在表面技术中主要有三大类,每一类又可分为多种技术,下面仅就几种常见的利用化学或物理化学原理的表面技术及应用作一简单介绍。
1. 涂料
涂料(coating)是一种用于涂装物体表面形成涂膜,从而起到保护、装饰标志和其他特殊功能(如绝缘、防污、减阻、隔热、耐辐射、导电、电磁等)的材料。下面就途料的组成、分类和成膜的基本原理作一简单介绍。
涂料的组成按功能包括4部分:成膜物质、颜料、溶剂和助剂。
根据主要成膜物质可分为有机涂料和无机涂料,有机涂料中根据成膜树脂类型又可分为醇酸、环氧、丙烯酸涂料等。
按照用途涂料可分为3大类:建筑涂料、产品涂料和特种涂料。建筑涂料主要包括用于装饰和保护建筑物外壁和内壁和涂料,占涂料总量的50%左右,其中乳胶漆战友70%以上。产品涂料通常也叫工业漆,是在工厂里施工于汽车、家电、电磁线、飞机、家具、金属罐等等上的涂料,占涂料总产量的30%左右。其余20%左右的是特种涂料,它是指在工厂外施工的工业涂料和一些其他涂料,如防火涂料、防水涂料、耐高温腐蚀的陶瓷涂料,示温涂料、导电涂料、磁性涂料、路面标线涂料、防霉灭虫涂料、耐磨涂料、海洋重防腐涂料等等。特种涂料不仅要满足国防尖端产品和高科技发展的特殊需要,而且还要满足国民经济各部门新发展的特种要求。
涂料成膜的基本原理,生产和使用涂料的目的是为了得到符合需要的涂膜,涂料形成涂膜的过程直接影响兴翻盖能否充分发挥预定的效果以及所得涂层的各种性能是否能充分表面出来。
2. 电化学及化学沉积
电化学及化学沉积表面技术中,常见的有电镀、刷镀和化学镀技术。
电镀是应用电解的方法将一种金属覆盖到另一种金属表面的过程,需要在电解槽中进行。电刷镀是近年来发展起来的一种修复机械零部件的新技术。它的基本原理与电镀相同,只是不用镀槽,而是将电解液浸在包着阳极(称为镀笔)的棉花包套中,刷镀时,接通电源后,用浸满镀液(即电解液)的镀笔与工件(阴极)直接接触,在阳极与阴极的相对运动中,即可获得镀层。化学镀是一个不外加电源,在金属表面的催化作用下经控制化学还原法进行了的金属沉积过程。
3. 表面改性
表面改性的技术有很多种,在此只介绍阳极氧化和化学热处理的原理及应用。
阳极氧化即是一种电化学的氧化处理方法。它是将金属置于电解液中作为阳极,使金属表面形成几十至几百微米的氧化膜的过程,这层氧化膜的形成比金属在空气中自然氧化形成的氧化膜具有更好的防腐、耐磨性能。
化学热处理是将金属或合金工件置于一定温度的活性介质中保温,使一种或几种元素渗入它的表层,以改变其化学成分、组织和性能的工艺。化学热处理的种类很多,包括渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼及渗不同金属。这种工艺不仅可用于材料的防护与强化,提高耐腐蚀、耐磨损、抗氧化与抗疲劳性能,而且可根据需要赋予材料及其制品具有光学、磁学、隔热、装饰等多种功能,也可为高新技术及产品的发展提供一系列新型材料与复合金属板材。
4. 化学气相沉积
化学气相沉积工艺是将金属的碳化物、氮化物、硼化物或氧化物直接沉积在金属材料的表面的过程。例如,在钢铁工件上沉积TiC的化学气相沉积工艺中,可以将TiC4蒸气在氢气载带下通入装有工件的高温(一般为900~1200℃)反应炉内,并与烃类进行一系列反应最终生成TiC沉积在工件表面。