对化学材料表面处理技术的研究

王颖婕

摘 要：本文通过对常见化学材料表面处理技术如手工处理，金属钝化，热喷涂技术，渗透扩散处理与有机高分子材料表面处理技术如聚氯乙烯，聚乙二醇，聚四氟乙烯，聚苯烯酰胺等不断涌现的新技术进行总结，旨在对未来表面处理技术发展带来一定帮助。

关键词：化学材料 表面处理 有机高分子材料

随着当今世界经济全球化发展，各国之间的材料相互输入，输出材料优化升级，越来越成为各国材料输出竞争，不可或缺的一项标准，各国对材料的要求强度也不断提升，伴随科技的飞速发展，材料表面的高标准高要求需要从底层不断地进行突破，伴随着全球各地科研人员的不断研发而涌现出无数的新技术，本文通过对化学材料表面处理技术的总结，希望对未来表面处理技术水平的不断发展起到一定的作用。

一、常見化学材料表面处理技术

由于现今对常见化学材料表面处理技术介绍十分丰富，本文只简略列举几项技术，从历史的角度去重新认识。

1.手工处理。用手工（如刮刀、钢丝刷或砂轮等）除去工件因长时间工作产生的氧化皮或锈迹等。作为最为传统的表面处理技术，其可适用于一些大型元件，由于其耗时耗力质量差，且清洁度低，在科技不断发展的今天已渐渐被其他技术所取代。

2.利用金属特性使材料表面钝化。表面钝化（passivation）分为化学钝化与机械钝化。化学钝化是由金属与介质经自然作用所产生的，使金属表面的氧化还原状态发生变化并引起金属电化学行为，使其具有贵金属（Au，Ag，Pt）的特征。机械钝化是因金属表面状态变化引起其腐蚀速率降低，但电极电势并不发生朝正极方向移动的钝化。目前的钝化原理是基于形成相膜（forming phase membrane）的理论，而这些理论尚且还没有相应的文献和技术资料的支持。

3.热喷涂（Thermal Spraying）技术。热喷涂技术将喷涂料涂敷在非金属或细微分散的金属表面形成不同功能（multifunctional）的表面涂层，该技术通过使用涂层材料（surface coating）在基体上形成一定的沉积层（condensation layer）。热喷涂的涂层可以通过电弧喷涂或有火喷涂使产品得到修复。在喷涂时可利用样子燃烧产生的热流，使一般为丝状或者粉末状的金属或者非金属材料在强烈的热流下借助压缩空气与自身速度，喷涂到已处理的基体表面。目前，该技术正在向着专业化和智能化的方向发展。

4.渗透扩散处理。向介质放入物件，并使其中的金属或非金属渗入物件，便是渗透扩散处理，其优点在于，渗透技术是使元素直接进入物件，而不是像其他技术将元素覆盖在物件表面。通过渗透技术获得的新元件渗透元素与原材料结合无分层，其组成成分与性能渐进变化，提高融合度增强整体化，且两成分作用紧密，使脆性降低，以渗碳与渗氮两种技术为例：

（1）渗碳技术：渗碳可增强物件耐磨程度（Wear resistance）、表面硬度（Surface hardness）以及内部韧性（internal toughness），对其进行加热，增加物件的使用寿命和使用强度。渗碳技术便是使物件浸入渗碳介质中，取出后经过淬火（quenching）和低温回火（tempering），将碳渗入物件之中。

（2）渗氮技术：渗氮可以使物件产生高硬度（high hardness）、高耐磨性（high wear resistance）的新的特性，渗氮技术主要是将氮元素渗入特定钢上，由于所需工作周期长，因此该技术的运用并不广泛。

二、有机高分子材料表面处理技术

有机高分子材料在高分子材料中占比最大，应用也是为广泛，分为天然（natural）有机高分子材料和人工（artificial）合成有机高分子材料，人工合成有机高分子材料由有机化合物或有机高分子化合物质制得，相比于其较大的相对分子质量，其组成结构单元则相对简单，简单结构重复连接形式，如聚乙烯，这种结构单元就有链接，其中n为聚合度。由许多链接，而聚合度不同的化合物所组成的混合物即为有机高分子化合物。下文将介绍几例常见有机高分子材料。

1.聚氯乙烯。其应用广泛，那化学品腐蚀性及电绝缘性优良，且随相对分子质量的增加（即n值越大）该性质越强，即使在一百度下也可长期使用。将聚氯乙烯加工成为电解槽及其相关结构，可节约大量金属，并避免金属槽，因溶液等因素遭到腐蚀，使镀液污染。

2.聚乙二醇，相对分子质量高，常用于电镀锌及其合金的添加剂，能溶于水，但不发生水解，与许多化学药品不发生反应。

3.聚四氟乙烯。具有优良的耐热性，可在280度下长期使用。除液氟和熔融钠，可耐一切化学品腐蚀。对于工程建设作用十分明显，将其加工成为棒，管带状物及，薄膜等，可用于车间要求耐腐蚀性高的物品，如管道，容器泵，阀门等的表面处理，聚四氟乙烯悬浮液常用于制备自润滑复合镀层，且聚四氟乙烯常用于不粘锅的制造，但由于涉及餐饮方面，研究表明，氟的存在影响人们的身体健康，在欧美国家已渐渐被取代。

4.聚苯烯酰胺。为水溶性树脂，常作为是凝聚促进电镀废水处理时的沉降，过滤澄清的速度加快。

5.聚苯乙烯磺酸型。离子交换树脂。二维有机高分子基团。该离子交换树脂是由具有一定交换结构的高分子骨架与磺酸基组成。再去离子水的制备及废水处理，作用巨大。

6.难粘高分子材料。不经特殊的表面处理，很难用普通胶粘剂粘接的材料，如聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）等聚烯烃和聚四氟乙烯（PTFE）类含氟高分子材料叫做难粘高分子材料。由于在应用过程中，会遇到同种材料之间的粘接问题。

参考文献：

[1]周德强.关于对化学材料表面处理技术的研究[J].工程技术：引文版，2016

[2]马立群.难粘高分子材料的表面处理技术[J].化学与粘合，1999