結構材料表麵納米化的一些特點
學術展台
作者：羅錦潔
摘 要：結構材料表麵納米化發展已經成為科技時代趨勢，綜述了結構材料表麵納米化的一些研究概況，對材料表麵納米化製備工藝、表層材料納米化後性能特點及對基地材料的影響進行了探討。
關鍵詞：結構材料；表麵納米化；性能特點
中國的盧柯與華裔學者呂堅最早聯合提出結構材料表麵納米化，而目前這一概念己經被列入國家納米科技發展規劃[1]。而如今世界上大多數國家對納米材料的研發，對其性能的探討都投入了大量的財力、人力，為了研製出更多具有獨特性能的材料為我們人類所用，目前納米材料憑借其優異的性能廣泛的應用於生產生活中，現在我們對結構表麵納米化進行解釋，其指利用各種物理的或化學的方法使材料的表層形成納米結構，與此同時材料基體仍保持原有狀態，以此達到材料表麵性能如疲勞強度、抗蝕性和耐磨性等的改善或提高 [2]。
表麵納米化主要會影響材料如下幾方麵的性質：直接增加材料表麵硬度，進一步提高其抗彎強度及抗壓強度，增強耐磨耐酸堿腐蝕性能，從而延長其服役壽命，疲勞抗力得到提升，材料的整體性能得到了提升；可替代一些稀有貴重金屬材料，一些傳統工業中必須使用的貴重金屬往往造成資源的浪費，而人們通過對普通常用的材料進行表麵納米化，經過納米化精細工藝的處理後普通材料的表層已不同往日，其具有的表麵性能可與貴重金屬比擬甚至比它的性能更加優異；經過表麵納米化處理的材料，比麵積極高，表麵性能十分優異，與原先普通材料相比，表麵組織細微精致，表麵粗糙度極低而活性高，表麵納米化後表層與基地結合緊密，隨著科技的進步，表麵納米化加工工藝也在不斷提升改進，更多更優異的新型材料日益湧現。
盡管表麵納米化技術發展曆史並不長，但自發現它提出它以後就引起了國內外學者的高度關注，隨著這項技術的不斷精進已經取得了許多可喜的成果，材料經過表麵納米化處理以後具有優異的綜合力學性能及機械性能，將材料的應用範圍擴大化，但表麵納米化技術並不能大規模的應用於工業生產中，在實際工業生產應用中還存在一些問題亟待解決：針對材料製備出不同的工藝參數；材料自身組織性能對表層材料納米化後的影響及其原理研究；如何製備出性能優良的可規模化生產的納米化設備。
納米體材料是指由納米尺度的單元所構成的材料，它的成本高，對設備及工藝的水平要求也高，與納米體材料相比，表麵納米化技術僅僅使材料的表層納米化，無論是從成本的角度出發還是對設備及工藝要求都要低出許多，所以更加容易實現工業產量化，表麵納米化的方法多種多樣，總結一下主要有以下三種： [3]
1. 塗層沉積法，利用塗層或沉積這樣類似的工藝製備出納米尺度以下的超細微粒，然後將這些超細微粒固定在基底上，這些超細微粒的成分可以與基地一樣也可以不同類，最終在基地表層形成具有納米結構的表層，從而達到表麵納米化的效果，經過塗層納米化以後，表層材料的超細微粒其顆粒的大小尺寸及沉積實現的厚度可人為控製，方便可控，但是沉積完後材料表層與基地分界，原始基底的尺寸增加[35]，目前沉積法表麵納米化的方法有濺射、電鍍沉積、氣相液相沉積等；2、自身納米化，直接對材料表麵進行納米化處理，通過一些物理、化學、機械處理的方法使材料表麵達到納米尺度，原來的大晶粒細化為超微晶粒，這樣得到的表層材料與基地材料保持一致，化學成分相同，物理性能相近，經過處理後的表層與基底幾乎沒有明顯的分界，同時原材料自身的尺寸不會明顯增加；3、混合納米化，在材料表麵進行混合納米化是一種複合工藝，在對材料處理的過程中既有納米化技術也有化學處理技術，這兩種技術在對材料進行處理時一般是先進行納米化技術，先得到具有納米結構的表層，其次再進行化學處理，將納米化後的表層與基地結合起來，通常來說，複合後的材料其表層與底材化學成分不同，這種方法多適用於固溶體或化合物。