等離子束表面冶金復(fù)合材料

1、等離子束表面冶金復(fù)合材料技術(shù)研究 摘 要 定義了等離子束表面冶金復(fù)合材料技術(shù)特征。研制了等離子束表面冶金設(shè)備。對(duì)等離子束表面冶金技術(shù)和其他相近技術(shù)如等離子堆焊技術(shù)等進(jìn)行了比較。等離子束表面冶金是一種快速非平衡冶金反應(yīng)過(guò)程，類似粉末冶金。原則上可不受組成物的相溶性、熔點(diǎn)、密度等性質(zhì)的限制，因此不需要預(yù)制合金霧化粉，可利用任意粉末的任意配比，獲得通常冶 金方法不能得到的（組織與）物相。等離子束表面冶金方法效率高，操作簡(jiǎn)便，成本低，應(yīng)用前景廣闊。 關(guān)鍵詞 等離子束；表面冶金；堆焊；非平衡相；表面強(qiáng)化 中圖分類號(hào) TG174 文獻(xiàn)表識(shí)碼 A 關(guān)鍵詞致謝：作者在從事納米材料的研究中得到國(guó)家自然科學(xué)基金委

2、（國(guó)家自然科學(xué)基金資助課題：59001447，59321001，59431021，59771019，59471014，59431022）、國(guó)家科委（"攀登計(jì)劃"：納米材料科學(xué)）、中國(guó)科學(xué)院的資助，謹(jǐn)在此對(duì)上述機(jī)構(gòu)表示衷心感謝。Study on the Technology of Composite Material Production by Plasma-Jet Surface Metallurgy (University of Science and Technology, Beijing 100083;2 Institute of Material, Shandong

3、 University of Science and Technology, Tai an 271019;3 Central Committee of Revolutionary Committee of the Kuomintang, 100006） Abstract The technical feature of composite material production by plasma-jet surface metallurgy is delimited.A plasma-jet surface metallurgical equipment is developed.The t

4、echnology of plasma-jet surface metallurgy with the else corresponding technology such as plasma build-up welding technique is compared.Plasma-jet surface metallurgy is a kind of rapid, non-equilibrium metallurgical process, which is similar to powder metallurgy. The process can not be restricted by

5、 consistency, melting point, density of constituents, so prealloy powders are not needed. And it can obtain some special structures and phases in random powder and random match. Plasma-jet surface metallurgy has such characteristics as high efficiency, simple operation, low cost, and has extensive a

6、pplication prospect. Key words plasma jet;surface metallurgy;build-up welding;non-equilibrium phase;surface strengthening;1 前言 金屬零件往往要求同時(shí)具備高硬度高耐磨耐腐蝕和高強(qiáng)韌性。表面性能主要依靠表面技術(shù)來(lái)提高。電鍍、等離子噴涂等技術(shù)生產(chǎn)的硬化層結(jié)合力差，不抗沖擊和熱疲勞，生產(chǎn)過(guò)程污水、粉塵、噪聲等污染嚴(yán)重，難以推廣應(yīng)用。堆焊、熔覆、表面冶金等技術(shù)目前已成為工業(yè)上受歡迎的實(shí)用技術(shù)。耐磨焊條自由電弧堆焊可控性差， 熔深和稀釋率不均勻，氣孔夾渣多，發(fā)展?jié)摿τ邢?，本文不再過(guò)

7、多論述。堆焊、熔覆、表面冶金都涉及到高能量束流。高能量束流能量集中、效率高、無(wú)三廢排放、 應(yīng)用方式靈活、可實(shí)現(xiàn)其他方法無(wú)法獲得的優(yōu)異性能，近年來(lái)獲得了快速發(fā)展。目前已獲得工業(yè)應(yīng)用的高能量束流有激光束、電子束、離子束、等離子束、聚集太陽(yáng) 能等，其中DC-Plasma-Jet直流放電壓縮電弧等離子束具有束流能量密度大，能量轉(zhuǎn)換效率高，可大氣中操作，設(shè)備維護(hù)簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用于 快速掃描表面淬火、多元共滲合金相變強(qiáng)化、快速熔凝白口硬化、噴涂、堆焊、熔覆和表面冶金等119，發(fā)展速度超過(guò)了其他高能量束流。利用等離子束進(jìn)行表面冶金可獲得與基體呈冶金結(jié)合、組織性能均勻一致、性能優(yōu)良的金屬?gòu)?fù)合材料。 2

8、 等離子束表面冶金技術(shù)特征 等離子束表面冶金技術(shù)特征的定義是：在按照程序軌跡運(yùn)行的轉(zhuǎn)移弧等離子束流的高溫下，金屬零件表面率先依次形成與弧截面尺寸相近且有一定深度的熔池，然后 將物理混合攪拌均勻的混合粉末或者預(yù)先冶煉噴霧而成的合金粉末注入到熔池中，粉末吸收熔池的熱量迅速熔化，與熔池金屬混合擴(kuò)散反應(yīng)，隨著等離子弧柱的向前 移動(dòng)，新的熔池不斷生成，而后面的熔池迅速凝固，形成與基體金屬之間存在冶金過(guò)渡層且成分與基體完全不同的高合金或偽合金層。 按照等離子束表面冶金的技術(shù)特征，其與熔覆技術(shù)的差異在于，熔覆是預(yù)先將混合好的漿料涂敷于基體材料表面，干燥后用高能束流照射涂敷層使之熔化，基體表面 產(chǎn)生微熔層，冷

9、卻后凝固結(jié)合到一起。涂敷的材料在熔覆前后主要經(jīng)歷了熔化凝固過(guò)程，沒(méi)有與基體顯著的混合擴(kuò)散反應(yīng)過(guò)程。為了達(dá)到基體表面的微熔，涂敷材 料的熔點(diǎn)一般應(yīng)不小于基體材料熔點(diǎn)。 按照等離子束表面冶金的技術(shù)特征，其與表面涂敷燒結(jié)技術(shù)的差異在于，涂敷燒結(jié)是把預(yù)涂好的基體材料整體加熱，類似釬焊或搪瓷，基體不熔而涂敷材料熔化流平形成涂層，因此涂敷材料的熔點(diǎn)須低于基體材料。 按照等離子束表面冶金的技術(shù)特征，其與堆焊技術(shù)的差異在于，堆焊焊條或焊絲作為熔化電極比基體金屬熔化快得多，盡管其稀釋率比熔覆要高，但仍遠(yuǎn)低于等離子束表面冶金，堆焊層成分主要是焊條及焊藥成分。另外焊條或焊絲制造工藝限制了其成分的選擇范圍，選擇范圍比

10、等離子束表面冶金小得多。 按照等離子束表面冶金的技術(shù)特征，其與等離子噴涂技術(shù)的差異在于，等離子噴涂層組織呈疊片狀，與基體主要是機(jī)械嵌合，在劇烈頻繁的機(jī)械或熱沖擊下易剝落。為了提高涂層結(jié)合力，要求有嚴(yán)格的前處理和高的射流速度，噴涂粉末熔點(diǎn)不能太高，凝固區(qū)間要寬、粉末粒徑分布要窄，這就造成了前處理和噴涂過(guò)程中的粉塵噪聲污染和合金粉末的高散失率，也限制了選材空間，增大了粉末預(yù)制成本。等離子噴涂的放電方式與等離子束表面冶金不同，為非轉(zhuǎn)移弧放電，其優(yōu)點(diǎn)是不受基體形狀和導(dǎo)電性的影響，缺點(diǎn)是熱效率低，大量的熱量被噴嘴的冷卻水帶走，噴嘴燒蝕快。等離子噴焊是在噴涂基礎(chǔ)上增大了重熔因素，與熔覆是相近的。另外噴涂對(duì)

11、象一般是連續(xù)、連貫或大面積均勻的，工作過(guò)程中不 要求頻繁中斷和起動(dòng)，對(duì)送粉和等離子弧的同步開(kāi)關(guān)性要求不十分嚴(yán)格。而等離子束表面冶金對(duì)象一般是機(jī)械零部 件上某一或某些局部耐磨部位，連續(xù)化工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程要求工件一次裝夾，三軸數(shù)控，設(shè)定程序，按照程序多次頻繁起弧滅弧。如果起弧時(shí)送粉滯后會(huì)產(chǎn)生熔蝕坑，如果滅弧后停粉滯后，會(huì)產(chǎn)生合金粉末的大量散失，這都是不允許的。因此等離子束表面冶金中送粉和弧的起滅要嚴(yán)格同步，粉末噴射速率也不能太高。 3設(shè)備按照等離子束表面冶金的技術(shù)特征，相應(yīng)的設(shè)備、工藝與材料系列都需要按照工業(yè)需求開(kāi)展研究。等離子束表面冶金的主要目的是得到呈冶金結(jié)合的均勻密實(shí)的高質(zhì) 量梯度復(fù)合冶金層，以

12、滿足某些機(jī)械零部件的高抗沖擊、高耐磨以及耐高溫氧化的使用要求。為此，要對(duì)影響等離子束冶金涂層質(zhì)量的各種因素進(jìn)行研究。大量的試 驗(yàn)和生產(chǎn)結(jié)果表明，影響等離子束表面冶金質(zhì)量的主要因素有：加入粉末的成分與配伍方式、粉末流量及送粉位置、自熔性、流平性、對(duì)基體的潤(rùn)濕性、等離子工作 氣、保護(hù)氣、送粉氣的種類和流量、等離子炬的放電方式、功率、噴嘴的直徑與形狀、掃描速度、基體預(yù)熱溫度以及基體零件的冷卻方式等。 等離子束表面冶金設(shè)備由等離子電源、等離子炬、送粉系統(tǒng)、機(jī)床、控制系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等組成，其核心部件為專用的表面冶金送粉器和等離子炬，其基本要求是能 夠穩(wěn)定、可控地定量送入不同粉體顆粒形狀、不同密度、寬粒度

13、分布的任意混合粉末，能夠穩(wěn)定地在大氣環(huán)境中產(chǎn)生束流截面功率密度分布較為均勻的等離子束。 為了實(shí)現(xiàn)任意合金體系的表面冶金研究，首先要解決各種材料的粉體制備技術(shù)，不然的話表面冶金研究就只能是無(wú)本之木。但是由于不同材料的力學(xué)性能和冶金性能 有很大的區(qū)別，粉體制備技術(shù)也有很大的不同。如熔點(diǎn)不很高、相溶性好、抗氧化性、耐腐蝕性高的金屬或合金適于用霧化法生產(chǎn)，脆性大、熔點(diǎn)高的材料適于用球 磨法生產(chǎn)，還有的只能用氣相或液相反應(yīng)生成法生產(chǎn)，有許多根本不相溶的材料則無(wú)法制成合金粉末。如果一種材料能用幾種方法來(lái)生產(chǎn)粉末，則只有其中一種方法 的生產(chǎn)成本最低或性價(jià)比最高。如果設(shè)備的適用性強(qiáng)，就能夠選用任何一種方法制備

14、的粉末或成本最低的粉末，這對(duì)適應(yīng)表面冶金要求和大幅度降低成本是至關(guān)重要 的。目前的等離子噴涂設(shè)備尚不能做到這一點(diǎn)。 為了達(dá)到表面冶金的需求，需要設(shè)計(jì)制造不同于目前等離子噴涂原理的專用設(shè)備，其中最關(guān)鍵的是表面冶金送粉器和表面冶金等離子炬。表面冶金送粉器必須消除風(fēng) 力對(duì)混合粉末密度差異的影響，需要解決送粉通道對(duì)不同粉體形狀和粒度的影響，還應(yīng)達(dá)到嚴(yán)格同步可控，即與等離子炬的起弧滅弧同步開(kāi)關(guān)。在上述原則指導(dǎo)下， 我們自行開(kāi)發(fā)了數(shù)控送粉系統(tǒng)，基本實(shí)現(xiàn)了上述要求。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一是將重力送粉與風(fēng)力送粉分段布局，送粉通道盡量簡(jiǎn)捷短小，避免粉末分層和堵塞；二是粉末與 送粉氣的同步截止閥開(kāi)關(guān)無(wú)滯后現(xiàn)象，消除了起弧時(shí)

15、有氣無(wú)粉和粉末浪費(fèi)。新型送粉系統(tǒng)簡(jiǎn)便可靠，適用于各種制粉方法制備的粉末，使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)方便，數(shù)控 靈活，為等離子表面冶金研究和生產(chǎn)提供了技術(shù)支持。 對(duì)表面冶金專用等離子炬的要求一是將處于中心的等離子束與周圍的冷空氣隔絕，以穩(wěn)定等離子弧，避免合金元素氧化燒損；二是獲得沿弧柱徑向溫度分布較為平緩 的柔性等離子束，以減小熔池冶金的不均勻性和對(duì)熔池的沖刷力；三是提高粉末熔化的均勻性，提高粉末的利用率，避免合金元素的過(guò)熱燒蝕與熔化不足，提高熔覆 層的內(nèi)外在質(zhì)量；四是提高等離子炬連續(xù)工作的可靠性與壽命，提高等離子冶金的熱效率。 在上述原則指導(dǎo)下，自行研制了專用等離子炬，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：在等離子炬噴嘴孔周圍

16、增加了一個(gè)與之同心的環(huán)狀狹縫，氬氣由進(jìn)氣管進(jìn)入到均氣環(huán)槽均壓后，通過(guò) 環(huán)狀狹縫高速向下吹出，形成高速流動(dòng)的圓環(huán)狀氣套，將處于中心的等離子束與周圍的大氣隔絕，更重要的是產(chǎn)生了中心負(fù)壓區(qū)。在隔絕了大氣的負(fù)壓環(huán)境中，等離 子束流會(huì)沿徑向自動(dòng)擴(kuò)展，其結(jié)果是改變了等離子束流截面的功率密度分布，將原來(lái)高度壓縮內(nèi)外溫差劇烈的弧柱，變?yōu)檫m當(dāng)擴(kuò)束且沿弧柱徑向溫度分布較為平緩的 柔性等離子束，負(fù)壓環(huán)境也減小了弧柱放電電壓，從而提高了等離子束的穩(wěn)定性。根據(jù)熱流體力學(xué)中的熱繞流原理，處于室溫下的合金粉末及送粉氣將會(huì)更易于吹入 等離子束流中并與之均勻混合，從而提高了粉末熔化的均勻性，減少了粉末的熱繞流散失，提高了粉末的

17、利用率，同時(shí)也避免了由于粉末加熱不均帶來(lái)的合金元素的 過(guò)熱燒蝕與熔化不足現(xiàn)象，使得熔覆層內(nèi)的過(guò)熱組織與未熔顆粒夾雜等缺陷明顯減少，提高了熔覆層的內(nèi)外在質(zhì)量。高速流動(dòng)的環(huán)狀氣套還有助于噴嘴和熔覆層的冷 卻，提高噴嘴的使用壽命并減小零件的變形。鎢極桿的尖端處于噴嘴下端面上，既可提高起弧可靠性，又可減少弧光輻射對(duì)等離子炬內(nèi)部的熱影響，避免絕緣材料的 燒蝕，提高等離子炬的可靠性與壽命，同時(shí)也進(jìn)一步提高了等離子弧輸出的熱效率。此外，由于鎢極桿的起弧尖端與噴嘴向下伸出，可適當(dāng)增加等離子炬與被熔覆零 件表面之間的距離，既延長(zhǎng)了粉末與等離子束流的混合距離與時(shí)間，又減少了熔融金屬液對(duì)炬的烘烤，提高了等離子炬連續(xù)

18、工作的可靠性。 除了上述的關(guān)鍵部件之外，還需要抗干擾能力強(qiáng)的數(shù)控系統(tǒng)，以及三維運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，以供不同要求零件的表面冶金生產(chǎn)。對(duì)于大批量同種型號(hào)零件的表面冶金生產(chǎn)，還需要制造專用的機(jī)構(gòu)和工裝，以提高生產(chǎn)效率。 首先針對(duì)煤礦機(jī)械部分部件的應(yīng)用特點(diǎn)開(kāi)展了等離子表面冶金的應(yīng)用研究。煤礦機(jī)械粗大笨重，技術(shù)附加值低，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，破損形式主要是磨粒磨損、沖擊磨損 和腐蝕磨損。對(duì)磨損部件，使用耐磨焊條局部堆焊是目前性價(jià)比可接受的技術(shù)，故得到較廣泛的應(yīng)用。等離子噴涂層不能承受沖擊磨損，等離子堆焊及激光熔覆難以 降低成本，因而未得到應(yīng)用。 煤礦井下刮板運(yùn)輸機(jī)中部槽由可焊性良好的低碳低合金結(jié)構(gòu)鋼焊接而成，其失效形式

19、主要是磨粒磨損和腐蝕磨損。一般情況下，國(guó)產(chǎn)中部槽過(guò)煤量只有 20余萬(wàn)噸。 利用等離子束表面冶金技術(shù)在磨損部位反應(yīng)生成一層高抗沖擊抗磨損低成本高合金冶金層，以提高其耐磨損性能和降低摩擦系數(shù)，其優(yōu)越的性價(jià)比完全可超越耐磨焊 條堆焊，獲得大面積推廣應(yīng)用。利用該技術(shù)生產(chǎn)了上萬(wàn)節(jié)煤礦刮板運(yùn)輸機(jī)中部槽，在井下經(jīng)實(shí)用考核，結(jié)果表明比未經(jīng)等離子表面冶金強(qiáng)化的中部槽使用壽命提高 4 倍以上，但表面冶金的成本僅增加不到 20%。同時(shí)還大幅度降低井上井下拆遷搬運(yùn)成本，降低頻繁更換的勞動(dòng)強(qiáng)度和煤炭生產(chǎn)中斷損失，綜合經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。 圖 4 是等離子表面冶金處理后的刮板輸送機(jī)中部槽，圖中白色亮帶是等離子表面冶金帶。

20、另一個(gè)成功應(yīng)用的案例是采煤機(jī)截齒。采煤機(jī)截齒的工作環(huán)境十分惡劣，其破損方式主要有三種：一是硬質(zhì)合金刀頭碎裂；二是刀體磨損后硬質(zhì)合金刀頭脫落；三是 齒體彎曲或脆斷。在上述三種破損方式中，尤以第二種最多且最難解決。所以，在硬質(zhì)合金刀頭的周圍“加固”一層抗沖擊耐磨層，一直是截齒技術(shù)攻關(guān)的核心內(nèi)容 之一。等離子表面冶金強(qiáng)化技術(shù)為此提供了一種迄今為止最為可行的技術(shù)。采用這一新技術(shù)，已生產(chǎn)了數(shù)萬(wàn)支截齒在全國(guó)各地煤礦投入使用，萬(wàn)噸消耗量明顯下降， 使該種破損方式由主要地位下降為次要地位。圖 5 是等離子表面冶金處理后的截齒，圖中靠近尖部的周邊白色部位是等離子表面冶金層。 從等離子表面冶金技術(shù)在較低附加值的煤

21、礦機(jī)械上成功應(yīng)用來(lái)看，等離子表面冶金技術(shù)具備了優(yōu)質(zhì)高效低成本生產(chǎn)冶金結(jié)合超厚耐磨復(fù)合材料的特點(diǎn)，這是由等離子束表面冶金技術(shù)自身的技術(shù)特征所決定的。  新材料及其制備技術(shù)的研究將對(duì)世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生重大影響，其發(fā)展趨主要體現(xiàn)在：    （1）功能材料向多功能化、集成化、小型化和智能化方向發(fā)展；    （2）結(jié)構(gòu)材料向高性能化、復(fù)合化、功能化和低成本化方向發(fā)展；    （3）薄膜和低維材料研究發(fā)展迅速，工業(yè)、航天材料異軍突起；    

22、; （4）新材料制品的精加工技術(shù)和近凈形成形技術(shù)受到高度重視；    （5）材料及其制品與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)性倍受重視，以滿足社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的要求；    （6）材料的制備及評(píng)價(jià)表征技術(shù)日受重視，材料制備與評(píng)價(jià)表征新技術(shù)、新裝備不斷涌現(xiàn)；    （7）材料在不同層次（微觀、介觀和宏觀）上的設(shè)計(jì)發(fā)展迅速，已成為發(fā)展新材料的重要基礎(chǔ)。    綜上所述，當(dāng)今新材料及其制備技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：   

23、; （1）新材料技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)和高技術(shù)發(fā)展中的共性關(guān)鍵技術(shù)，材料科學(xué)技術(shù)已成為當(dāng)代和下世紀(jì)初最重要的、發(fā)展最快的科學(xué)技術(shù)之一。信息、能源、農(nóng)業(yè)和先進(jìn)制造等技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展都離不開(kāi)新材料及其制備技術(shù)的發(fā)展；    （2）綜合利用現(xiàn)代先進(jìn)科學(xué)技術(shù)成就，多學(xué)科交叉，知識(shí)密集，導(dǎo)臻新材料及其制備技術(shù)的投資強(qiáng)度大、更新?lián)Q代快，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益巨大；    （3）新材料的制備和質(zhì)量的提高更加依賴于新技術(shù)、新工藝的發(fā)展和精確的檢測(cè)控制技術(shù)的應(yīng)用。對(duì)制備技術(shù)的重視與投入直線上升，極大地加速了基礎(chǔ)材料的發(fā)展和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造

24、。    （4）對(duì)材料基礎(chǔ)性、先導(dǎo)性的認(rèn)識(shí)已形成共識(shí)。材料的研帛和發(fā)展既要與器件的研帛密切配合，又要注意到自身的系統(tǒng)性和超前性，這樣才有利于材料實(shí)現(xiàn)跨躍發(fā)展。4方法 2.掃描電鏡    掃描電子顯微鏡（SEM）是材料學(xué)領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛的一種電子顯微鏡。SEM廣泛使用是因?yàn)樗染哂泄鈱W(xué)顯微鏡制樣簡(jiǎn)易性，又具有昂貴、復(fù)雜的透射電鏡的眾多功能和適用性。SEM是20世紀(jì)30年代在德國(guó)由Knoll和VonArdenne首創(chuàng)的。在20世紀(jì)40年代，美國(guó)RCA研究所實(shí)驗(yàn)室的Zworykin，Hillier和Snyde

25、r對(duì)它的進(jìn)展起了重要作用，但是，他們的成功最終受到當(dāng)時(shí)真空條件的限制。現(xiàn)代的SEM是Oatley和他的學(xué)生從1948年到1965年期間在劍橋大學(xué)的研究成果。SEM是近幾十年來(lái)才趨于完善的一種電子光學(xué)儀器，它利用入射電子束與試樣作用產(chǎn)生的各種信號(hào)，可對(duì)試樣進(jìn)行形貌觀察、成分分析等多方面工作。SEM具有分辨本領(lǐng)高、放大倍率變化范圍寬（放大率可從十幾倍連續(xù)放大到幾十萬(wàn)倍）、成像焦深長(zhǎng)、立體感強(qiáng)等特點(diǎn)，可對(duì)凸凹不平的斷口表面的宏觀和微觀形貌特征進(jìn)行觀察和分析。SEM還備有X射線譜儀，可對(duì)斷口表面進(jìn)行成分分析。    3.電子探針X射線顯微分析 

26、0;  電子探針X射線顯微分析簡(jiǎn)稱電子探針。它的結(jié)構(gòu)與掃描電鏡相似，新型的電子探針是一種綜合性的測(cè)試分析儀器，能同時(shí)獲得微區(qū)成分、微觀形貌、晶體結(jié)構(gòu)等信息，是研究冶金缺陷的先進(jìn)工具之一。由于電子探針具有分析區(qū)域小、分析元素范圍廣、分析靈敏度高、分析速度快且不損耗試樣等特點(diǎn)，它在冶金學(xué)、地質(zhì)和礦物學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在分析鋼中非金屬夾雜物的成分時(shí)，將電子探針與金相鑒別方法緊密的結(jié)合起來(lái)，直接測(cè)量與金相觀察相對(duì)應(yīng)的夾雜物成分，對(duì)識(shí)別鋼中非金屬夾雜物的屬類和進(jìn)一步追溯夾雜物的來(lái)源是很有價(jià)值的。5前景     進(jìn)人2

27、0世紀(jì)90年代后，國(guó)際上普遍認(rèn)為材料工業(yè)應(yīng)逐步由傳統(tǒng)的熔煉冶金向合成冶金過(guò)渡，中(鹼)性施膠劑AKD（烷基烯酮二聚物）和ASA（烯鏈基琥珀酸酐）均屬反應(yīng)型施膠劑，其施膠機(jī)理是施膠劑與纖維素通過(guò)共價(jià)鍵結(jié)合使紙張產(chǎn)生抗水性。但是，由于AKD與纖維反應(yīng)較慢，且易出現(xiàn)堆滑等問(wèn)題，因此不適合于車速在1200m2/分以上的紙機(jī)而ASA乳液不穩(wěn)定，保存期短，需要現(xiàn)場(chǎng)乳化使用。同時(shí)，反應(yīng)型施膠劑AKD和ASA比較適用于木漿原料造紙，在用于再生纖維抄紙時(shí)效果不理想，其施膠度也不象松香系列施膠劑那樣容易控制。因此，中(鹼)性施膠劑AKD和ASA反應(yīng)型施膠劑在中國(guó)的推廣沒(méi)有原來(lái)估計(jì)的那么順利，根據(jù)我國(guó)造紙纖維原料以

28、再生纖維為主(2004年達(dá)到52%)的國(guó)情,施膠劑的使用將進(jìn)入一個(gè)多元化的時(shí)代。    根據(jù)有關(guān)信息資料調(diào)查，2004年我國(guó)紙和紙板生產(chǎn)企業(yè)約有3500家，國(guó)內(nèi)造紙廠80%以上是中小型企業(yè)，造紙的纖維原料以草漿和廢紙漿為主，只有少數(shù)外資企業(yè)如江蘇省金東紙業(yè)、芬歐匯川（常熟）有限公司等全部使用進(jìn)口木漿生產(chǎn)。從對(duì)國(guó)內(nèi)大中型紙廠統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)上來(lái)看，陽(yáng)離子松香施膠劑占43%，AKD占28%，陰離子施膠劑占21%，ASA占8%，乳液松香施膠劑（包括陽(yáng)離子型、陰離子型）占的比重達(dá)到64%。     隨著紙廠規(guī)?；?jīng)營(yíng)和

29、品種檔次及質(zhì)量要求的提高，許多中小型紙廠在施膠劑的選擇檔次上也會(huì)有所提升，但由于這類紙廠造紙的纖維原料以草漿和廢紙漿為主，纖維原料的來(lái)源決定了中小型紙廠使用的是性能較好的松香系列施膠劑(陰離子乳液松香膠、陽(yáng)離子乳液松香膠)。因此，在今后若干年內(nèi)松香系列施膠劑(陰離子乳液松香膠、陽(yáng)離子乳液松香膠)仍將是我國(guó)施膠劑的主流產(chǎn)品,造紙行業(yè)仍將是硫酸鋁產(chǎn)品的巨大市場(chǎng)。    由于中國(guó)的經(jīng)濟(jì)保持著高速發(fā)展，可以預(yù)計(jì)2015年8000萬(wàn)噸的全國(guó)造紙行業(yè)規(guī)劃指標(biāo)將會(huì)提前實(shí)現(xiàn)，新增加的3000萬(wàn)噸紙與紙板的產(chǎn)量中需要施膠的紙種如果60%使用乳液松香施膠劑就將新增35

30、60;40萬(wàn)噸硫酸鋁的需求量，這對(duì)我國(guó)鋁鹽行業(yè)的產(chǎn)能發(fā)揮是一項(xiàng)重要的保障。    3.硫酸鋁產(chǎn)品在水處理行業(yè)的應(yīng)用與前景    硫酸鋁在工業(yè)和市政廢水處理中被用混凝劑,將其加入到水中，反應(yīng)生成三水合氧化鋁膠狀沉淀，吸收沉降細(xì)菌、膠體以及其他懸浮物質(zhì)。隨著水排放指標(biāo)的日益提高，硫酸鋁在水處理中的用量加大了。硫酸鋁在飲用水中用來(lái)脫色、去味。在飲用水處理過(guò)程中因?yàn)橄靖碑a(chǎn)物的增加，使得硫酸鋁的加入量增大，導(dǎo)致了硫酸鋁市場(chǎng)需求的上升。硫酸鋁通常與鋁酸鈉一起使用。在水處理中硫酸鋁與其他絮凝劑一起競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)份額，比如鐵鹽系列、有

31、機(jī)聚合物以及其他鋁化合物（包括PAC、鹼式氯化鋁）。    4.硫酸鋁產(chǎn)品的其他用途    硫酸鋁還用于生產(chǎn)醫(yī)藥、化妝品、媒染劑、油脂澄清劑、滅火劑、鞣革劑以及生產(chǎn)鈦白粉高級(jí)填料等。硫酸鋁也用于生產(chǎn)銨明礬、鉀明礬、硫酸鋁鈉，硫酸凝膠等其他鋁鹽產(chǎn)品。硫酸鋁凝膠及燒結(jié)無(wú)鐵硫酸鋁還可作為生產(chǎn)高純氧化鋁的原料。市場(chǎng)前景分析盡管我國(guó)丁二烯目前還供不應(yīng)求，但專家分析指出，趨勢(shì)正在向供需基本平衡轉(zhuǎn)變。從國(guó)際看，不少國(guó)家和地區(qū)產(chǎn)能過(guò)剩。其中，美國(guó)是最大生產(chǎn)國(guó)，年產(chǎn)能力達(dá)274萬(wàn)噸，其下游行業(yè)迫于競(jìng)爭(zhēng)壓力紛紛向國(guó)外轉(zhuǎn)移，使得美國(guó)等發(fā)

32、達(dá)國(guó)家丁二烯行業(yè)抹上了不景氣的色彩。"風(fēng)景這邊獨(dú)好"的中國(guó)，勢(shì)必會(huì)成為他們的目標(biāo)，從而對(duì)國(guó)內(nèi)供需走向帶來(lái)影響。國(guó)內(nèi)方面，為與新建或擴(kuò)建乙烯裝置配套，多家企業(yè)準(zhǔn)備新建或擴(kuò)建丁二烯裝置，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，今后幾年可能會(huì)新增50萬(wàn)噸丁二烯年產(chǎn)能力。丁二烯下游行業(yè)，如順丁膠、SBS熱塑性彈性體等，需求也在增長(zhǎng)，ABS將是我國(guó)丁二烯消費(fèi)增長(zhǎng)的主要?jiǎng)恿ΑｋS著國(guó)內(nèi)信息和汽車工業(yè)迅速發(fā)展，對(duì)ABS需求量將較快增長(zhǎng)，不少地方都在新建ABS裝置，投產(chǎn)后對(duì)丁二烯的需求必然增長(zhǎng)。但總的看，受消費(fèi)主要領(lǐng)域合成膠新增產(chǎn)能的限制，隨著丁二烯產(chǎn)能增加，國(guó)內(nèi)丁二烯市場(chǎng)將由供不應(yīng)求轉(zhuǎn)向供需基本平衡。因此，丁二烯廠

33、家在關(guān)注量的增長(zhǎng)的同時(shí)，更要重視質(zhì)的提高，以適應(yīng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的需要。5結(jié)論等離子束表面冶金 的技術(shù)特征是在按照程序軌跡運(yùn)行的轉(zhuǎn)移弧等離子束流的高溫下，金屬零件表面率先依次形成與弧截面尺寸相近且有一定深度的熔池，然后將物理 混合攪拌均勻的混合粉末或者預(yù)先冶煉噴霧而成的合金粉末注入到熔池中，粉末吸收熔池的熱量迅速熔化，與熔池金屬混合擴(kuò)散反應(yīng)，隨著等離子弧柱的向前移動(dòng)， 新的熔池不斷生成，而后面的熔池迅速凝固，形成與基體金屬之間存在冶金過(guò)渡層且成分與基體完全不同的高合金或偽合金層。 等離子束表面冶金復(fù)合材料技術(shù)具有優(yōu)越的性價(jià)比，正在煤炭和鋼鐵系統(tǒng)獲得大面積推廣應(yīng)用，發(fā)揮了明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

34、等離子束表面冶金復(fù)合材料技術(shù)具有廣闊的研究開(kāi)發(fā)前景和用途。2 展望 隨著無(wú)染料酸銅添加劑的進(jìn)一步發(fā)展,必將復(fù)配出更好更完美的添加劑配方。染料分子都含有苯環(huán)、N、S、O等雜原子或雜環(huán)的化合物,如吩嗪一種新的化合物。從目前應(yīng)用的各種配方來(lái)看,還是多種物質(zhì)的復(fù)配更有希望得到更好的效果。但是,多元添加劑在電鍍過(guò)程中存在比例失衡的問(wèn)題,所以復(fù)配比例和補(bǔ)加量很關(guān)鍵,而單一添加劑則不存在這個(gè)問(wèn)題。 目前最重要的是尋找理想的中低位光亮劑,尤其是低位光亮劑,如安美特510中的吩嗪染料可提高中低位的光亮度,但是過(guò)量會(huì)使低端收縮,且染料分子對(duì)鍍層應(yīng)力影響較大。所以,要取代吩嗪染料的物質(zhì)在結(jié)構(gòu)上可能要同時(shí)具有上述特征

35、,但不能是染料類物質(zhì),以免增大內(nèi)應(yīng)力,同時(shí)也應(yīng)使深鍍能力提高到一個(gè)新的水平。結(jié)束語(yǔ)到目前為止,所報(bào)道的卟啉及其衍生物的合成方法各有優(yōu)缺點(diǎn),或產(chǎn)率低、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng);或高溫反應(yīng)、后處理繁雜。因此我們?cè)陂_(kāi)發(fā)新的卟啉的同時(shí),尋找合適的反應(yīng)條件是非常必要的。對(duì)于開(kāi)發(fā)新的卟啉及衍生物時(shí),側(cè)重研究有特殊的活性官能團(tuán)的卟啉,從分子設(shè)計(jì)的角度,在卟啉試劑的合成、化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)特征的關(guān)系、作用機(jī)理等方面進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究,從中發(fā)現(xiàn)其規(guī)律性的聯(lián)系,進(jìn)而開(kāi)發(fā)出滿足已知要求的卟啉試劑,以適應(yīng)科學(xué)研究的需要。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,卟啉及其衍生物在仿生化學(xué)、催化、光譜分析、太陽(yáng)能利用特種材料、醫(yī)學(xué)等方面有著越來(lái)越重要的用途

36、。在分析化學(xué)中,以卟啉為試劑可以測(cè)定銅、鎘、鐵、鉛、鋅、錳、汞和鎂等金屬離子。隨著研究的進(jìn)一步深入,利用卟啉探針測(cè)定蛋白質(zhì)、核酸等生物物質(zhì)受到了各國(guó)學(xué)者的重視。血卟啉及其衍生物具有集中并貯于癌組織的特征,受光激發(fā)后可以釋放單重態(tài)氧,繼而殺死癌細(xì)胞,為人類征服癌癥開(kāi)辟了一條新的途徑。某些卟啉配合物對(duì)氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)可以起到催化作用。卟啉及其衍生物的人工合成研究具有重要的意義。參 考 文 獻(xiàn) 1 吳玉萍，李惠琪，李敏，等離子重熔化學(xué)鍍 Ni-P 合金層的溶質(zhì)分布與相結(jié)構(gòu)，材料熱處理學(xué)報(bào)，2001，6，Vol.22，No.2，P19 2 李惠琪，吳玉萍，李敏，壓縮氬弧等離子束掃描對(duì)化學(xué)鍍 Ni-P 合金鍍

37、層組織與成分的影響，中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)，2001，5，Vol.11，S1，P187 3 李惠東，李惠琪，孫玉宗，李敏真空非等軸壓縮等離子束熔覆金屬陶瓷涂層技術(shù)，新材料產(chǎn)業(yè)，2003，第 2 期 4 李敏，李惠東，李惠琪，孫玉宗，等離子體表面改性技術(shù)的發(fā)展，金屬熱處理，Vol.29，No.7（總第 323 期），2004，7，P5 5 李敏，李惠東，孫玉宗，姬強(qiáng)，李惠琪，Study on surface metallurgical Technology by DC-plasma-Jet，14th Congress IFHTS Proceedings，材料熱處理學(xué)報(bào)，Vol.25，No.5，2004，5（），P23 6 李惠琪，劉邦武，李惠東，張麗民，李敏，孫玉宗，Study on Fe-based alloy coating produced by plasma surface metallurgy，第十四屆國(guó)際熱處理及表面工程學(xué)術(shù)交流大會(huì)論文集，中國(guó)上海，2004，10，14th Congress IFHTS Proceedings，材料熱處理