等离子体表面改性技术(报告).doc

等离子体表面改性技术 -吴师妹整理 1 前沿材料表面处理技术是目前材料科学的前沿领域，利用它在一些表面性能差和价格便宜的基材表面形成合金层，取代昂贵的整体合金，节约贵金属和战略材料，从而大幅度降低成本。科学技术和现代工业的发展，对摩擦、磨损、腐蚀和光学性能优异的先进材料的需要日益增长，这导致了整个材料表面改性技术的发展与进步，其中等离子体表面改性技术发挥了重要作用。等离子表面处理因其性能的优势和低廉的成本已成为材料科学领域最活跃的研究方向之一。2 等离子体表面改性的原理等离子体是一种物质能量较高的聚集状态，它的能量范围比气态、液态、固态物质都高，被称为物质的第四态，存在具有一定能量分布的电子、离子和中性粒子，在与材料表面的撞击时会将自己的能量传递给材料表面的分子和原子，产生一系列物理和化学过程。一些粒子还会注入到材料表面引起碰撞、散射、激发、重排、异构、缺陷、晶化及非晶化，从而改变材料的表面性能。3等离子体表面改性技术的种类根据温度不同，等离子体可分为高温等离子体和低温等离子体(包括热等离子体和冷等离子体)。高温等离子体的温度高达106K108K，在太阳表面、核聚变和激光聚变中获得。热等离子体一般为稠密等离子体，冷等离子体一般为稀薄等离子体。在材料表面改性技术中，溅射、离子镀、离子注入、等离子化学热处理工艺应用的是在低压条件下放电产生的低压(冷)等离子体，而等离子喷涂、等离子淬火及多元共渗相变强化、等离子熔覆或表面冶金等工艺中应用的是低温等离子体中的稠密热等离子体，通常指压缩电弧等离子束流。3.1 低压(冷)等离子体表面处理技术近年来，低压等离子体在表面镀膜、表面改性及表面聚合方面发挥着越来越重要的作用。 3.1.1 溅射和离子镀溅射镀膜是基于离子轰击靶材时的溅射效应，采用的最简单装置是直流二极溅射，其它类型的溅射设备有射频溅射磁控溅射、离子束溅射等，其中磁控溅射由于沉积速率高，是目前工业生产应用最多的一种。磁控溅射的基本原理是:辉光放电加热工件，源极的合金元素在离子轰击下被溅射出来，高速飞向工件(阴极)表面，被工件表面吸附，借助于扩散过程进入工件表面，从而形成渗入元素的合金层。该工艺的优点是： 渗速快。等离子体向工件表面持续提供高浓度的渗入金属元素，而高能粒子的轰击，使金属表面出现高密度位错区，导致渗入原子既沿晶界又向晶内扩散，特别是沿位错沟扩散，极大地提高了渗入元素的扩散速度。 渗层组织容易控制。通过调整渗入金属源及工艺参数，很容易按要求控制渗层组织。不需去钝处理。阴极溅射效应可有效去除表面氧化物，且工件又是在真空中进行处理,不会再生氧化膜。 渗入元素是固体合金元素,且材料利用率高。 无公害,工作环境好。离子镀是在真空条件下利用气体放电使蒸发物质部分离化，并在离子轰击作用的同时把蒸发物或其反应物沉积在工件表面 ，具有附着力强、绕射性好、可镀材料广泛等优点。离子镀在近年发展很快，由电子束离子镀、空心阴极放电离子镀、激励射频法离子镀到电弧放电真空离子镀及多弧真空离子镀，镀膜效率显著提高。目前离子镀最广泛的应用是在刀具上涂镀TiN、TiC等超硬膜层。利用俄制Bulat6 多弧离子镀膜机对摩托车车架冷弯芯模( SKD11 钢)进行 TiN涂层处理后,使用6000余次表面仍光洁,而未经镀膜的模具使用50余次后表面即被拉毛。等离子体增强磁控溅射离子镀( PEMSIP)是在磁控溅射离子镀基础上研发的一种新型 PVD 技术。PEMSIP 中的电子发射源和活化源使电子数量和动能增加,电子与中性粒子的碰撞几率随之增加,因此增加了等离子体的密度 ,使进入基片阴极鞘层和沉积到基片表面上的正离子数量增加,在阴极鞘层中被加速的二次电子的有效碰撞进一步提高离化率,强化了离子镀效应。利用该技术沉积的TiN涂层,膜基之间存在50nm厚的过渡层,膜基之间的结合力强,膜层硬度高。 3.1.2 离子注入传统的束线离子注入是一种“视线过程,对几何形状复杂的零件很难发挥作用，所以使用范围受限。等离子体基离子注入(Plasma Based Ion Implantation，PBII)自1987年提出后受到人们极大的重视,是近十年发展迅速的一种新兴的表面改性技术,它不但消除了传统离子注入的视线过程,解决了其在机械零件及工模具上的应用问题,而且在每一脉冲注入过程中都包含着注入、溅射和沉积多元过程,根据需要控制适当的工艺条件可同时全方位地注入多种元素,并控制注入元素的浓度分布和注入深度,形成所需要的过饱和固溶体、亚稳相和各种平衡相以及一般冶炼方法无法获得的合金相和金属间化合物,可直接获得马氏体硬化表面,得到所需要的表面结构和性能。PBII工艺的特点是进入晶格的离子浓度不受热力学平衡的限制(相平衡、 固溶度),且能注入互不相容的物质；注入在室温、低温下进行,不会引起材料热畸变；注入离子与基体没有明显的界面,注入层不会脱落。1990年前后,中科院物理所、哈工大等先后开展了等离子体基离子注入装置及基础理论、铝(钛)合金、不锈钢、工具钢等离子体基离子注入层的成分、组织、 结构和性能方面的研究,并取得了一定的成果。铝及铝合金经氮离子注入处理后,表面硬度提高4倍,摩擦系数由0.4下降至0.1，耐磨性较未离子注入的提高30 倍以上。对GCr15轴承钢进行钛、 碳等离子体基离子混合注入后的表面改性层,为无界面多层结构或梯度结构,硬度和摩擦学性能远优于单一注氮、碳层。PBII与MEVVA等离子体源技术相结合,形成了金属等离子体浸没离子注入技术(MPBII),使等离子体注入种类由各种气态离子扩展为几乎所有元素的离子,极大地扩展了PBII技术的应用领域。汤宝寅等利用MPBII 技术对9Cr18钢表面进行的金属离子加氮离子复合注入处理 ,获得了比PBII注入处理时更好的抗磨损、 抗腐蚀和摩擦特性。3.1.3 等离子化学热处理等离子化学热处理的基本原理是：将工件置于真空室内,其间充以适当分压的渗剂气体(氮气或碳氢化合物),在外加直流电压的作用下,电子从工件向真空室壁运动,当含渗剂的混合气体分子被电子碰撞离化时,产生辉光放电。新形成的正离子将向工件加速,当与工件表面发生碰撞时,与工件表面的化学元素相结合。高能粒子对工件表面的轰击造成温度升高,促进所需元素在工件表面的渗入,形成扩渗镀层。其工艺特点是: 能够较好地控制工件表面最终的成分结构,例如辉光离子渗氮可不形成混合相和化合物区,从而使渗氮层脆性减小。可在较低的温度下进行扩渗,并且有较快的沉积速率。例如等离子渗碳是通过增加碳的扩散速度来缩短渗碳时间,而不是仅仅依靠提高处理温度,这样不仅提高了生产效率,也减少了工件畸变。研究表明,辉光放电可形成高的碳浓度梯度,而不产生炭黑,并在每个特定的工件表面温度下,都能促进碳元素的快速扩散。节约能源、 气源,无公害。等离子化学热处理是当前金属化学热处理研究中的热点,美、英、中、德、日、法和前苏联的研究工作处于领先地位,特别是美、英在渗碳、钛合金离子渗氮研究和前苏联在离子渗硼方面尤为突出,我国在等离子多元共渗、 离子渗金属研究方面处于领先地位。从总体上看,技术上最为成熟的还是离子渗氮,已成功地用于3Cr2W8V 等模具中,使处理后的模具寿命提高3倍8倍。今后该研究领域的热点之一将是中低温渗金属。其它等离子化学热处理工艺,虽然具有更大的工业应用前景(如等离子渗碳),但大多还处于试验研究阶段。3.2 热等离子体表面处理技术用于金属材料表面处理的热等离子体技术通常指压缩电弧(转移弧或非转移弧)等离子束流,主要包括等离子喷涂(焊)、等离子表面淬火与合金共渗相变强化、等离子熔覆(表面冶金)以及微弧氧化。3.2.1 等离子喷涂等离子喷涂(焊)是获得材料表面功能涂层的有效手段,也广泛应用于工程(结构)涂层。等离子喷涂的原理是：气体进入电极腔内,被电弧加热离化电子和离子的平衡混合物,形成等离子体,通过喷嘴时急剧膨胀形成亚音速或超音速的等离子流喷涂粉末颗粒被加热熔化,有时还与等离子体发生复杂的化学反应,随后被雾化成细小的熔滴,喷射到基体上,快速冷却,形成沉积层。等离子喷涂是集熔化雾化快淬固结等工艺于一体的粉末固结方法,形成的组织致密,晶粒细小。由于等离子束流的高温作用,等离子喷涂特别适合于喷涂难熔金属、陶瓷和复合材料涂层。目前,等离子喷涂技术方面取得的最重要的进步之一是在工业领域引进了三阴极喷涂系统,其技术核心是等离子喷枪3个阴极和由几个被绝缘的环体串联组成的喷嘴组成,只有离阴极相对远的最后一个环体作为阳极工作。与传统的大气等离子喷涂(APS)工艺相比,该系统能产生稳定的等离子喷射,有较高的沉积率和送粉率,且涂层的性能显著改善。微等离子喷涂工艺是在20世纪 90 年代由乌克兰帕顿焊接所开发的,该工艺具有层流等离子射流,功率低( 13kW),气体消耗量小( 3L/ min),噪音低(30db50db),基体受热低且喷点小( 5mm)的特点。利用该工艺可制备精确的涂层,特别适合喷涂小零件和薄壁零件。但等离子喷涂对材料表面的前处理要求十分严格,尤其是应用于大型钢铁构件的表面工程涂层时,前处理的成本与带来的污染往往成为该技术应用的障碍。此外,等离子喷涂对粉末工艺性能的特殊要求以及喷涂过程中高的粉末散失率,也是今后要解决的问题。3.2.2 等离子束表面淬火与合金共渗相变强化等离子表面淬火是应用等离子束将金属材料表面加热到相变点以上,随着材料自身的冷却,奥氏体转变成马氏体,在表面形成由超细化马氏体组成的硬化带,具有比常规淬火更高的表面硬度和强化效应。同时硬化层内残留有相当大的压应力,从而增加了表面的疲劳强度。利用这一特点对零件表面实施等离子淬火,则可以提高材料的耐磨性和抗疲劳性能。而且,由于等离子表面淬火速度快,进入工件内部的热量少,由此带来的热畸变小(畸变量为高频淬火的1/31/ 10)。因此,可以减少后道工序(矫正或磨制)的工作量,降低工件的制造成本。此外该工艺为自冷却方式,是一种清洁卫生的热处理方法。研究表明,利用等离子表面淬火对铸铁、碳钢、合金钢的典型零件的处理,都能显著提高其使用性能和延长使用寿命,如内燃机的气缸套和摇臂件、汽车挂车无芯滚道、喷塑机丝杠、工模具、机床导轨、换热器生产线的轧辊等零件,均取得了良好的应用效果。近年来在等离子表面淬火领域中取得了一些新的进展,其中较为突出的是对淬火用等离子束流截面功率密度分布的研究和在等离子束扫描淬火的同时进行多元共渗合金化。对高温高速摩擦磨损机制的研究表明,单纯的表面淬火所获得的铁碳马氏体在高温高速摩擦条件下,会产生瞬间表面微凸起接触点高温退火软化,加大摩擦系数,降低抗磨损性能与配副性能,导致了表面淬火后虽然硬度提高接近两倍,但耐磨损寿命却提高不到一倍的结果。然而合金马氏体却具有高的回火抗力,亦即具有高的红硬性,在表面瞬间摩擦高温下,接触点不发生软化,同时异类合金元素具有抗粘着磨损特性,可在增强自身耐磨性的同时,降低摩擦系数,提高配副性能,因此表面合金元素共渗加淬火强化是抗高温高速磨损及降低摩擦系数的最为合理有效的途径,而借助等离子束流快速扫描同时完成表面合金元素的渗入与淬火,是这类摩擦副零件微变形优质高效低成本表面强化的有价值的实用技术,该技术已在内燃机气缸套中大面积推广使用,收到了很好的效果。3.2.3 等离子束熔覆(等离子表面冶金)等离子束熔覆技术是采用等离子束为热源,在金属表面获得优异的耐磨、耐蚀、耐热、耐冲击等性能的表面复合层技术。其基本原理是；在按照程序轨迹运行的DC2Plasma2 Jet等离子束流的高温下,金属零件表面快速依次形成与弧斑直径尺寸相近的熔池,将合金或陶瓷粉末同步送入弧柱或熔池中,粉末经快速加热,呈熔化或半熔化状态与熔池金属混合扩散反应,随着等离子弧柱的移动,合金熔池迅速凝固,形成与基体呈冶金结合的涂层。目前等离子束熔覆大多采用喷涂用Ni基、Co基和Fe基自熔合金粉末。向自熔合金中添加 WC、TiC等陶瓷相及陶瓷相形成元素,可形成陶瓷复合涂层或梯度涂层。热喷涂粉末结晶温度区间大,应用于等离子束熔覆时,涂层气孔和裂纹倾向较大。等离子熔覆属于一种表面快速冶金过程,可得到符合相图的各种合金,也可得到远离平衡的超合金。因而开发等离子束熔覆专用材料将是等离子熔覆研究的重要方向之一。等离子束熔覆是一种快速非平衡凝固过程,同时具有过饱和固溶强化、组织强化、弥散强化和沉淀强化等不可忽视的作用。与激光熔覆、电子束熔覆相比,等离子束熔覆是一种优质、高效、低成本的表面熔覆技术。负压等离子束熔覆复合新材料强化技术标志着在这一领域中的领先水平,已成功地应用于煤矿采掘运输设备中。3.2.4 微等离子体氧化微等离子体氧化又称等离子体增强微弧氧化,是一种直接在有色金属表面原位生长陶瓷氧化膜的方法,其基本原理是将Al、Ti、Mg等金属或其合金置于电解质水溶液中,利用电化学方法,使材料表面产生火花放电斑点,在等离子体化学、 热化学和电化学的共同作用下生成陶瓷膜层的阳极氧化方法。在微等离子体氧化过程的初始阶段,与传统阳极氧化类似,生成一层具有电绝缘特性的金属氧化膜,使电场强度达到能使电解质和氧离子离化、放电的数值。在此强电场作用下,电解质离子和氧离子进行碰撞、离化、气化,电子通过隧道效应穿过氧化物禁带,而后在导带被加速导致覆层被击穿,产生等离子体放电。氧离子、电解质离子与基体金属强烈结合,在放电产生的极高温度下,在基体表面进行熔覆、烧结,形成具有陶瓷结构的膜层。利用微等离子体技术生长出的致密的氧化物陶瓷薄膜厚度可达几百微米,与基体的结合力强,尺寸变化小,且耐磨损、耐腐蚀、耐热冲击,在某些方面可以替代陶瓷喷涂技术。微等离子体氧化也有其自身的缺点：由于反应速度没有得到有效的控制,制备出的陶瓷膜层的均匀性、结构稳定性差；由于能量过分集中而产生基体烧蚀等现象；处理过程中能耗过大且工艺成本高,在一定程度上限制了其广泛应用。4 等离子体表面技术的应用4.1 低温等离子体对金属生物材料表面改性的应用低温等离子体对金属生物材料表面改性的应用主要可以分为:改善生物相容性,固定生物活性大分子和提高金属的抗生理腐蚀性能3大类。4.1.1 改善生物相容性当把金属材料植入生物体内时,必须满足生物相容性的要求。生物相容性是指材料与血液和组织相互适应的程度。在金属生物材料表面接枝聚合亲水性的功能团改善材料表面性能是目前最受重视的金属生物材料表面改性方法,主要应用于提高材料的生物相容性和对活体细胞的生长诱导性,使其具有更优良的生物活性。主要的手段有在金属基体上接枝无机物和在金属基体上接枝有机高分子。4.1.2 固定生物活性大分子金属材料表面改性的生物化学方法是近年发展起来的一类较新的技术。这基于将具有生物活性的物质直接附着于改性后金属基体上的设想,将大分子蛋白质或酶等有机高分子物质引入基体表面,使其具有更优良的生物活性,因而具有更直接、更有效的特点。4.1.3 提高金属抗生理腐蚀性能生物体内的金属材料一旦发生腐蚀,溶解的金属离子所生成的腐蚀产物就会对人体产生恶劣影响,因此,必须控制其腐蚀的发生。研究表明川,金属材料本身对人体不会产生变态反应及致癌,但因腐蚀而溶解出的金属离子或溶解的离子以金属盐的形式与生物体分子结合或磨屑粉的形态会对人体构成危害。此外,人体内金属材料的破裂通常是由疲劳、摩擦疲劳引发,但这2项因素并非单纯,事实上是由腐蚀疲劳引发,与腐蚀有密切关系。为了防止人体内金属材料的毒性,提高其安全使用性及延长其使用寿命,在生物体环境中,对金属材料腐蚀性能的研究就显得极为重要。目前临床上常用的医用不锈钢大部分都含有镍元素(如医用316L 不锈钢中含镍为10% 14%)。镍元素是一种潜在的致敏因子,镍离子在人体内由于腐蚀或磨损析出和富集可以诱发毒性效应,发生细胞破坏和发炎反应。同样,用钻基合金中的Co、Ni元素也存在着严重致敏性等问题。而医用钛合金中的V 和 Al对生物体也具有一定危害。这些问题的存在使金属生物材料的应用受到了一定限制。金属生物材料直接接触人体组织,为了使植入体内的材料充分发挥其功能,可通过等离子体对其进行表面改性,例如,在不锈钢表面通过低温等离子体接枝一层聚合物膜,或喷涂一层类金刚石薄膜,在钴基合金和钛合金表面用等离子体接枝制备的TiO2薄膜可以有效防止镍离子的析出提高其抗腐蚀性能降低由于磨蚀产物离子析出对植入体周围组织产生的不良反应,大大提高生物植入材料长期使用的安全性。4.2 等离子体表面改性技术在医用高分子领域的应用4.2.1 等离子体直接处理直接的等离子体表面处理是将材料暴露于非聚合性气体(如: 氩、氮、氧等)中，利用等离子体中的能量粒子和活性物种与材料的表面发生反应, 使其表面产生特定的官能团，引起高分子材料结构的变化而对高分子材料进行表面改性。4.2.2 等离子体聚合等离子体聚合是将高分子材料暴露于聚合性气体中，表面沉积一层较薄的聚合物膜。等离子体聚合与常规的聚合方法相比较, 具有以下特点：(1) 等离子体聚合并不是严格地要求单体具有不饱和单元或两种以上官能团, 从而将单体的种类拓宽至乙二胺等多种有机物 ；(2) 等离子体聚合物膜为无针孔的薄膜, 具有高度交联的网状结构,对基体的粘着性很好。这种聚合膜的化学稳定性、热稳定性及机械强度良好 ； (3) 等离子体聚合物膜的交联度以及物理、化学特性可以通过控制聚合参数而加以控制；(4) 聚合过程中不用使用溶剂, 因此作为“干法”工艺技术运作起来方便、灵活。4.2.3 等离子体接枝聚合等离子体接枝聚合是先对高分子材料进行等离子体预处理，利用表面产生的活性自由基引发具有功能性的单体在材料表面进行接枝共聚。也就是说把等离子体作为一种能源对材料做短时间的照射，然后可以放置在适当温度下与单体进行热接枝，也可以进行紫外接枝。但热接枝往往需要高温，且反应时间较长。将等离子体与紫外光接枝相结合对医用高分子材料进行改性，可大大缩短反应时间，反应条件也较温和，成为近年等离子体表面技术发展的一个新方向。4.2.4 等离子体表面改性技术在医用高分子领域的作用(1) 提高抗凝血性能对于应用于临床的生物医用材料来说，材料的抗凝血性能十分重要，而对于植入体内与血液相接触的医用材料来说，其抗凝血性能更是至关重要，很多医用材料就是因为抗凝血性的不足，而限制了其在临床及生物医学领域的应用。从第一代血液相容性生物医用材料问世，至今已逾40年，但目前仍没有能完全符合临床要求的抗凝血医用材料。近些年来国内外的一些研究小组开始尝试利用等离子体技术对医用高分子材料表面进行改性，期望在保持材料原有的优异的力学机械性能的基础上，赋予材料良好的抗凝血性能。如采用等离子体表面磺酸化技术在高分子材料表面引入了磺酸基，从而提高了材料的抗凝血性能；利用等离子体技术实现肝素在医用高分子材料表面高活性的固定；将等离子体技术与紫外接枝联用，在医用高分子材料表面固定具有抗凝血性能的生物大分子。(2) 改善细胞亲和性随着高分子科学的迅速发展，人们逐渐将高分子材料用来修复人体的器官或组织。三维可降解组织工程支架的研究是目前生物材料研究的热点之一,但是目前所使用的大多数组织工程医用高分子材料属于生物“惰性”材料，不能为种子细胞的附着和生长提供良好的生物界面。为了使材料具有良好的细胞亲和性, 需对材料进行表面改性。与其它表面改性方法相比，等离子体法既能较容易地在材料表面引入特定的官能团或其它高分子链,还可避免因加工而使支架材料表面改性效果降低或丧失的优点。国内外曾有多个课题组研究了不同气体等离子体对医用高分子材料表面细胞亲和性的影响。实验表明， 各种含氮等离子体 （气态酰胺,胺基化合物及氨气）处理后，能在材料表面引入氨基，促进了细胞的粘附和生长，同时材料表面氨基的数量和密度对于细胞的粘附有重要影响。但是简单的等离子体表面处理只能在短时间内赋予材料一定的细胞相容性，由于等离子体处理效果的时效性， 在材料表面引入的功能基团会逐渐向表面内运动和翻转。为了获得持久的表面改性效果，大多采用等离子体聚合和等离子体接枝对医用高分子材料进行表面修饰。此外近来也有课题组采用等离子体化学气相沉积对医用高分子材料进行表面修饰以提高材料的细胞亲和性。(3) 增强抗菌性随着生物医学的飞速发展，每年都有大量的人工器官或部件植入人体,但半数以上的植入物有感染,死亡率在50%60%。 特别是人工瓣膜心内膜炎， 对于瓣膜置换的病人往往是一个灾难性的后果。以往预防生物材料感染为中心的研究集中于细菌污染、 细菌的毒力、 侵入途径、病人的抵抗力等方面。近来一些研究表明，引起这种感染的初始动因就是细菌粘附在材料表面。表皮葡萄球菌是最常见和最严重的人工心脏瓣膜感染致病菌。研究人员发现以氩等离子体对医用硅橡胶反复进行处理，可明显降低细菌的粘附和生长。西南交通大学黄楠等人在不同工作条件下，使用乙炔对人工心瓣膜用聚对苯二甲酸乙二醇酯进行等离子体浸没离子束沉积，提高材料表面的亲水性,对改性后的材料，做细菌的动态粘附实验,结果表明其抗细菌粘附能力有显著的提高。 (4) 形成阻隔膜大量实验表明聚合物中的增塑剂、填充剂、抗氧化剂、引发剂和残余单体会对人体造成危害。采用等离子体聚合或等离子体接枝可在医用高分子表面形成一层阻隔膜，从而降低有害物质的渗透性，阻止聚合物中低分子量添加剂的泄漏。国外一些研究者以此制备出抗渗漏型生物材料，通过等离子体聚合膜成功地降低了二辛酞酸酯(增塑剂) 从聚氯乙烯中渗到血液中的量，采用四甲基二硅氧烷等离子体聚合物镀膜也可阻止聚氯乙烯管的浸出物。通过等离子体聚合在高分子微胶囊表面形成阻隔膜，以形成的聚合膜作为一道限速屏障，可以控制药物释放速度。相当于在微胶囊表面加上一件外衣，但不会影响材料本身的性能。(5) 等离子体灭菌现代医疗卫生在为人类健康做出贡献的同时,也因致病微生物在公众场所的集中性、易传播性为人类带来了一定的隐患。在对抗病菌的战斗中,杀菌消毒方法始终是一个重要研究内容。低温等离子体杀菌消毒技术有一定的特点: 与高压蒸汽灭菌、干热灭菌相比,灭菌时间短；与化学灭菌相比, 操作温度低；能够广泛应用于多种材料和物品的灭菌；产生的各种活性粒子能够在数毫秒内消失,所以无需通风,不会对操作人员构成伤害,安全可靠。当然，等离子体方法所导致的材料表面化学性质的变化也使得该方法具有一定的复杂性。通过等离子体照射医用高分子材料, 往往可以将材料的前期处理和杀菌消毒一步实现, 为人工脏器移植、组织材料培养提供了新的方案。 4.3 等离子表面改性技术在工业上的应用 4.3.1 等离子多元渗硼 用高能等离子束在常压下快扫描涂敷多元渗硼膏剂的钢管内表面,可实现多元渗硼及自激冷淬火,获得多元渗硼 淬火复合硬化层。检测结果表明,硬化层具有较高的硬度及合理 的硬度梯度,耐磨性及 耐蚀性有显著提高。 4.3.2 等离子渗氮 该工艺在模具上的应用已很普遍,如钢压铸模、钢压延模、钢冷挤压模、钢热锻模经离子渗氮处理后的寿命一般可提高24倍。 4.3.3 等离子渗碳 该工艺是目前渗碳领域中较先进的工艺技术,是快速、优质、低能耗及无污染的新工艺。等离子渗碳具有高浓度渗碳、高渗层渗碳以及对于烧结件和不锈件钢等进行渗碳的能力。渗碳速度快,渗层碳浓度和深度容易控制,渗层致密性好。渗剂的渗碳效率高,渗碳件表面不产生脱碳层,无晶界氧化,表面清洁光亮,畸变小。处理后的工件耐磨性和疲劳强度均比常规渗碳高。 4.3.4 等离子渗金属 在低真空下,利用辉光放电即低温等离子轰击的方法,可使工件表面渗人金属元素。如渗 AI、Mo、W、Ti等,还可以进行多种元素的复合渗和表面合金化处理,可获得更好的表面性能。如10钢等离子渗后再渗W的34倍,耐蚀性是只渗的一倍碳素钢经等离子渗后再,表面硬度达1600HV左右。 4.3.5 等离子束气缸内壁硬化处理 利用高能量密度的等离子束对原来无法进行常规处理的内燃机气缸内壁进行超快速加热熔凝淬火,形成细密的白口及马氏体高硬度组织,大幅度提高气缸内壁的耐磨性。原机械部规定,未经处理的成品,优等品缸套台架试验寿命为5kh,而经过等离子内表面硬化的缸套寿命高达9kh。4.4 低温等离子体表面改性在高性能纤维的应用纤维增强复合材料的应用在当今社会有着十分广阔