處置技術(shù)的進(jìn)展速度，激光技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到多領(lǐng)域中，擁有應(yīng)用前景的表面處置工作都是通過(guò)激光來(lái)完成的，激光技術(shù)同樣也在繁瑣與多樣化中發(fā)展。

激光表面處置技術(shù)優(yōu)點(diǎn)有：（1）對(duì)于能量的傳送更為便捷，能夠選取性地對(duì)物體實(shí)行特定位置的處置，精準(zhǔn)性更加強(qiáng)。（2）因?yàn)榧す馑斐傻挠绊懛懂犑中?，并且能量也十分聚集，因而處置用時(shí)會(huì)很少，所花費(fèi)成本會(huì)十分少，并且成效也十分好。（3）能夠處置一些外形比較繁瑣的物體。

2.5電鍍法

在工業(yè)當(dāng)中有非常多的領(lǐng)域都會(huì)運(yùn)用到電鍍法，特別是在金屬裝飾與制備特殊合金層面。它與其他表層的處置形式是不相同的，而且電鍍法對(duì)于物體本身的物理化學(xué)性質(zhì)還擁有一些別的需求。其要求物體一定要擁有平整的表面，不然鍍層就會(huì)不均勻。其還需要物體表面一定不可以生銹，要是擁有銹跡那么就不能產(chǎn)生非常好的效果。到現(xiàn)在為止，進(jìn)展比較完善的有鍍銅與鍍鋅等工藝。而且還產(chǎn)生了很多新的工藝，促進(jìn)了電鍍技術(shù)的多種多樣，而且還拓展了它的運(yùn)用范疇。

2.6化學(xué)轉(zhuǎn)化膜技術(shù)

化學(xué)轉(zhuǎn)化膜說(shuō)的是在金屬的表層上面抹上一層介質(zhì)，這種介質(zhì)當(dāng)中的陰離子可以和金屬原子一起產(chǎn)生反應(yīng)，進(jìn)而會(huì)產(chǎn)生一層化學(xué)反應(yīng)膜，這樣就實(shí)現(xiàn)了涂層的目的。所產(chǎn)生的化學(xué)膜涂層通常會(huì)擁有十分好的絕緣特性，所以這一技術(shù)通常會(huì)運(yùn)用到絕緣原料的制作工藝當(dāng)中，而且它也能夠來(lái)用于涂裝的底層，擁有十分高的運(yùn)用價(jià)值。

2.7表面擴(kuò)散滲入技術(shù)

表面擴(kuò)散滲入技術(shù)是把物體放到有關(guān)的介質(zhì)當(dāng)中，經(jīng)過(guò)介質(zhì)當(dāng)中的金屬或者是非金屬往介質(zhì)當(dāng)中滲入實(shí)現(xiàn)涂層目的的技藝。表面滲透技術(shù)與電鍍、熱噴涂等其他技術(shù)不一樣，它不是把元素遮蓋到物體的表面上，而是讓元素直接滲入到物體里面，使用這樣的方法得到的新物體，滲透元素與之前物體之間的融合是沒(méi)有分層的，鍍層與基體間的融合度也會(huì)更加好。下面簡(jiǎn)單說(shuō)y表面滲碳與表面滲氮這兩個(gè)技術(shù)的應(yīng)用。

2.7.1滲碳技術(shù)

滲碳技術(shù)是把物體放到滲碳介質(zhì)當(dāng)中，然后對(duì)它加熱，拿出之后通過(guò)淬火與低溫回火，把碳滲透到物體里面，來(lái)加強(qiáng)物體表層強(qiáng)度、耐磨度和內(nèi)部韌度，以此來(lái)增長(zhǎng)物體的運(yùn)用時(shí)間與運(yùn)用強(qiáng)度。

2.7.2滲氮技術(shù)

滲氮技術(shù)是把氮元素滲透到物體里面，產(chǎn)生物體高硬度與高耐磨性的性質(zhì)。這種技術(shù)重點(diǎn)是把氮滲透到特定鋼上面，而且需要的時(shí)間比較長(zhǎng)，所以這種技術(shù)的使用不是很普遍。

2.8化學(xué)氣相沉積法

化學(xué)氣相沉積法是獲得固態(tài)薄膜鍍層十分有用的一個(gè)手段，它是經(jīng)過(guò)氣態(tài)的物質(zhì)在物體表層產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)并且沉積到物體表面上產(chǎn)生的一種涂層技藝。這種方法獲得的固態(tài)薄膜擁有非常高的純度，它是制造這種類型鍍層最普遍的一種方法。

但是，這樣方法還有不足的地方，比如它對(duì)于溫度的需求非常高，當(dāng)時(shí)過(guò)于高的溫度又容易致使零件物理性質(zhì)上產(chǎn)生轉(zhuǎn)變，減少了物體自身的工作性能。

3結(jié)語(yǔ)

跟隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)與工業(yè)技術(shù)的快速進(jìn)展，化學(xué)原料的表面處置技術(shù)同樣也正向著全面化的層面所發(fā)展著。我們一定要準(zhǔn)確地意識(shí)到上面所說(shuō)到的幾種表面處置方式，將它們成功并且正確地運(yùn)用到現(xiàn)實(shí)化學(xué)處理當(dāng)中。