先進金屬材料改性方法研究
創新論壇
作者：張國平
摘 要 為了適應當今社會快速發展的需要，金屬材料，尤其是鋼鐵，一方麵是由於它本身具有比其他材料更加優越的綜合性能，能夠更適應科技和生活方麵提出的各種不同的要求；另一方麵，是由於它自身蘊藏著性能、數量、質量等方麵的巨大潛力，能夠隨著日益增長的要求不斷發展和更新。特別是對於後者，下麵將以當今最為熱門的金屬材料表麵改性技術進行探討，主要包括激光表麵改性、離子注入法、物理氣相沉積法和熱噴塗等，簡述金屬材料改性技術的研究和發展現狀，對各種技術的原理和應用狀況分別加以描述，最後總結了材料表麵改性技術的發展前景。
關鍵詞 先進金屬材料 改性金屬 改性方法
中圖分類號：TG11 文獻標識碼：A
1金屬材料改性發展特點
金屬材料，特別是鋼鐵材料，目前世界發展動向表現為：（1）高性能，低成本；（2）節能，環保；（3）可回收，並且能循環利用；（4）提高比強度，減少構建重量。研究的中心內容是：金屬材料的成分、組織結構、性能三者之間的關係及變化規律。
成分、結構和組織三者既相互區別，又相互滲透，在不同程度上相互製約著，綜合決定金屬材料的性能。化學成分是基礎，在其一定時，某些性能由結構類型所控製。
2 先進金屬材料改性方法研究
2.1 熱噴塗
熱噴塗技術是利用熱源對金屬、非金屬等噴塗材料進行加熱，將熔融的粒子霧化、噴射並沉積到基材表麵上，形成特殊表麵塗層的方法。熱噴塗分為電弧噴塗、火焰噴塗和等離子噴塗等。近年來，熱噴塗防腐技術在我國得到推廣應用，如葛洲壩二期工程、南京長江大橋、運 河大橋部分鋼結構采用了噴鋅或噴鋁防腐工藝。電弧噴塗僅適用於噴塗金屬線材，該工藝設備簡單、成本低、效率高主要用於腐蝕防護和修複。火焰噴塗是以氧一乙炔的燃燒為熱源的熱噴塗，適於現場施工，大多采用噴塗鋁、鋅用於對鋼構件進行腐蝕防護。近幾年來超音速火焰噴塗法己成為世界熱噴塗的研究熱點。
等離子噴塗是采用非轉移弧電離某種氣體形成高溫等離子射流，把粉末引入其中，使之加熱到高溫，並被射流加速而衝擊到基體表麵形成塗層。和其它熱噴塗技術相比，等離子噴塗具有如下特點：①等離子弧溫度高，能量集中。這就使得等離子噴塗能夠噴製其它熱噴塗工藝難以實現的高熔點材料的噴塗；②電離度高、弧柱挺拔、穩定性好。這對於保證噴塗質量有重要的意義；③可控性好。通過氣體的選擇和改變壓縮效應的外因條件，容易獲得所需的氣氛和電弧參數。
2.2 物理氣相沉積法
將金屬、合金或化合物放在真空室中蒸發，使這些氣相原子或分子在一定條件下沉積在工件 表麵上的工藝稱為物理氣相沉積（簡稱PVD）。目前PVD技術發展主要有以下幾種類型：
（1）熱陰極法。源於Balzers的技術，主要用於TiN等薄膜的製備。