表面化学处理方法十篇

表面化学处理方法篇1

（河北志诚建设有限公司 河北 邯郸 056000）

【摘 要】本文介绍了各种钛合金胶接表面处理方法及其表面分析技术，评述了各种表面处理方法对胶接耐久性的贡献。?

关键词 钛合金；表面处理

Titanium bonding surface treatment methods and surface analysis techniques comparative study

Li Yong-mei

（Hebei Zhicheng Construction Co.， Ltd Handan Hebei 056000）

【Abstract】This article describes the various titanium bonding surface treatment methods and surface analysis techniques， review the contribution of various surface treatments on bonding durability.

【Key words】Surface treatment；Titanium

1. 前言

（1）由于钛合金具有比强度高、耐温性好、抗腐蚀性好，特别是与炭纤维复合材料等有良好的电化学相容性和相近的热膨胀系数等特点，钛合金与钛合金、钛合金与复合材料胶接结构广泛应用于航空航天领域［1］。?

（2）胶接结构中，胶接接头的强度及耐久性至关重要，被粘材料的表面性质又直接影响胶接接头的性能，因此被粘材料表面处理的研究就显得尤为重要。研究表面处理对表面物质的影响、处理后表面的稳定性、鉴别污染物、界面间相互作用等胶接现象及胶接破坏后的断面分析是研究胶接表面的重要步骤［2］。本文介绍了钛合金胶接表面处理方法和表面分析技术，并对各种表面处理方法的胶接耐久性进行了比较。

2. 钛合金表面处理方法

目前，用于钛合金胶接表面处理的方法主要包括：机械方法、化学方法、电化学方法和物理方法等。?

2.1 机械方法。

机械方法一般包括打磨和喷砂两种方法。这两种方法由于胶接强度高、操作简单而广泛应用于工业生产。此类方法产生宏观粗糙表面，高温耐久性较好，但湿热耐久性较差。如Clearfield［3］等人用楔子试验证实了喷砂处理的TC4／FM-300M胶接件450℃真空热老化优于铬酸阳极氧化（Chromic Acid Anodize，CAA），但湿热耐久性较差。?

2.2 化学蚀刻方法。?

（1）化学方法是指在常温或加热条件下采用各种腐蚀液蚀刻钛合金表面的方法。此方法一般包括酸蚀法、碱蚀法和无机盐蚀刻法。?

（2）酸蚀法与磷酸盐氟化物（Phosphate-Fluoride，PF）或改性磷酸盐氟化物（Modified Phosphate-Fluor-ide，MPF）无机盐蚀刻法处理钛合金表面的剥离强度和搭接剪切强度相当，但此法耐久性较差，且易发生析氢腐蚀［2］。Mahoon［4］研究了一种碱性过氧化物蚀刻法减少了钛合金的析氢腐蚀，所产生的金红石型氧化层具有胶接强度高且在200℃稳定的特点。?

（3）一些无机盐化学处理方法作为产品已应用于工业生产。Paul D．Miller［5-6］等人使用PF处理钛合金表面得到锐钛型氧化膜。Filbey J.A.［7］用TURCO5578蚀刻表面产生约17.5nm厚，比PF处理的表面更粗糙、耐久性更好的氧化层。DapCotreat［2］蚀刻钛表面产生6nm薄氧化层，胶接接头耐久强度优于PF和MPF（60℃，100％RH，800天楔子试验）。VAST（Vought Abrasive Surface Treatment）方法［2，8］使用含2％氟硅酸的氧化铝泥浆高压喷涂钛合金表面后用5％硝酸浸泡，处理后钛合金耐久性强度比TURCO5578略低，比PF稍高。Pasa Jell［3，8］处理钛表面产生5～7nm锐钛型氧化层，相同压力耐久性试验中湿法打磨／Pasa Jell甚至优于CAA。?

（4）化学处理方法蚀刻钛表面除去弱界面层，产生十到数百纳米厚度的坚固稳定氧化层。氧化层宏观粗糙度较多。微观粗糙度很少，耐久性优于机械方法，稍差于电化学方法。?

2.3 电化学处理方法。?

（1）自1973年波音公司发明了钛合金铬酸阳极化工艺以来，电化学方法处理钛合金胶接表面的研究得到了迅速发展。?

（2）铬酸阳极化在5％铬酸、少量含氟添加剂的槽液中进行，由于处理后的钛合金表面具有优良的耐湿热老化性能，得到广大研究者们的青睐。Melvin C．Locke和Yokimori Moji［9，10］用CAA处理的钛合金表面氧化层有明显的微观粗糙度（峰到谷2.1μm），厚度40～80nm，具有栏状层细胞结构和凸形纤维结构增加机械互锁，提高了耐久性。虽然CAA处理的表面较其他方法处理的表面有更好的湿热耐久性，但铬酸毒性较强，此种方法不宜推广［2，3，7～13］。其他酸性阳极氧化如铬酸一硫酸、重铬酸钠一硫酸、磷酸、甲酸等虽然可以产生有一定胶接强度的氧化层，但表面微观粗糙度很小，初始扭剪强度很低，长期耐久性较差［2］。?

（3）氢氧化钠阳极化（Sodium Hydroxide Anodize，SHA）和过氧化物氢氧化钠阳极化处理的钛合金具有高胶接强度和在湿热和应力条件下良好的耐久性。C．Ingram［4］采用SHA处理的表面氧化层非晶、多孔（孔直径4～5nm）、有明显微观粗糙度，与聚醚酮醚酮酮（PEKEKK）胶接拉伸强度最高可达134.2MPa。在湿热和应力条件下的耐久性试验中，SHA耐久性等同或优于CAA［2，3，14］。?

（4）C．Matz［15］使用氢氧化钠，酒石酸纳，乙二胺四乙酸和硅酸钠（NaTESi）阳极化产生了多孔、微观粗糙的表面，并证明这种表面处理对金属析氢腐蚀很低（<6.5*10-3g／L）。胶接接头在改性楔子试验和湿态剥离试验中均显示出良好的耐久性。王晓蔚［16，17］用NaTESi处理的钛合金在55℃，95％RH湿热环境中老化40天，胶接强度保持率大于65％，高于SHA处理的结果。徐修成［18］等人用湿热条件下的楔子试验证明此方法耐久性较好。王嘉陵［19］用此方法处理TC4得到剪切强度较高的均匀黄褐色氧化膜。Na-TESi方法处理的钛合金表面属微观粗糙表面，润湿性好，耐久性佳且不含有毒有害物质，适宜广泛应用。 ?

（5）阴极沉积氧化铝（Cathodically Deposited Alu-minium Oxide，CDAl）产生的金属氧化物具有良好的润湿性和湿热条件下的耐久性，胶接强度和耐久性均优于VAST和TURC0 5578［8］。?

（6）电化学表面处理中，阳极氧化的应用较为普遍。阳极氧化产生的多孑L性氧化层明显增加了胶黏剂与被粘表面的亚微观机械互锁，改变了表面成分和物化性质，从而显著提高了被粘件在湿热条件下的耐久性。?

2.4 物理方法。?

（1）物理方法污染小，使用方便，近年来研究者尝试用此方法提高钛合金胶接性能。?

（2）等离子体喷涂（Plasma Sprays，PS）具有对表面污染物无敏感性，适用期长，易修补等优点，但仪器费用较高。PS处理的表面是微观粗糙结构，表面粗糙度为4.4μm。PS胶接件在400℃/24h的耐久性与SHA相似，优于CAA。95～100℃去离子水中楔子试验结果与CAA，SHA几乎相等［3，20］。?

（3）Ramani［21］研究结果显示硅溅射（Silane Sputtering，SS）比PS处理的胶接件具有更好的湿热耐久性。SS表面的Si与胶黏剂相互作用有效阻止了水气浸蚀胶接界面，从而提高了胶接耐久性。研究表明，SS胶接件的耐久性与溅射厚度有关，润湿性与溅射厚度无关。?

（4）Broad［22］报道，使用汽巴激光处理（Ciba Laserpretreatment，CLP）的胶接件耐久性达到湿热环境下1400天没有破坏。Ingram C［23］使用准分子激光处理增加表面粗糙度并形成薄氧化层，与CAA胶接件的单搭接剪切强度相当。P.Molitor［24，25］等人用不同准分子激光（KrF，ArF，XeCl）研究处理后表面的力学性能和润湿性，证明此种处理具有时效性，并用70℃水浸泡钛合金与复合材料胶接件28天，胶接强度只降低2％。?

2.5 其他方法。?

（1）除以上方法外。其他表面处理方法也可用于提高钛合金胶接强度和耐久性。溶胶/凝胶法（Sol/gel）基于混合有机/无机涂层在钛合金/胶黏剂间产生梯度的原理，通过共价键降低胶接中对酸碱作用和氢键结合作用的依赖，增加湿热环境下的胶接耐久性［26］。底胶可保护前处理产生的亲水性表面，增加表面润湿性及防止胶黏剂逃逸而锁住多孔表面的孔隙，甚至能与被粘件和胶黏剂形成化学键，在水或水蒸气存在的条件下提高胶接耐久性［27，28］。?

（2）很多情况下单一的表面处理方法并不能满足应用要求，多种方法相结合会达到更好的胶接效果。如喷砂加底胶，喷砂加碱性／酸性蚀刻，LHPJ喷砂加氢氧化钠阳极氧化，硅溅射加阳极氧化等具有单一表面处理方法不具备的优势。

3. 表面分析技术

表面分析技术是指使用各种表面分析手段研究处理后钛合金表面形貌、接触角、氧化层厚度和化学成分，判断它们对胶接强度、耐久性能的影响。?

3.1 表面润湿性。?

（1）表面处理主要目的之一就是提高胶黏剂对被粘试件表面的润湿性。目前，普遍采用接触角、表面能和黏附功来评价被粘表面润湿性的优劣。表面能通过GGFY方程［25］计算：?

（2）一种胶黏剂胶接多种被粘物时，γL不变，θls越小，固体表面能越高，越易于胶接。接触角可判断表面处理的时效性，如Jennifer A.用接触角测试处理后大气污染时间对表面的影响：实验室环境中P/F，TUR-CO，CAA接触角由O。变为10。的时间分别为12，31，72h［7］。?

3.2 表面形貌。?

（1）表面粗糙度对胶接体系影响较大，通过分析钛表面处理后的表面形貌及胶接破坏后的表面形貌，研究表面处理对钛合金胶接性能的影响。?

（2）表面粗糙度有宏观和微观之分，二者均能增大表面积，增加机械互锁，提高胶接强度，但通常后者比前者耐久性更好。这是因为粗糙度较大的微观粗糙表面比宏观粗糙表面更能够抵抗裂纹扩展［13］。?

（3）常用扫描电子显微电镜（SEM）测量表面形貌，轮廓仪也能测量表面的相对粗糙度（微米范围）。Jennifer A［7］使用轮廓仪测量处理后的TC4表面粗糙度中TURC0表面粗糙度最大。

3.3 氧化膜厚度测试方法。?

（1）测量氧化膜厚度用于研究氧化膜厚度对钛合金胶接强度和耐久性的影响。轮廓仪可测量多孔氧化膜厚度，透射电镜（TEM）测量氧化膜多孔部分。氧化膜致密层和多孑L层相对厚度的更多信息可用次级离子分光质谱（SIMS）测量，SIMS通过剖析溅射坑测量氧化膜的几何厚度［13］。?

（2）H.M.Clearfield［29］用X射线光电子能谱.和扫描金相微探针（SAM）分析330℃老化165h后CAA处理的表面氧化层厚度没有变化，而SHA处理的氧化层厚度增加，这可能是SHA高温耐久性优于CAA的原因。?

3.4 表面成分研究方法。?

（1）研究表面成分是研究处理后钛合金表面的化学组成，氧化物晶型，结晶度，探讨它们对胶接强度和耐久性能的影响，推断表面处理反应机理。?

（2）表面成分可通过SIMS，XPS，俄歇电子能谱（AES），出现电势谱（APS），X射线衍射（XRD）等方法进行分析。表面处理方法不同会形成不同的氧化层，如阳极氧化方法产生非晶态氧化层，碱性过氧化氢蚀刻法产生金红石型氧化层，PF产生锐钛型氧化层，不同氧化层对钛合金胶接强度和胶接耐久性产生不同影响。另外，表面处理会不可避免地引入杂质离子，不同杂质离子对钛合金氧化层胶接强度和耐久性产生不同的影响。Natan［30］用AES发现CAA处理后的氧化层／金属界面中氟浓度增加，导致胶接破坏发生在多孔结构的基部。对SHA，CPA，NaTESi阳极氧化处理的试件老化断口的Cls光电子峰做计算机解析处理，徐修成［18］发现CPA，NaTESi试件断口处有少量的羰基，酯基，还有较多的醚键，这些胶黏剂成分中的基团可能与阳极化处理后的钛合金表面形成化学结合，从而提高接头的耐湿热性能。Jennifer A［7］使用SEM和XPS分析CAA处理的多孔表面，认为孔形成的机理为表层界面的局部加热伴随选择性溶解使表面形成微孔，阳极氧化前酸蚀过程使表面具有高浓度氟导致微孑L的初始形成。钛合金氧化层的形成机理已有研究，但钛合金在不同种表面处理方法的具体反应过程还需进一步证实。

4. 结论

（1）各种钛合金表面处理方法均能通过增加钛合金表面粗糙度而达到提高胶接强度的目的，但对胶接耐久性的贡献相差较大。相对于机械方法和化学方法，电化学方法在湿热环境下胶接耐久性较好。电化学方法中尤以铬酸阳极化和氢氧化钠阳极化的耐久性突出，但铬酸毒性大，以氢氧化钠为基础的阳极氧化的发展应为重点。物理方法污染小，操作方便，且一些物理方法的胶接耐久性达到了电化学法水平，目前虽处于研究阶段，但前景看好。?

（2）表面润湿性、表面形貌、表面组成及厚度等表面分析技术在钛合金表面处理研究中起到重要作用，是探讨各种表面处理方法对胶接强度和耐久性影响的重要手段。随着表面分析技术的不断发展，将有助于分析表面特性对胶接性能的影响。

参考文献

［1］ 张招贤.钛电极工学［M］．北京：冶金工业出版社，2003．6～7.

［2］ CRITCHLOW G W，BREWIS D M．Review of surface pretreatment for titanium alloys［J］．Int J Adhes Adhes，1995，15：161～172.

［3］ CLEARFIELD H M，SHAFFER D K，VANDOREN S L，et a1．Surface preparation of Ti 6AI.r4V for high-temperature adhesive bonding［J］．Adhes，1989，29（1～4）：81～102.

［4］ MAHOON A．Durability of structural adhesives［M］．London：Applied science Publishers，1983．255.

［5］ MILLER P D，RICHARD JEFFERYS A.Method of coating titanium articles and product thereof［P］.United States Patent：2，864，732，1958.

［6］ 徐修成．航空用钛合金的胶接［J］．粘合剂，1988，（4）：32～34.

［7］ FILBEY J A，WIGHTMAN J P.Factors affecting the surabilityof Ti-6AI-4V／epoxy bonds［J］.Adhes，1989，28（1）：21～22.

［8］ MOLITOR P，BARRON V，YOUNG T．Surface treatment of titanium for adhesive bonding to polymer composites：a review［J］.Int J Adhes Adhes，2001，21：129～136.

［9］ LOCKE M C。JOSEPH MARCEAN A，HARRIMAN K M．Chro-mic acidfluoride anodizing surface treatment for titanium［P］．U-nited States Patent：4，473，446，1984-09-25.

［10］ YOKIMORI M，BAINBRIDGE I．Method of anodizing titaniumto promote adhesion［P］．United States Patent：3，959，091，1976-05-25.

［11］ 张果金.等．钛合金阳极氧化膜的生长规律［J］.南京化工大学学报，2000，22（5）：86～87.

［12］ 焦洁清.钛合金胶接前表面制备方法初探［J］.航空工艺技术，1989，22：25～28.

［13］ ZWILLING V，DARQUE-CERETTI E，BOUTRY-FORVEILLE A，et a1．Structure and physicochemistry of anodic oxide films on titanium and TA6V alloy［J］.Surf Interface Anal，1999，27：629～637.

［14］ ]INGRAM C，RAMANI K．The effect of sodium hydroxide anodization on the durability of polyadhesive bonding of titanium［J］.Int J Adhesion and Adhesive，1997。17：39～45.

［15］ MATZ C.Optimization of the durability of structural titaniumadhesive joints［J］.Int J Adhes Adhes，1988，8（1）：17～24.

［16］ 王晓蔚.钛合金胶接及表面处理［J］.航空制造工程，1996，（2）：17～19.

［17］ 王晓蔚.用于钛合金胶接的碱性阳极化处理方法的研究［J］.北京航窄航天大学学报，1997，23（4）：521～524.

［18］ 徐修成等．碱性阳极化处理对钛合金/环氧胶接接头耐久性的影响［J］.航空工艺技术，1996，（4）：8～11.

［19］ 王嘉陵．钛合金胶接件表面技术研究［J］．胶接，2005，26（1）.

［20］ LEAHY W，YOUNG T，BUGGY M，et a1．A study of environmentallyfriendly titanium pretreatments for adhesive bonding toa thermoplastic composite［J］．Materialwissenschaft und Werk-stofftechnik，2003，34：415～420.

［21］ RAMANI K，WILLIAM J W，KUMAR G．Silicon sputteringas a surface treatment to titanium alloy for bonding with PEKEKK［J］．Int J Adhes Adhes，1998，（18）：401～412.

［22］ BROAD R，FRENCH J，SAUER J．CLP new，effective，ecological surface pretreatment for highly durable adhesively bondedmetal joints［J］.Int J Adhes Adhes，1999，19（2～3）：193～198.

［23］ INGRAM C，RAMANI K．The effect of sodium hydroxide anodization on the durability of poly（etherketonetherketoneke tone）adhesive bonding of titanium［J］．Int J Adhes Adhesives，1997，17（1）：39～45.

［24］ MOLITOR P，YOUNG T．Adhesives bonding of a titanium alloyto a glass fibre reinforced composite material FJl．Int J AdhesAdhes，2002，22（2）：101～107.

［25］ MOLITOR P，YOUNG T.Investigations into the use of excimer laser irradiation as a titanium alloy surface treatment in ametal to composite adhesive bond［J］.Int J Adhes Adhes，2003，24：127～134.

［26］ ARNOLD J R，SANDERS C D.BELLEVOU D L，et a1.Proceedings of the 29th international SAMPE technical conference［C］.Covina，Calif：Society for the Advancement of Material andProcess Engineering，1997.345.

［27］ FILBEY J A，WIGHTMAN J P．Metal alkoxide primers in titanium／epoxy bonding［J］．Adhesion，1989，28：23～39.

［28］ 王晓蔚改善钛合金胶接表面的底胶［J］.宇航材料工艺.1996，（5）：11～15.

表面化学处理方法篇2

近年来，电子工业飞速发展，越来越能满足高密度封装及小型化发展的需求。与之相应，印制电路工业界也必须面对日益迫近的更为精细线路，及线间距高密度印制电路板的制造任务。

为了避免生产率的剧烈下滑，印制电路板制造商不得不再次对其整个生产工艺流程，从每个工步入手，对细节处进行逐次检查。

众所周知，对于印制电路板制造来说，很关键的一步是：铜箔表面抗蚀材料（干膜、液态抗蚀剂、阻焊膜）的运用。

对于印制电路板制造之抗蚀材料运用来说，未经任何处理的铜箔表面，是不能提供其所需的足够的粘接点的。需要通过表面清洁及预处理，除去铜箔表面所有的污染物，并创建出一个适合粘接的粗糙表面。

为此，对于更薄内层单片覆铜箔材料的使用、设计所需更精细线路及线间距制造的要求，以及随之而来的对高品质铜箔表面处理需求，极大的促进了这一领域的传统研究及新手段的探索。

传统覆铜箔层压板材料需要对其外貌（表面）进行改变，通常是除去所有污染物和外来杂质元素，以实现清洁表面的目的。

二、铜箔表面

传统的铜箔大多采用电解的方式，在一个不断旋转的不锈钢滚筒阴极上获取，也即电解铜箔。

随后，通常会经过进一步的化学处理，俗称防氧化处理。类似于采用铬酸盐来抵抗腐蚀，涂锌于铜箔面，用来保护铜箔经受住高温层压条件的严峻考验。

此外，“防氧化”处理，还能保证覆铜箔层压板材料有较长的货架寿命。

下图1展示的是扫描电子显微镜拍摄的铜箔表面结构形态示意。

对于抗蚀材料（干膜、阻焊膜或其他）来说，粗糙的表面可以提供一个更好的粘接效果。这是因为，一个优良的表面，应当展示出一致性的锐利峰和谷的结构形态，在此结构形态的表面，方能实现涂覆层的机械性锚接。

而传统覆铜箔层压板材料的原始铜表面，不具备上述提及的一致性形态结构，因此，针对可利用的任何涂层，提供不出一个足够锚接力的表面形态。

最后，无数经验证明：传统覆铜箔层压板材料的原始铜表面，对于抗蚀材料获得优异粘接来说未经任何处理，显然是不适合的。

至于有效粘接的必备条件，应该是拥有一个高低错落的形态结构，且必须具有较高的洁净程度。

三、铜表面的清洁和预处理方法

3.1研磨刷清洁处理

3.1.1概述

作为最早和很常用的清洁方法，研磨刷清洁处理已被使用许多年了。该方法是采用带有研磨颗粒的无纺尼龙纤维组成的紧密刷辊，通过专门设计制造的刷板设备，对需处理覆铜箔层压板铜表面进行处理。

下面给出了两张研磨刷辊示意图。其中，图2展示的是浸渍研磨颗粒的硬毛刷，图3展示的则是Scotch抛光刷。

该技术被广泛用以对覆铜箔层压板铜表面进行清洁处理。

至于抛刷的目标，是借助研磨颗粒在材料表面的切线运动，通过机械摩擦和粗化铜箔表面，在同一时间内，除去任何可能附着的污染物。

如图4所示，并不是擦痕密度越高，抗蚀材料的粘接性能越好。

因为，当贴干膜操作时，铜箔表面的擦痕可能会造成桥状空隙，而且，在历经干膜曝光和显影处理后，此类沟道空隙依然存在。

对于多层印制板的内层图形制作来说，在图形转移后，将进行酸性蚀刻操作。由于上述桥状空隙的存在，蚀刻溶液可能会蔓延渗入其中，从而造成线宽的不规则改变，严重时甚至会造成线断缺陷。此情况的结果，将会使线宽控制无规律，精细线路开路。

相似的问题还会出现在多层印制板的外层图形电镀制作中：在此过程中，电镀溶液会潜入干膜下部，造成渗镀问题的出现，最终会导致线宽增宽，线间距无规则变化，严重时会导致精细间隙桥连短路。

关于表面元素组成，我们能断定含研磨颗粒的辊刷具有侵略性的作用，一定能除去大部分的铜箔表面污染物和外来元素。

然而，现今的组成印制线路的导体部分和介质部分，大部分是相互平行布设的。而且，其线宽和线间距大小，几乎与前述提及的单向性擦痕数量级相当。

因此，此种高密度印制电路制造需求，迅速导致研磨刷清洁方法的荒废，大大降低了其运用普遍性。

此外，硬研磨刷不能被用来对内层薄单片进行清洁处理，否则会使薄单片遭受不可接受的延长变形和可能导致板材损坏。

图5展示的是，经过研磨刷处理和显影蚀刻或电镀制程的粗糙形态图示意。

使用研磨刷处理的另外一个不足是，该表面清洁处理法，有可能破坏金属化孔的孔口部分。此问题的出现是由于研磨刷本身的结构，加之金属化孔线路上部所经受的强机械作用所致。

另外，由图6可见，该不足问题的出现，会造成金属化孔的拐角裂缝，由此导致印制板成品的质量问题和可靠性降低。

正如前面所述，研磨刷清洁处理所造成的铜箔表面擦划是单向性的，因此，对于印制线路图形制造、精细线路精确度的实现，将大大依赖于铜箔表面擦划的方向。

3.1.2特点

（1）外来颗粒可能被包埋于铜箔之下（“犁”作用）；

(2)存在铜箔表面和多层板内层金属化孔孔壁间的连接破裂危险，随着电镀铜层厚度减薄的趋势，此种连接破裂危险将越发严峻；

(3)磨刷压力控制很关键，而且受操作者控制的敏感性很大；

(4）磨刷的磨损往往是非一致性的发生，从而导致磨刷压力的不均匀性运用；

(5)对于薄层压板材料的磨刷处理，不造成材料的损坏是非常关键且值得广为关注的问题；

(6)磨刷所造成的拐角折断，可能会导致短路情况的发生。

3.2化学清洁处理

3.2.1概述

当关注到薄型材料表面擦划、材料延伸和损坏时，化学清洁处理总是研磨刷清洁处理的不二替代方法。

首先，铜表面先经除油处理，以除去有机沾污，例如油脂和手指印渍，或类似于防氧化处理层的铬酸盐。随后，将运用微蚀刻处理，以除去铜层表面的氧化物，并同时提供一个微粗化的铜表面。

图7展示的是：优良的微蚀刻处理铜表面和改善铜表面结构形态，提供一个有效粘接的足够粗糙形态。

该清洁处理制程，不包括针对铜层表面的机械作用，因此，考虑到完全除去铜表面沾污物，避免可能产生的处理不一致性，是很关键的。

由于覆铜箔层压板生产厂商所用的铜层表面抗氧化涂层厚度各不相同，其耐受微蚀刻处理的能力也存在差异，这将会导致清洁处理后的表面形态结构的不一致性。

相同的概念也将被运用到所有外来元素中，例如树脂斑点：任何污染物，除非可以完全溶解于所用化学溶剂中，是不能被除去的，它将最终遗留在铜层表面，并阻止后续制程对其下部铜层的进攻。

3.2.2不足

（1）相比之较高的处理成本，增大水的消耗，且存在污水处理问题，制程每步控制一致性困难；

(2)没有大多数机械清洁处理方法运用中，对于铜层表面刷磨的切线作用。任何污染物，除非可以完全溶解于所用化学溶剂中，是不能被除去的，将最终遗留在铜层表面，并阻止后续制程对其下部铜层的进攻；

(3)处理所获得的表面均匀一致性和连贯性，是有问题的；

(4)除油制程所用的每种化学产品，仅能有选择性地进攻一定范围的污染物。这将导致选用价格昂贵和复杂组成的上述除油化学产品，或采取较长的处理生产线，其中包括许多除油和淋洗段；

(5)每种化学物质，必须仔细且经常进行分析，并根据分析结果进行补充调整，从而保证处理结果的一致性；

(6)处理所用的有机酸、加速剂、表面活性剂（相当于润湿剂）和稳定剂，会带来较多的问题，并增加污水的处理成本。

如果针对超柔软性材料的表面处理，当机械清洁方法不能加工处理之情况下，可选择应用化学清洁处理方法。

不过，机械清洁处理方法是较好的选择，因为它们较易被控制，且可采取较为固定的方式反复进行加工。

3.2.3优点

如果不满意研磨颗粒的磨痕擦划，在进行精细线路制造技术中，其他方法会污染所运用的较贵的液态光致抗蚀材料。

随着化学清洁处理法变得越来越普遍，薄内层单片的运用日渐增加，因为该处理方法针对超精致铜箔处理时，仅会造成材料的有限度伸长。

3.3火山灰喷射清洁处理

3.3.1概述

在试图消除或降低采用前述所提及方法所带来的固有机械问题时，一些设备制造商开发出了一个基于火山灰浆喷射需处理材料表面的清洁处理方法。

由图8展示可看出，火山灰喷射前处理，所得到的铜箔表面结构，太光滑和缺乏锐峰的处理效果。

当与用其他方法获得的粗糙结构表面相比较时，尽管所获得的是一个太光滑的表面，且缺乏锐峰，但铜箔表面被一致性砂磨处理过了。另外，针对抗蚀材料的一个较弱的锚抓表面形态结构，是期望能够获得的。

至于提及去除表面的外来元素，我们应当注意到，当火山灰浆被喷射到板的表面时，火山灰粉末相对较轻，因此提供的是一个弱的机械作用。此外，没有机械研磨作用于板面的切线处理效果。

当材料表面仅通过简单的锤击处理时，那些较难被置换掉的污染物，可能将不能完全被除去。

另外，火山灰泥浆的检测是很关键的。火山灰颗粒随着时间的过去，具有不断沉降的趋向。典型的火山灰泥浆的浓度和寿命，必须被严格控制，以确保其清洁处理作用，满足于可接受水平之上。

注意：通常火山灰喷射表面处理需结合化学清洁步骤来实施。

3.3.2优点

（1）该技术可排除所有磨刷的使用，以及由此带来的机械问题；

(2）由于不使用磨刷，制程允许在不造成损坏的情况下，完成对薄型材料的表面清洁处理。

3.3.3缺点

（1）对铜表面没有机械磨损的切线作用。那些污染物，较难被置换掉，当仅采用该法简单地“锤击”处理时，不能被完全去除；

(2)锐峰的缺乏，以及较平滑表面效果（比较采用尼龙刷结合火山灰泥浆处理所得表面处理效果），将会导致稍低的抗蚀材料粘结力；

(3)处理板表面上的火山灰泥浆，将随着板子运行通过整个设备，致使整个制程效率降低和缓慢；

(4)火山灰泥浆的检测是很关键的，在处理一段时间后，火山灰颖粒会变得钝化。一般来说，必须对火山灰浆浓度和寿命加以严格控制，以保证其清洁处理效果，达到可接受水平之上；

(5)与一种带有磨刷配置的坚硬结构的火山灰刷板设备相比较，该技术运用所需设备，采用塑料制造，肯定较便宜和简单。然而，鉴于火山灰泥浆循环使用和喷射的相对高压力，它存在一个严重的磨损隐患，导致设备报废；

(6)该制程仅相对成功应用于较大表面铜的清洁处理，例如，用于多层印制板的内层板图形转移前处理。

3.4氧化铝颗粒喷射清洁处理

3.4.1概述

为了克服火山灰喷射处理效率低和不一致性机械作用问题，几经努力，研制出了由氧化铝代替的喷射清洁处理技术。由于氧化铝颖粒较重和较坚硬，所以其浆状物的喷射，对板面能保证较强的冲击效果。

从图9可看出，经处理后的铜表面呈现出低锐峰，因此改进了对其表面的有效粘合效果。

氧化铝浆喷射的锤击作用，改变了板材表面铜的结构，因而有效地改进了后续涂层的粘结性能。

所有种类的外来元素（氧化物，铬酸锌有机物）依然存在，几乎与原始未处理铜表面具有相同的百分比。这是因为，没有机械磨损切线作用于表面的除去外来元素能力，从而揭露出其下所包埋的原始铜表面。

扫描电子显微镜图片清晰地证实了氧化铝喷射处理的效果，尽管其提供了一个针对抗蚀材料的可接受的机械处理锚接效果，但未能除去污染物。因此，无论该制程前或后，一个化学清洗工步是需要的。

此外，还应该关注的是，如果在喷射清洁处理操作中，与采用尼龙刷和研磨剂悬浮液刷磨效果相比较，使用太高压力，被处理材料将被证实有一定程度的伸长。

不使用刷辊，虽然一定程度上会影响处理板的质量，但却能提供某些程度的优势：不需要根据待处理板的厚度不同，改变和调节刷辊，于任何时间通过氧化铝喷射清洁处理。当然，喷嘴的更换还是需要的。

针对一个收缩的市场需求，该市场要求清洁处理设备制造厂家，更多关注操作成本减少、维修保养时间缩短、全自动、操作者技能依赖性降低等诸多方面因素。氧化铝喷射清洁处理会在工业化生产中，拥有一席之地。

此外，采用氧化铝喷射清洁处理的一个重要应用，是化学浸金前铜表面的清洁处理。

3.5利用火山灰和尼龙刷的磨刷清洁处理

3.5.1概述

火山灰，历史性地被用于清洁铜箔表面，再次开始流行于70年代初。

由图10可看到，铜箔具有均匀的、一致性、可砂处理的、深度浸蚀表面，且采用火山灰颗粒的精度微作用，可实现一个粗化的富峰表面。而且，该表面形态对所有涂层获得良好粘结，是理想的载体。

无特定方向：表面是一致性的，外形轮廓的测量不依赖于其测量方向。

我们甚至不能谈及“划痕密度”，因为根本无任何划痕存在，因此，没有干膜桥和沟存在于其下部。

锐利火山灰颗粒和尼龙磨刷的共同作用，对于表面是沿着其切线方向的：所有沾污物，不考虑其种类，被机械性除去，从而露出其下新鲜的光泽铜面。

这些相片与图1原始铜表面相比较，清晰显示出其表面外来元素剧烈的减少，如氧化物和有机物，所有铬酸盐完全消失，锌也减少到一个几乎难以寻找的数量。

在干膜应用前用带有火山灰的磨刷处理，是当今流行的在线表面处理方法。

采用相同的方法，仅通过改变选用氧化铝颗粒，对于前处理来说，是更佳的方法。其他方法对于涂层运用来说，不能提供足够的锚接点，以经受住高温下的多重焊接循环。

对于其他处理方法较窄的工艺控制窗口，例如喷射磨刷或化学清洁处理，针对可能出现的不同条件，完全不能保证其相同的一致性粘结。

3.6利用氧化铝颗粒和尼龙刷的磨刷清洁处理

3.6.1概述

采用火山灰泥浆溶液和尼龙刷进行的磨刷处理方法，已被进一步改善为选用磨刷性能更佳的氧化铝颗粒—AL2O3。

图11给各位展示的是，在结合了氧化铝颗粒泥浆和尼龙刷后，对铜表面进行有效处理后的结构形态。

铜箔表面是一致性处理的，且显示出大量的锐利峰和谷，此形态对于所有涂层获得好的锚接来说，是必须的。这种铜箔表面形态非常相似于采用火山灰磨刷所能获得的情况：没有特定方向、没有划痕等特征。（参见图10)

通过比较上图与原生态未处理的铜箔（图1)，我们注意到沾污物仅通过一个渠道被消除了：铬酸盐完全消失了，锌甚至减少到一个几乎探测不到的数量。

利用氧化剂颗粒的磨刷处理，能提供与火山灰磨刷一致的表面处理质量，但氧化铝颗粒的运用，开始成为印制板工业界非常普遍的方法，则归功于其所具有的额外优点，这将在随后进行讨论。

四、火山灰与氧化铝颗粒比较

火山灰是来源于火山口火山岩的天然硅酸盐混合物，它是借助于陆地上一些矿的挖掘而得来的，然后，经过碾碎、过筛和过滤，筛分出各种不同等级的火山灰。

氧化铝则是一种人工合成物，因此其具有非常一致性的化学和物理特性。

4.1化学组成（典型百分率）

上述提及的火山灰和氧化铝的化学组成，请参见下表1。

表1火山灰和氧化铝的化学组成示意

以实际应用为目的，上述两种产品当溶解于水、酸和碱中后，均可被认为是具有化学惰性特点。不过，火山灰的悬浮水溶液，由于其含有一些氢氧化物，故略显碱性。

4.2基本特性

火山灰和氧化铝颖粒的物理特性大不相同。

4.2.1火山灰

火山灰粉末含有不同大小的颗粒，从可能的最小颗粒，到几乎不可控制的最大尺寸颗粒。

其中，最小颗粒可能会腾起飞落工作场域，因而会危害到室内洁净度。另一方面，不可控制的最大颗粒，可能会粘在印制线路间，或进入最小的孔内。

火山灰具有很多孔之海绵状结构，因此很轻：其比重小于1（火山灰石能沿火山岛屿海岸漂浮于水面）。

火山灰是一种易碎材料，其颗粒趋于分解为较小颗粒，但仍呈现其特质切边形状。不论何种情况下，需要每周清洗火山灰浆罐，同时，补充进新火山灰，使之形成新鲜火山灰浆溶液。

4.2.2氧化铝

氧化铝是一种人工生产出来的研磨料，因此，可获得较火山灰更窄窗口控制的颗粒大小分布。

根据生产板的特性（线宽和线间距、孔径尺寸）和所需要获得的表面处理效果（是用于干膜制板之铜表面前处理，还是用于阻焊膜制造前处理，等等），使用者可以选择合适颗粒尺寸的氧化铝颗粒磨料。

氧化铝的比重接近于4，至少5倍于火山灰，因此，很少发现有工作区域的回收问题需要解决。

高的比重，允许连续使用，且能被从水中有效分离，因此，氧化铝是可以完全回收的，并可保存于泥浆罐中，从而最终减少了研磨粉的损失。

首先，按要求注入此种研磨粉，其后，在使用中偶而添加，作为板子带出所造成的损失补偿。水连续流经泥浆罐，并保持其洁净，一旦板面沾污物，如氧化物和金属铜脱离系统，将被水所带走。

氧化铝不易裂解，比火山灰坚硬得多（氧化铝达9Mohs，而火山灰仅为5.5)，所以其使用寿命较长。

图12和13展示的是：经过两个月的使用后，氧化铝研磨料仍未碎解，未产生不希望见到的小尺寸颗粒，而且其相当锋利的边缘仍清晰可见。

前述提及的高比重优势，以及氧化铝磨料被水连续清洗过程中，对板面处理的长时间有效性，被氧化铝颗粒未显示任何可见的边缘退化所证实。

针对大规模制造中，火山灰使用大量流失所造成的可观制造成本，氧化铝的使用，显然具有一个较大的优势。

五、结论

目前，针对传统覆铜箔层压板材料，在线抗蚀刻材料应用来说，水平传输表面清洁处理，仍然是非常普遍选用的技术。

精细印制线路及线间距需求的日渐增大，势必很快导致传统研磨刷清洁技术采用的被废弃。

化学清洁处理，与其他几种处理方法相比较，有现今发展之普遍态势，应归功于所选用化学药物的良好表现，以及对薄形板材伸长变形及损坏的减少。

火山灰喷射清洁处理，该法的起始运用，也是为了消除传统研磨刷清洁技术运用可能带来的板材损坏问题，但现在发现其有较大的使用限制，这些均源于该处理方法的弱作用，以及需要添置化学清洗工步。

氧化铝颗粒喷射清洁处理，该法能保证对所需处理铜表面有较强的侵蚀能力。由于无刷辊设置，因此，仅有较小的操作人员干预依赖，而且，还可以从中获得采用该法所带来的其他优势。最初选用该法，是因为大规模制造需求，在经过权衡该法选用优势和铜表面较佳处理性能的前提下所决定的。无论如何，浸金前印制板的铜表面处理选用方法是其一个非常重要的应用。

利用火山灰尤其氧化铝和尼龙刷的磨刷清洁处理，仍然是运用非常普遍的表面处理方法。宽广的工艺控制窗口，在所有环境条件下，能确保持续处理质量，以及处理设备低维修设计实用性，是该处理方法能长时期获得成功的主要原因。

表面化学处理方法篇3

关键词：纤维桩；树脂粘接强度；发展趋势

通过调查发现，以往主要是应用硅烷偶联剂及树脂粘接剂来进行表面处理，此外，还采用了其他一些方法，比如氢氟酸过氧氢溶液以及喷砂等，经过实践，这些表面处理方法都可以在一定程度上提高纤维状的粘接强度[1]。在近些年，为了提高纤维桩的粘接强度，开始采用一些物理方法，比如紫外线、低温等等。

1纤维桩概述

纤维桩作为一种桩材料，是将纤维成分加入到复合体树脂中制成的，纤维桩的概念最早是在上个世纪九十年代提出来的，相较于传统的桩核材料，具有一系列的优势[2]。比如，纤维桩具备的弹性模量类似于牙本质，与牙本质结合形成的结构有着同样的性质，被人们称之为纤维桩根管牙本质复合体，根管经过修复治疗，应力分布可以更加的均匀，这样修复之后，根折几乎就不可能发生和出现[3]。另外，纤维桩也被广泛应用于临床之中，这是因为纤维桩具备良好的美学性能。但是，通过实践研究发现，还需要进一步提高纤维桩的粘接强度。过去的研究表明，采用一些表面处理方法，可以有效提高纤维桩的粘接强度，大多都是离子体处理方法，比如酸蚀、喷砂、低温等等，但是每一种表面处理方法都存在着局限性，不是十分理想；因此，目前就需要找到一种方法，既可以提高纤维桩的粘接强度，又可以不会对纤维桩表面完整性产生破坏作用[4]。

2纤维桩使用中出现的一系列问题

通过大量的实践研究我们可以发现，主要有两个界面决定着纤维桩在根管内的粘接强度，分别是树脂水门汀/根管牙本质界面和纤维桩/树脂水门汀界面。在口腔修复中，最为常见的修复失败方式是纤维桩出现脱落以及松动等情况[5]。有专家花费了5年的时间对过去11年左右的临床研究结果进行了回顾，发现纤维桩使用中，最为常见的修复失败方式就是粘度不够。那么，在这么多年来，很多学者都在努力寻找方法来实现纤维桩粘接强度提高的方法，其中应用最广的就是表面处理方法，这种方法也得到了深入的研究和探讨。

3纤维桩的不同表面处理方法

通常情况下，可以将纤维桩分为两个组成部分，分别是树脂基质和纤维成分，因为它有着十分光滑的平面，那么要想和树脂材料形成微机械固位就存在着较大的难度。并且，环氧树脂作为一种有机高分子材料，高度聚合和交联，有着十分稳定的化学性质，无法有效的与树脂材料等发生化学反应[6]。在这些因素的综合作用下，纤维桩就无法有效的粘接树脂材料。那么要想实现纤维桩和树脂材料粘接强度得到提高的目的，就需要将表面处理的方法应用到纤维桩上。这些表面处理方法的原理就是对微机械固位进行增加，对化学粘接进行强化，或者是同时对两者进行强化和增加等。目前，主要有这些方法。

3.1硅烷偶联剂 目前，有很多的专家和学者都在研究如何利用硅烷偶联剂来表面处理纤维桩；但是，对于利用硅烷偶联剂来实现纤维桩粘接强度的提高，目前在学界还没有达成一个统一的共识[7]。有专家和学者利用硅烷偶联剂来表面处理了石英纤维桩和玻璃纤维桩，通过实践研究表明，它和树脂的微拉伸粘接强度得到了显著提高。国内外近些年来也对此方面进行了广泛研究，也得出了与之类似的结果。另外，有研究表明，采用硅烷化对于纤维桩即刻粘接强度的提高，也有着很大的帮助，但是如果经过了冷热温度循环处理，就会在很大程度上降低它的粘接强度。但是，也有专家和学者表示采用硅烷偶联剂，对于纤维桩粘接强度没有丝毫的帮助。有专家使用硅烷偶联剂处理了很多种纤维桩，然后经过实践发现，纤维桩的粘接强度并没有因此而得到提高。还有专家在牛牙本质制成的人工根管中也粘入了经过硅烷偶联剂处理的石英纤维桩，但是却没有改变它的粘接强度[8]。

3.2树脂粘接剂 对于纤维桩粘接强度是否可以通过树脂粘接剂来提高，不同的研究得出来的结论也存在着较大的差异。有专家将多种树脂粘接剂涂抹在了石英纤维桩和玻璃纤维桩的表面，并且对粘接强度进行了检测，检测结果表示，将树脂粘接剂应用到玻璃纤维桩上，经过光照固化作用，可以在很大程度上提高它的粘接强度[9]。但是虽然使用了树脂粘接剂，却没有经过光照固化这个步骤，那么粘接强度就没有改变。而将树脂粘接剂应用到石英纤维桩上，粘接强度就得到了显著的提高。当然也有专家得出了不同的结论，有专家将不同的牙本质粘接剂应用到使用硅烷偶联剂处理过的玻璃纤维桩上，然后进行了相应的试验，以此来对其粘接强度进行检测，结果发现它的粘接强度并没有因此得到提高。

3.3氢氟酸 通过相关的研究表明，纤维桩的表面如果经过氢氟酸的处理，纤维桩的粘接强度就可以得到有效提高。有专家在石英纤维桩的表面，采用了百分之九的氢氟酸进行了处理，时间控制在15 s，然后在离体上颌中切牙根管中进行了粘接[10]；经过相应的试验，如温度循环以及应力循环试验等，我们发现通过氢氟酸处理之后，纤维桩的粘接强度得到了有效的提高。有专家表示，纤维状的表面采用氢氟酸来进行处理，那么纤维桩表面的粗糙度就得到了有效的提高，这样微机械固位作用就得到了显著强化。有专家在环氧树脂玻璃纤维桩上也用氢氟酸进行了试验，结果表明纤维桩的粘接强度也得到了有效的提高。但是，利用电子显微镜对上述试验进行了扫描，虽然粘接强度得到了提高，但是却破坏到了纤维桩表面的纤维成分，这样纤维桩的表面就无法维持完整性[11]，因此，就无法有效应用于临床操作中。

3.4过氧化氢溶液 纤维桩表面的树脂基质会被过氧化氢所溶解，在将大量纤维成分暴露出来的同时，也会很多的微小间隙产生[12]。通过研究表明，在纤维状的表面利用过氧化氢来进行处理，它的粘接强度可以得到有效的提高。有专家在利用过氧化氢溶液处理石英纤维桩表面的时候，采用的是不同的浓度，并且还将硅烷偶联剂涂了上去，结果显示，粘接强度均可以得到有效的提高[13]。为了得到提高的原理，我们用电子显微镜进行了观察和扫描，发现纤维桩表面经过过氧化氢溶液处理之后，溶解掉了部分的环氧树脂，促使石英纤维暴露层形成了，暴露层有着特别完整的成分形态，没有受到破坏。在粘接界面的暴露纤维之间进入了树脂材料之后，微机械固位就得到了有效的强化，并且硅烷偶联剂也可以与纤维出现发硬，这样它们之间的化学粘接作用就得到了有效的增强[14]。有专家还对环氧树脂玻璃纤维桩进行了处理，采用的过氧化氢依然有不同的浓度，但是结果表明纤维桩的粘接强度均得到了显著提高，此外，近些年来研究结果表明，纤维桩的粘接强度可以经过过氧化氢溶液处理之后而得到提到，而处理之后纤维桩在根管内的粘接强度又会因为机械和温度疲劳循环得到降低。

3.5高锰酸钾、乙醇钠溶液 有专家在对石英纤维桩表面进行处理时，采用的是高锰酸钾、乙醇钠溶液，结果显示，纤维桩的粘接强度得到了显著提高[15]。另外，我们又采用电子显微镜对其进行了观察和探索，发现纤维桩表面溶解掉了部分的环氧树脂，暴露出来了纤维桩表明的纤维，并且没有损坏到暴露的纤维成分，依然保持完整的形态。因为粘接界面上的暴露纤维中进入了核树脂材料，这样微机械固位也得到了显著增加[16]。

3.6喷砂机硅酸盐喷涂 在口腔材料的表面粗化中，经常使用到的一种方法就是喷砂，经过大量的研究表明，利用喷砂处理，纤维桩的粘接强度可以得到有效的提高。有专家在处理石英纤维桩表面的时候，采用的就是喷砂方法[17]，结果表明，石英纤维桩的粘接强度得到了很大程度的提高。还有专家利用喷砂方法来处理过玻璃纤维桩之后，将其粘接于树脂水门汀，经过试验，结果显示，纤维桩以及树脂水门汀的粘接强度都得到了显著的提高。如果经过喷砂处理之后，又将硅烷偶联剂涂了上去，就可以更好的提高粘接强度。有专家认为，通过喷砂处理，纤维桩表面的粗糙度得到了显著的增加。但是，纤维桩的表面结构会在很大程度上受到喷砂的破坏，损坏到表面纤维，不利于表面纤维完整性的维持[18]。有专家在玻璃纤维桩上也进行了类似研究，采用喷砂处理的方法，然后在单根管离体牙中粘接，经过相应的温度循环和应力循环之后，纤维桩的粘结强度得到了非常显著的提高。还有专家采用硅酸盐喷涂处理石英纤维桩，结果表示，纤维桩的粘接强度也得到了有效的提高，通过采取这样的做法，纤维桩表面的粗糙度得到了有效的增加，微机械固位作用也得到了显著增强。同时，硅烷偶联剂还可以与嵌入到纤维桩表面的二氧化硅颗粒进行化学反应，这样两者之间的化学粘接作用就得到了显著增强[19]。

3.7采用低温等离子体处理以及紫外线照射 随着时代的发展和科学技术的进步，近些年来，在纤维桩的表面处理中，开始应用一些全新的物理方法。这些方法相较于传统表面处理方法来讲，具有一系列的优点，比如更加有效，更加温和等等，这样在未来将会更加广泛的应用于纤维桩粘接强度提高方法。其中，在众多表面处理方法中，十分典型的就是低温等离子体处理以及紫外线照射等[20]。有专家利用一些其他，促使低温等离子体得到了产生，然后处理环氧树脂基石英纤维桩和玻璃纤维桩，经过试验发现，纤维桩以及树脂材料的粘接强度得到了显著提高[21]。有专家认为，通过等离子体处理，活化了纤维桩表面的环氧树脂基质，然后将自由基和一些活性基团引入到了表面中[22]。树脂材料可以与这些表面活性成分发生化学反应，这样纤维桩和树脂材料之间的粘接作用就得到了大大的增强。

4纤维桩的发展趋势

通过上文的叙述分析我们可以得知，纤维桩具有一系列的优点，因此被广泛的应用于临床中，但是通过大量的实践研究发现，在纤维桩修复治疗中，存在的一个很大问题就是粘接强度不足，那么要想提高纤维桩修复治疗的成功率[23]，就需要对纤维桩的粘接强度不断提高。目前虽然研究出来了一系列的方法来提高纤维桩的粘接强度，但是总存在着很多的局限性， 比如会破坏到纤维桩的完整性或者是降低自身的机械强度等等[24]。针对这个问题，就需要对新的处理方法进行寻找，除了要保证纤维桩粘接强度的提高之外，还需要保证纤维桩表面的完整性不会受到损坏[25]。在上文的叙述分析中，我们发现采用低温等离子处理以及紫外线照射等方法具有很多的优点，比较的温和，更加的有 效[26]，因此，将来会得到充足的发展。

5结论

总之，纤维桩在临床应用中存在着一系列的优点，虽然在应用中会出现一点小问题[27]，但是通过相关人员不懈的努力，这些问题都是可以得到解决 的[29]。那么在时代飞速发展的今天，相关工作人员需要不断的努力和学习，提高自己的专业水平，研究出更为合理的表面处理方法[30]。

参考文献：

[1]Duret B， Reynaud M， Duret F. Un noveau concept dereconstitution coronoradiculaire：le Composipost [J].LaCh irurgie Dentaire de France，1990，540：131-141.

[2]Boschian Pest L， Guidotti S， Pietrabissa R， et al. Stressdistribution in a post-restored toothusing the three-dimensional finite element method [J].J Oral Reh abil，2006，33（9）：690-697.

[3]Schwartz RS， Robbins JW. Post placement and restorationof endodontically treated teeth ：a literature review [J].JEndod，2004，30（5）：289-301.

[4]Ferrari M， Cagidiaco MC， Goracci C， et al. Long-termretrospective study of th e clinical performance of fiber posts[J].Am J Dent，2007，20（5）：287-291.

[5]Monticelli F， Osorio R， Sadek FT， et al. Surface treatmentsfor improving bond strength to prefabricated fiber posts：aliterature review [J].Oper Dent，2008，33（3）：346-355.

[6]Naumann M， Blankenstein F， Kiessling S， et al. Risk factorsfor failure of glass fiber-reinforced composite postrestorations：a prospective observational clinical study [J].Eur J Oral Sci，2005，113（6）：519-524.

[7]Schmitter M， Rammelsberg P， Gabbert O， et al. Influence ofclinical baseline findings on th e survival of 2 post systems：arandomized clinical trial[J].Int J Prosth odont，2007，20（2）：173-178.

[8]唐妍毅，朱亚琴.玻璃纤维桩表面不同处理方法对粘接强度的影响[J].口腔材料器械杂志，2012，2（3）：89-91.

[9]刘洪，薛屹，代维.表面改性处理对氧化铝/酚醛树脂粘接强度的影响[J].热固性树脂，2013，2（3）：32-34.

[10]张玲.纤维桩粘接固位的原理及其影响因素的研究[J].第四军医大学，2008，2（1）：123-125.

[11]惠雪梅，王晓洁，尤丽虹.纤维表面状态对氰酸酯基复合材料界面粘接性能的影响[J].全国复合材料学术会议论文集，2008，2（1）：87-89.

[12]李凤兰，马兰，石勇.树脂表面粗糙度对丙烯酸树脂与硅橡胶粘接强度的影响[J].中华口腔医学杂志，2009，2（9）：132-135.

[13]柳娟，朱亚琴.根管牙本质表面处理对数值水门汀粘接强度影响的研究现状[J].口腔材料器械杂志，2011，2（1）：87-89.

[14]王静，朱洪水.纤维桩粘接技术研究进展[J].中国实用口腔科杂志，2012，2（8）：98-99.

[15]姜月，杨晓东.两种固化方式对树脂纤维桩粘接强度的影响[J].沈阳医学院学报，2010，12（3）：324-325.

[16]钟波，谭建国.纤维桩表面处理改善其树脂粘接强度的研究进展[J].中华老年口腔医学杂志，2013，2（1）：134-135.

[17]彭娟红，刘学恒，徐平英，等.不同表面处理的纤维桩微拉伸粘接强度研究[J].口腔颌面修复学杂志，2011，12（4）：205-208.

[18]Perdigao J， Gomes G， Lee IK. The effect of silane on the bond strengths of fiber posts [J].Dent Mater，2006，22 （8）：752-758.

[19]Wrbas KT， Altenburger MJ， Schirrmeister JF， et al. Effectof adh esive resin cements and post surface silanization on th ebond strength s of adh esively inserted fiber posts[J].J Endod，2007，33（7）：840-843.

[20]Ferrari M， Goracci C， Sadek FT， et al. An investigation ofth e interfacial strength s of meth acrylate resin-based glassfiber post-core buildups[J].J Adh es Dent，2006，8（4）：239-245.

[21]Vano M， Goracci C， Monticelli F， et al. The adhesion between fibreposts and composite resin cores： the evaluation of microtensile bond strength following various surfacech emical treatments to posts [J].Int Endod J，2006，39 （1）：31-39.

[22]Sahafi A， Peutzfeldt A， Asmussen E， et al. Bond strength ofresin cement to dentin and to surface-treated posts oftitanium alloy，glass fiber，and zirconia [J].J Adh es Dent，2003，5（2）：153-162.

[23]肖月，郭海，王健平，等.四种桩表面处理对玻璃纤维桩黏结强度的影响[J].中国组织工程研究，2012，16（21）：3911-3914.

[24]赵志华，胡书海.表面处理对纤维桩黏结强度的影响[J].中国实用口腔科杂志，2010，3（3）：183-185.

[25]Monticelli F， Toledano M， Tay FR， et al. A simple etch ingtech nique for improving th e retention of fiber posts to resincomposites[J].J Endod，2006，32（1）：44-47

[26]de Sousa Menezes M， Queiroz EC， Soares PV， et al. Fiberpost etch ing w ith h ydrogen peroxide：effect of concentrationand application time[J].J Endod，2011，37（3）：398-402

[27]钱文昊，徐培成，苏俭生.温度与机械疲劳对不同表面处理后的石英纤维桩与根管粘接强度的影响[J].同济大学学报（医学版），2010，31（6）：28-32

[28]Monticelli F， Toledano M， Tay FR， et al. Post-surfaceconditioning improves interfacial adh esion in post/ corerestorations[J].Dent Mater，2006，22（7）：602-609

表面化学处理方法篇4

【关键词】 碳纤维 表面处理 界面性能 抗弯强度

1 前言

与传统金属材料相比，碳纤维增强树脂基复合材料具有耐高温、耐腐蚀、质量轻、机械强度高的优点，被广泛应用于航空航天、军事、汽车、体育等领域。

碳纤维是有机纤维在惰性气氛中经高温碳化和石墨化制成的纤维状碳，它具有乱层石墨结构，其密度仅为钢密度的1/4，具有优异的力学性能，热稳定性，是一种高性能的先进非金属增强材料。

尽管碳纤维性能优异，但，由于其属脆性材料，单独使用，许多性能无法得到充分的发挥。只有与其它基体材料结合成复合材料，材料性能形成互补，才能有效发挥其优异的力学性能，因此，碳纤维在复合材料中被用作增强相。

用作复合材料的树脂基可分为两大类，一类是热固性树脂，另一类是热塑性树脂。热固性树脂由反应性低分子量预聚体或带有活性基团的高分子量聚合物组成；成型时，在固化剂或热作用下进行交联、缩聚，形成具有网状交联体结构。常见的有环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂以及酚醛树脂等。热塑性树脂由线型高分子量聚合物组成，在温度超过熔点时熔融，具有流变性，属物理变化。常见的有聚乙烯、尼龙、聚四氟乙烯等。

复合材料的界面由增强材料表面与基体材料表面相互作用形成的，它包含两相之间的过渡区域，界面相内的化学组成、分子排列、热性能、力学性能呈连续梯度性变化。界面相的结构由增强材料与基体材料表面的组成及二者之间的反应性能决定的，因此纤维表现处理的结果将影响复合材料的性能。

通过纤维表面处理可以增强纤维表面的化学活性与物理活性，从而增加其与基体间的结合或粘结。目前，对纤维表面处理主要有空气氧化法、液相氧化法、等离子体氧化法和电化学氧化法等方法。本文采用浓酸氧化处理、电化学处理方法对碳纤维表面进行处理，并利用SEM对比观察了处理前后纤维表面的形貌，研究碳纤维增强复合材料性能的影响。

2 实验方法及条件

2.1 碳纤维表面处理过程

2.1.1 浓硝酸氧化处理

将一定长长的碳纤维置于浓硝酸溶液中，在室温条件下分别处理30、60、90分钟，然后经自来水、纯净水清洗数遍，干燥，既得到表面处理后的碳纤维。

2.1.2 电化学表面处理

配制一定浓度的稀酸溶液作为电解液，将清洗过的碳纤维作为阳极，在电解槽内进行阳极氧化表面处理，通电电压分别取1.2V、4.8V、10V和15V，处理时间为5min和10min，之后再经清洗、干燥，得到表面处理后的碳纤维。

2.2 抗弯强度测试

将表面处理的碳纤维与树脂粘结，热处理后，固定在沉积炉的两个电极上，通电加热至800～1100℃，沉积时间4～6h。

将试样加工成5mm×5mm×30mm，每组5个，采用三点弯曲法测试试样的抗弯强度，取5个数值的平均值作为每组试样的测试结果。

3 试验结果及讨论

3.1 浓硝酸表面处理时间长短对复合材料单向抗弯强度的影响

从表1中可以看出，碳纤维处理60分钟后，所制备的复合材料强度增幅最大，30分钟下，强度基本没变，90分钟强度有所增加。液相氧化的作用主要在于除去纤维表面的浆层，对纤维的强度没有明显的影响。复合材料强度的提高是因为表面浆层除去后，纤维表面的粗糙度增加，增加了快速升温过程中热解碳与纤维的亲和力和粘结强度。

3.2 电化学处理对复合材料抗弯强度的影响

碳纤维电化学处理过程易操作，（表2）为纤维表面电化学处理不同条件下单向复合材料的强度值，从处理结果可见，处理电压和时间变化对制备的复合材料的抗弯性能影响较大。在电压4.8V、10min处理条件时，由处理纤维制备的复合材料的抗弯强度比未处理的低3.6MPa，且电压升高至10V时，复合材料抗弯性能进一步恶化。

（图1）为不同处理碳纤维所制备的复合材料抗弯强度变化曲线，从中可以得出，采取5分钟处理，复合材料抗弯强度变化均匀，基本呈线性降低，而10分钟处理后，材料强度随电压增大降低幅度增大，这说明短时间电化学处理对纤维表面作用较温和，且处理效果随电压的增大，10分钟处理较5分钟处理强度降低幅度较大。这是由于高压长时间处理条件下，纤维表面破坏较严重，从而使得复合材料的力学性能下降。

4 结论

（1）碳纤维表面经浓硝酸处理后，表面浆层去除，沟槽进一步加深加宽，表面粗糙度和比表面积增加，有利于复合材料的抗弯强度的提高。但处理时间过长，纤维表面出现不同程度的损伤，这对提高材料强度是不利的。

（2）通过对纤维表面电化学处理的研究得知，采用低电压，短时间的处理条件，对碳纤维表面较温和，有效地提高了Cf/C复合材料的抗弯性能；高电压或长时间处理时，纤维表面出现“松树皮”状凸起，此时纤维本体受损严重，降低了复合材料的力学性能。

（3）对比浓硝酸氧化处理，电化学处理时间短，增强效果较明显，电化学对纤维表面作用包含至少除去薄弱外层和表面氧化刻蚀两种机理，甚至过程更为复杂。

参考文献

[1]赵世平，袁象恺，余木火.碳纤维的电化学氧化表面处理[J].纤维复合材料，1998（4）：7-9.

[2]J，-S. Lee， T，-J. Kang. Changes in physico-chemical and morphological properties of carbon fiber by surface treatment[J].Carbon 1997，35 （2）：209-216

[3]Jinyong Lee， Lawrence T. Drzal. Surface characterization and adhesion of carbon fibers to epoxy and olycarbonate[J].International Journal of Adhesion & Adhesives，2005，25 （5）389-394.

[4]杨永岗，贺福，王茂章，张碧江.碳纤维表面处理及其评价[J].材料研究学报1996，10（5）：460-466.

[5]刘杰，郭云霞，梁节英.碳纤维电化学氧化表面处理效果的动态力学热分析研究[J].复合材料学报.2004，21（4）：40-44.

[6]耿浩然等，一种制备碳纤维增强碳化硅复合材料的装置[P].中国专利：ZL003271260.X，2004-11-17.

[7]殷永霞，沃西源. 碳纤维表面改性研究[J]. 航天返回与遥感，2004，25（1）：51-54

表面化学处理方法篇5

关键词：不锈钢；表面处理；喷砂(丸)处理工艺；应用

中图分类号：TF764文献标识码： A

一、绪论

不锈钢所具有的多种表面加工拓宽了它的应用领域。不同的表面加工使不锈钢表面各异，使其在应用中各具独到之处。在建筑应用领域，不锈钢的表面加工之所以重要是有许多原因的。腐蚀环境要求光滑的表面是因为光滑的表面不容易积垢。污垢的沉积会使不锈钢生锈甚至造成腐蚀。在宽敞的大厅中，不锈钢是电梯装饰板最常用的材料，表面的手印虽然可以擦掉，但影响美观，所以最好选用合适的表面效果以防止留下手印。卫生条件对许多行业是很重要的，例如，食品加工、餐饮、酿造和化工等，在这些应用领域，表面必须便于每天清洗，而且经常要用化学清洗剂。不锈钢是这方面的最佳材料，在公共场所，不锈钢的表面经常会被胡写乱画，但是，它的一个重要特性是可以将它们清洗掉，这是不锈钢优于铝的一个显著特点。铝的表面容易留下痕迹，往往很难去掉。清理不锈钢表面时应顺着不锈钢的纹路清理，因为有些表面加工的纹路是单向性的。不锈钢最适用于医院或其它卫生条件至关重要的领域，如：食品加工、餐饮、酿造和化工，这不仅是因为它便于每天清洗，有时还要使用化学清洗剂，而且还因为它不易滋生细菌。试验表明不锈钢在这方面的性能与玻璃和陶瓷相同。

二、不锈钢表面处理方法

根据不同的应用，常用的表面处理方法有以下几种：

2.1表面抛光处理

根据不锈钢产品的复杂程度和用户要求的不同，可分别采用机械抛光、化学抛光、电化抛光等方法来达到镜面光泽。下面分别介绍这三种方法优缺点供大家参考选用；

表1 几种不锈钢表面抛光的对比

项目 方法优点缺点 适用产品

机械抛光

优点：光整平性好；

缺点：劳动强度大，污染严重，复杂件难加工，加工后光泽度下降；整个产品光泽达不到一致； 投资及成本较高，简单工件，中，小产品；例如板类不锈钢产品；

化学抛光

优点：投资少，复杂件能抛，效率高；

缺点：光亮度不足，抛光液有气体溢出，需要外部除尘设备； 复杂或者光亮度要求不高的产品，小批量加工较合算；

电化学抛光 优点：镜面光泽，长期保持，工艺稳定，污染少，成本低，防污染性好。

缺点：一次性投资大，复杂件要装工装，辅助电极。 适用于要求长时间保持镜面光亮的产品。

2.2表面着色处理

不锈钢着色不仅赋予不锈钢制品各种颜色，增加产品的花色品种，而且提高了产品耐磨性。不锈钢着色方法有如下几种：

2.2.1真空镀膜法

就是将不锈钢工件放在真空镀膜机中进行真空蒸发镀膜。

2.2.2高温氧化法

在特定的熔盐中，浸入工件保持在一定的工艺范围，使工件形成一定厚度氧化膜，而呈现出各种不同色泽。

2.2.3化学氧化法

在特定溶液中，通过化学氧化形成膜的颜色，不过要能保证一批产品色泽一致的话，必须用化学试剂参数比来控制，并对环境存在一定的污染。

2.2.4电化学氧化法

在特定电解槽溶液中，通过直流电，在不锈钢表面上形成膜的颜色。

2.3表面本色处理方法

不锈钢在加工过程中，经过卷板、扎边、焊接或者表面热处理，产生灰黑色氧化皮。这种坚硬的灰黑色氧化皮主要是NICR2O4和NIF二种EO4成分，以前一般采用氢氟酸和硝酸进行强腐蚀方法去除。但这种方法成本大，污染环境，对人体有害。腐蚀较大，逐渐被淘汰。目前对这种氧化皮处理方法有二种，分别是采用化学方法和采用喷（丸）砂方法。

2.3.1化学方法

即使用一种无污染酸洗钝化膏和常温无毒害的带有无机添加剂的清洗液进行浸洗。从而达到不锈钢本色的白化处理之目的。基本上看上去是一目光的色泽。这种方法对大型、复杂产品较适用；

2.3.2喷（丸）砂方法

喷砂(丸)是采用压缩空气为动力形成高速喷射束，将喷料等高速喷射到需处理工件表面，使工件外表面的外表发生变化，由于磨料对工件表面的冲击和切削作用，使工件表面获得一定的清洁度和不同的粗糙度，使工件表面的机械性能得到改善，并能形成表面亚光效果。喷砂(丸)主要作为喷涂和镀膜的前处理工艺，使不锈钢表面耐腐蚀性、耐磨性比普通不锈钢强，能抵御10年以上的盐雾腐蚀和30年以上紫外光照射不变色；

下面重点探讨下不锈钢表面喷砂(丸)工艺的原理、设备特点及应用。

三、喷砂(丸)工艺

3.1喷砂(丸)工艺的应用范围

3.1.1工件涂镀、工件粘接前处理

喷砂(丸)能把工件表面的锈皮、杂质等一切污物清除，并在工件表面建立起十分重要的基础图式（即通常所谓的毛面），而且可以通过调换不同粒度的磨料，达到不同程度的粗糙度，大大提高工件与涂料、镀料的结合力。或使粘接件粘接更牢固，质量更好。

3.1.2铸锻件毛面、热处理后工件的清理与抛光

喷砂(丸)能清理铸锻件、热处理后工件表面的一切污物（如氧化皮、油污等残留物），并将工件表面抛光提高工件的光洁度，起到美化工件的作用。 喷砂(丸)清理能使工件露出均匀一致的金属本色，使工件外表更美观，达到美化装饰的作用。

3.1.3机加工件毛刺清理与表面美化

喷砂(丸)能清理工件表面的微小毛刺，并使工件表面更加平整，消除了毛刺的危害，提高了工件的档次。并且喷砂(丸)能在工件表面交界处打出很小的圆角，使工件显得更加美观、更加精密。

3.1.4改善零件的机械性能

机械零件经喷砂(丸)后，能在零件表面产生均匀细微的凹凸面（基础图式），使油得到存储，从而使条件改善，并减少噪声提高机械的使用寿命。

3.1.5表面光饰作用

对各种工件表面抛光，使工件表面更美观。 使工件达到光滑又不反光要求。 对于某些特殊用途工件，喷砂(丸)可随意实现不同的反光或亚光。如不锈钢工件、木制家具表面亚光化，磨砂玻璃表面的花纹图案,以及布料表面的毛化加工等。

3.1.6消除应力及表面强化

通过砂丸敲击工件表面，消除应力，增加工件表面强度，如弹簧、机加工刀具和飞机叶片等工件的表面处理。

3.2喷砂(丸)原理

采用压缩空气为动力，形成高速喷射束，将磨料高速喷射到需处理工件表面，使工件外表面的外表发生变化，由于磨料对工件表面的冲击和切削作用，使工件表面获得一定的清洁度和不同的粗糙度，使工件表面的机械性能得到改善，因此提高了工件的搞疲劳性，增加了它和涂层之间的附着力，延长了涂膜的耐久性，也有利于涂料的流平和装饰。常用不锈钢喷砂(丸)设备分为干式和液体式两大类，而干式又分为吸入式和压入式两种。

3.2.1吸入式喷砂(丸)设备

一个完整的吸入式干喷砂(丸)设备一般由六个系统组成，即结构系统、介质动力系统、管路系统、除尘系统、控制系统和辅助系统。吸入式干喷砂(丸)设备是以压缩空气为动力，通过气流的高速运动在喷枪内形成的负压，将磨料通过输砂管并经喷嘴射出，喷射到被加工表面，达到预期的加工目的。在吸入式干喷砂(丸)机中，压缩空气既是供料动力，又是加速动力。

图1 吸入式喷砂(丸)原理图

3.2.2压入式喷砂(丸)设备

一个完整的压入式干喷砂(丸)设备工作单元一般由四个系统组成，即压力罐、介质动力系统、管路系统、控制系统。压入式干喷砂(丸)设备是以压缩空气为动力，通过压缩空气在压力罐内建立的工作压力，将磨料通过出砂阀。磨料压入输砂管并经喷嘴射出，喷射到被加工表面达到预期的加工目。在压入式干喷砂(丸)机中，压缩空气既是供料动力，又是加速动力。

图2 压入式喷砂(丸)原理图

3.2.3液体式喷砂(丸)设备

液体喷砂(丸)设备相对于干式喷砂(丸)机来说，最大的特点就是很好地控制了喷砂(丸)加工过程中粉尘污染，改善了喷砂(丸)操作的工作环境。一个完整的液体喷砂(丸)设备一般由五个系统组成，即结构系统、介质动力系统、管路系统、控制系统和辅助系统。液体喷砂(丸)设备是以磨液泵作为磨液的供料动力，通过磨液泵将搅拌均匀的磨液（磨料和水的混合液）输送到喷枪内。压缩空气作为磨液的加速动力，通过输气管进入喷枪，在喷枪内，压缩空气对进入喷枪的磨液加速，并经喷嘴射出，喷射到被加工表面达到预期的加工目的。在液体喷砂(丸)机中，磨液泵为供料动力，压缩空气为加速动力。

图3 液体式喷砂(丸)原理图

3.3喷砂(丸)后表面的清理等级

也即清洁度，代表性国际标准有两种：一种是美国85年制订“SSPC-”；第二种是瑞典76年制订的“Sa-”，它分为四个等级分别为Sa1、Sa2、Sa2.5、Sa3，为国际惯常通用标准，详细介绍如下：

Sa1级――相当于美国SSPC―SP7级。采用一般简单的手工刷除、砂布打磨方法，这是四种清洁度中度最低的一级，对涂层的保护仅仅略好于未采用处理的工件。Sa1级处理的技术标准：工件表面应不可见油污、油脂、残留氧化皮、锈斑、和残留油漆等污物。Sa1级也叫做手工刷除清理级。（或清扫级）

Sa2级――相当于美国SSPC―SP6级。采用喷砂(丸)清理方法，这是喷砂(丸)处理中最低的一级，即一般的要求，但对于涂层的保护要比手工刷除清理要提高许多。Sa2级处理的技术标准：工件表面应不可见油腻、污垢、氧化皮、锈皮、油漆、氧化物、腐蚀物、和其它外来物质（疵点除外），但疵点限定为不超过每平方米表面的33%，可包括轻微阴影；少量因疵点、锈蚀引起的轻微脱色；氧化皮及油漆疵点。如果工件原表面有凹痕，则轻微的锈蚀和油漆还会残留在凹痕底部。Sa2级也叫商品清理级（或工业级）。

Sa2.5级――是工业上普遍使用的并可以作为验收技术要求及标准的级别。Sa2.5级也叫近白清理级（近白级或出白级）。Sa2.5级处理的技术标准：同Sa2要求前半部一样，但疵点限定为不超过每平方米表面的5%，可包括轻微暗影；少量因疵点、锈蚀引起的轻微脱色；氧化皮及油漆疵点。

Sa3级――级相当于美国SSPC―SP5级，是工业上的最高处理级别，也叫做白色清理级（或白色级）。Sa3级处理的技术标准：与Sa2.5级一样但5%的阴影、疵点、锈蚀等都不得不存在了。

3.4喷砂(丸)后的表面粗糙度

即通常所谓的粗糙度，喷砂(丸)砂粒冲击并向外反弹，这种冲击造成表面几千分之一寸的压痕，叫基础图式。回弹会使某些表面向外高出几千分之一寸，低的叫“谷”，高的叫“峰”，每一个沙粒冲击表面都会造成一个“谷”和一个“峰”，这就是基础图式（粗糙度的形成原因）。它用MILL（密耳）表示，一个密耳是1/1000秒。

形成的基础图式值应是总涂层系统的30，不宜超过干膜涂层厚度的1/3，一般防腐在50-70（um）之间。 1微米（um）= 0.001毫米(mm) ；1密耳=0.001秒= 0.0254毫米(mm)

表2表面处理标准比较

描述 美国标准

SSPCSP 英国标准

BS4232 瑞典标准

SIS055900

溶剂清洗 SSPCSP1

手工清洁 SSPCSP2 St 2

机械清洁 SSPCSP3 St 3

喷砂(丸)处理白金属 SSPCSP5 一级 Sa3

喷砂(丸)处理近白金属 SSPCSP10 二级 Sa2.5

喷砂(丸)处理商用级 SSPCSP6 三级 Sa2

喷砂(丸)处理普能级 SSPCSP7 Sa3

3.5常用喷砂(丸)工艺参数

压缩空气对喷射流的加速作用（喷砂(丸)压力大小的调节）P、磨料的类型（S）、喷枪的距离（H）、角度（θ）。

3.5.1压力大小的调节对表面结果的影响在S、H、θ三个量设定后，P值越大，喷射流的速度越高，喷砂(丸)效率亦越高，被加工件表面越粗糙，反之，表面相对较光滑。

3.5.2喷枪的距离、角度的变化对表面结果的影响在P、S值设定后，此项为手工喷砂(丸)技术的关键，喷枪距工件一般为50-150mm，喷枪距工件越远，喷射流的效率越低，工件表面亦越光滑。喷枪与工件的夹角越小，喷射流的效率亦越低，工件表面也越光滑。

3.5.3磨料类型对表面的影响

磨料按颗粒状态分为球形，菱形两类，喷砂(丸)通常采用的金刚砂（白钢玉、棕刚玉）为菱形磨料。玻璃珠为球形磨料。在P、H 、θ三值设定后，球形磨料喷砂(丸)得到的表面结果较光滑，菱形磨料得到的表面则相对较粗糙，而同一种磨料又有粗细之分，国内按筛网数目划分磨料的粗细度，一般称为多少号，号数越高，颗粒度越小，在P、H 、θ值设定后，同一种磨料喷砂(丸)号数越高，得到的表面结果越光滑。

下表为不同材质产品为达到不同的处理目的而通常采用的手段。

表3不同材质对应喷砂(丸)类别

工件材质 喷砂(丸)目的 工艺要求 磨料种类 喷砂(丸)机类型

不锈钢

表面去污、除焊渣及亚光效果 表面亚光 玻璃珠及金刚砂 干式、液体式

铁质工件

去锈、除污、除氧化皮 增大镀层、涂层附着力 金刚砂

干式、液体式加防锈剂

铝质工件

去氧化皮

表面强化、光饰作用 玻璃珠金刚砂

干式、液体式

铜质工件

去氧化皮亚光

效果 玻璃珠

干式、液体式

玻璃制品水晶、塑料制品(硬木制品) 磨砂、刻图案

亚光效果

金刚砂

干式、液体式

图4 不锈钢表面喷砂(丸)效果

3.6不锈钢喷砂(丸)选用磨料

3.6.1玻璃珠

采用优质材料生产而成，即有一定的机械强度，SiO2含量大于等于68%，硬度可达6-7莫氏，有足够的弹性，可多次使用不易破碎，所喷器件效果相同,效果明显,不伤物件表面 ,均匀度好,成圆率大于80%，粒度均匀，气泡含量极低,喷后使喷砂(丸)器件各处亮度系数保持均匀，不易留下水印。

玻璃珠作为一种研磨材料比其他任何研磨材质具有以下优越性：

3.6.1.1是铝型材,贵重金属的最佳理想喷砂(丸)材料.喷射表面亮丽,均匀度高;

3.6.1.2用非碱性钠钙玻璃材料制成，具有良好的化学稳定性，不会污染加工的金属。

3.6.1.3可加速清理，同时保持原物件的加工精度。

3.6.1.4外观为球状颗粒，表面光滑，具有良好的光洁度，达到国际、国内标准的要求

3.6.2白刚玉

白刚玉是以优质的铝氧粉为原料，经电熔冶炼而成，它具有颜色洁白，硬度高，韧性稍低，纯度高，自锐性忧，磨削力强，发热量小，效率高，耐酸碱腐蚀，耐高温，热稳定性好等特点.是高级的喷砂(丸)及研磨材料。

3.7与传动酸洗、工具清理对比

3.7.1喷砂(丸)处理是最彻底、最通用、最迅速、效率最高的清理方法。

3.7.2喷砂(丸)处理可以在不同粗糙度之间任意选择，而其它工艺是没办法实现这一点的，手工打磨可以打出毛面但速度太慢，化学溶剂清理后的表面过于光滑不利于涂层粘接。

四、结语

不锈钢被广泛的应用许多行业，并且其发展前景也是越来越广阔，而不锈钢的表面处理技术有着十分重要的作用，因此要重视不锈钢表面处理技术，并且还要努力的进行发展和创新，这样不锈钢产业才会走的更长远。

参考文献：

[1]李永红,彭亚平,孙明聪.不锈钢件涂装前处理工艺的选择[J].现代涂料与涂装,2013,(5)

[2] 李伟华,阎秋生,高伟强. 不锈钢表面加工的现状与发展趋势[J].机械制造,2009,(5)

[3]张孝福. 不锈钢的表面加工[J]. 上海金属,2001,(4)

[4] 沈忠厚.水射流理论与技术[M].东营：石油大学出版社，1998.

[5] (英)Hodge Clemco有限公司.喷砂除锈的发展趋势[J].高压水射流，1990，（1）

表面化学处理方法篇6

关键词：模具制造；表面处理技术；发展趋势；应用

1.前言

众所周知，模具是现代化生产中一项十分重要的工艺装备。随着经济的快速发展，汽车制造业、家电工业以及航空航天业也得到快速发展，模具工业在实际发展过程中面临较大的难题。因此，对于模具的研究也成了一个热门话题，在如何促进生产模具成本降低、怎样促进模具质量得到提高以及怎样促进使用模具周期得到延长等都是主要研究内容。其中，表面处理技术应运而生，成为延长模具寿命、提高模具性能的重要技术。模具表面处理技术主要是采取相应的措施将模具表面的成分、性能以及组织合理改变，从根本上促进模具各方面的性能得到提高。对于模具不会产生实质上的伤害，模具表面处理技术对于延长模具使用周期以及模具质量的提高有着非常重要的作用。文章主要从模具制造中表面处理技术的主要技术方法、表面处理技术的发展趋势两方面出发来探讨此问题。

2.分析模具制造中表面处理技术的相关要点

2.1物理表面处理法

2.1.1高频表面淬火技术

模具在制造过程中将模具在交变磁场中放入，让模具出现感应电流且起到加热的作用称为高频表面淬火。有着较高的电流频率，则表示电流有着较薄的加热层。淬火技术实施以后，奥氏体化会在热度很高的环境中进行，因此会有很多晶核，但这种类型的晶核长大有着一定的难度，故在模具表面采用高频表面猝火技术后则会出现隐晶马氏体的组织。淬火后模具的表面硬度提高而且脆性极大的降低。因为控制淬硬层以及加热层的厚度相对容易，能够促进自动化以及机械化的实现，所以高频表面淬火技术得以广泛应用。但是，该技术在处理有着相对复杂形状的模具时有着一定的难度。

2.1.2火焰表面淬火技术

模具表面处理技术中的火焰表面淬火主要是对模具表面采用煤气一氧以及乙炔―氧等火焰进行加热。由于火焰的温度特别高，会达到3000摄氏度以上，因此，能将工作表面迅速加热到淬火温度。加热温度满足一定条件时，则通过水以及空冷进行喷射处理，确保模具温度能够在最快的时间内冷却。若要调节淬硬度和厚度可以调节加热的时间和冷却的速度。火焰表面淬火技术有着较低成本以及较为简单设备等基本优势，而有着较低的生产效率是该处理技术的缺点，而且因为模具在制造过程中表面出现过热的情况不相同，所以，在控制质量方面有一定的难度。火焰表面淬火技术具体是用在批量较小、没有较高质量要求以及单件的模具中，对于那些大批量的模具和质量要求较高的模具不适宜用火焰表面淬火技术[1]。

2.1.3激光表面淬火技术

所谓激光表面淬火技术就是利用激光辐射到金属的表面，一旦激光束离开模具表面，则会通过金属自身有着热传导功能出现“自淬火”的情况，造成金属表面出现马氏体转变的情况。模具表面处理工作中通过激光处理主要是分成激光非晶化、激光冲击、激光表面融化处理以及激光相变硬化等4个方面。为激光相变硬化属于应用得较为普遍的一种。与其他的淬火方法相比，通常是在温度梯度较高的情况下进行激光淬火处理的。激光淬火技术实施之后，会在模具的表面形成一种硬度极高的特殊淬火组织。这种淬火组织的硬度十分高，一般会比一般的淬火硬度高出15%到20%[2]。而且淬硬层深度可以达到0.1mm到2.5mm。由于以上特点，所以模具表面采用激光淬火技术能够在很大程度上促进模具结构耐磨性质的提高，同时还能够促进使用模具的周期得到延长。

2.2化学表面处理技术

所谓化学表面处理技术主要是在相应的温度条件下保温模具，接着在模具的表面深入不同或者单一的元素，从根本上促进模具组织以及化学成分得到改变，进而达到改进模具的表面性能、满足模具的技术要求。

2.2.1渗碳技术

渗碳技术就是在模具的表面形成一层渗层，这样渗透层有着大概1～2mm左右的厚度，大概0.8～1.05%之间的含碳量。渗碳技术的构成技术具体有离子渗碳、真空渗碳、气体渗碳以及固体渗碳等4种不同类型。通过渗碳技术能够有效提高模具在使用过程中耐磨性能以及硬度等，同时还能够使模具芯部的韧性以及塑性处于良好的范围内。由于渗碳技术的这些特性，所以此技术一般会应用于受严重磨损和较大冲击载荷的模具。但是，渗碳技术会使模具变形，所以对精度要求极高的模具不适于应用此种技术。渗碳技术之所以会使模具变形很大是因为渗碳温度较高，渗碳技术过后，还要进行热处理，所以变形会很大[3]。该技术有着较广处理范围、较小环境污染、较小工件变形、较为平缓的碳浓度梯度以及较高渗碳率等优势，有着较大的实用价值。

2.2.2渗氮技术

与渗碳技术相比，渗氮技术有许多优点。比如说采用渗碳技术处理模具表面后，模具结构的抗热性、耐磨性、抗疲劳性以及抗腐蚀性都得到明显提高。除此之外，渗碳技术由于温度高，使得模具变形会很大。而渗氮技术在温度方面有着较低的要求，因此，渗氮技术应用之后，模具变形相对较小，因此，此技术可以应用于对精度要求很高的模具身上。渗氮技术在实际运用过程中也存在缺点。比如说，渗氮工艺相当复杂，所需要的时间相对较长，而且成本相比较于渗碳技术要高。此外，渗氮技术虽然在各种各样的模具中都有所应用，但是，对于那些形状很复杂的模具，渗氮技术很难进行均匀的加热和渗层，而且此种技术渗层较浅。所以，渗氮技术在实际应用中还是有较大的约束。

2.2.3碳氮共渗技术

碳氮共渗技术主要是在相同时间内将氮与碳注入模具表面处理表面技术。这种技术主要分为两类，一种是液体碳氮共渗技术，另外一种是气体碳氮共渗技术。由于液体碳氮共渗技术毒性很强，对于环境造成很大损害，所以已经很少被应用了。碳氮共渗技术有着较强康粘着性、较强耐磨性、较小模具变性以及较快处理速度等优势，同时会在很大程度上促进使用模具的周期得到延长。

2.2.4渗硼、渗金属技术

渗硼技术有着较多的处理方法，具体分成气体渗硼、盐浴渗硼以及固体渗硼等方式。各个国家对此种方法都做了不同的研究。前苏联等国家主要将其用于冷热加工模具上；日本研究的液体渗硼方式主要是以硼砂熔盐为主，这样的方式能够促进使用模具的周期得到有效提高，比一般的方法可以使寿命增加4到20倍。除了以上两个国家，德美两国也研究了一些硼与其他元素的共渗工艺。渗金属以及渗硼等技术具体是在模具冷热制造中应用，例如塑料膜、压铸模、锤炼模等模具中适合使用。

2.3表面覆层处理法

2.3.1电镀、刷镀、化学镀技术

电镀技术主要是通过化学方式将合金以及薄层金属在模具表上进行沉积处理，形成湿式镀覆类型。这种方法的好处就是操作时温度较低，因此，模具不易变形，而且模具本身的性能也不会因此而受到影响。但是，电镀技术在实际运用过程中也存在问题。如因为镀层有着较低的摩擦系数造成提高模具的耐磨性，因为镀层有着较大的空隙，因此模具采用镀金技术进行表面处理时有着较差的耐腐蚀性。

刷镀技术在实际运用过程中的优势较为明显，比如说刷镀技术在现场操作施工时相对容易，模具大小、形状等因素并不会影响刷镀技术的操作，因此，具有很大的经济效益。而且刷镀技术还有着较高性能、较好镀层质量、较为方便操作以及较快的沉积速度等优势。

化学镀主要是指在电解质溶液中通过还原剂还原金属离子在工件表面上催化城活动，将可以和机体表面有结合能力的涂镀层进行沉积处理。化学镀的优势是它可以应用于形状复杂的模具上面。主要是因为化学镀技术没有分散能力以及深度等现象。

在实际的生产应用中，单金属的镀层结合无法满足模具在质量上的相关需求，因此，复合镀技术应运而生。复合镀可以集合各种单金属镀层的优点，能够将模具性能以及质量明显提高，有效延长使用模具的周期。

2.3.2热喷涂技术

热喷涂技术具体是将喷涂材料通过热喷涂技术进行加热到半熔化或者全溶化的形状，同时在规定的速度下进行沉积喷射处理，采用预处理的方式在基体表面构成相应的涂层。热喷涂技术有以下优势：第一，设备比较轻便，有利于现场进行实施。第二，有着较为灵活的工艺以及较少的操作，在一定程度上使施工所花的时间减少。第三，通过热喷涂技术处理模具表面，不会因为模具表面的大小尺寸影响效果，有着较强的适应性。第四，热喷涂技术比较容易控制，涂层的厚度是可以控制的。第五，该表面处理技术在不同方面的基体材料的构件处理均使用，能够在各种类型固体材料上进行不同性能图层以及防护涂层的制备。

热喷涂技术主要包括以下几种：第一，通过火焰进行喷涂，该类型的喷涂技术主要有粉末以及火焰等2种类型。第二，爆炸喷涂。主要是通过乙炔气以及氧气进行点火燃烧处理，使气体出现膨胀而导致爆炸的情况，将冲击波以及热能全面释放，热能可以融化喷涂粉末，而释放的冲击波能够加快喷射荣荣粉末的速度，在工件表面上喷射构成涂层。第三，超音速喷涂。是指采用阻燃剂以及燃料航空煤油通过比例配置混合后在燃烧室内导入，由于爆炸式燃烧出现的高温气体在经过膨胀管处理后有着超音速。第四，电弧类喷涂。主要分成水文等离子喷涂、真空等离子喷涂、等离子喷涂以及电弧喷涂等4种类型。

2.3.3化学气相沉积技术

化学气象沉积技术是在固态表层上通过气态物质引起的化学反应后出现固态沉积物的类型。这种表面处理技术具体分成金属有机化合物、激光辅助化学气相以及离子化学气象等3种不同类型的沉积技术。

2.3.4离子注入技术

模具表面处理技术中应用离子注入技术主要是在固体中引入具有掺杂剂原子的材料，主要是处于真空系统的环境下注入离子，通过加速的方式，在固体材料中注入掺杂原子的离子，从根本上形成具有特殊性质的范围以及表面层。离子注入技术的应用可以改善模具工作零件的表面力学性能，比如说可以极大的提高模具表面的硬度、增强模具的耐摩擦力、增强模具的抗疲劳强度。

3.模具表面处理技术的发展趋势

模具制造过程中已广泛应用表面处理技术，对于提高模具的质量、增强模具的抗腐蚀能力、增强模具硬度、增强模具的耐摩擦力、增强模具的抗疲劳强度等方面做出了突出的贡献，但是还具有广阔的开发前景。目前我国在模具表面处理技术的发展方面与先进国家对比的差距较大，分析出现差距的原因，我国的模具制造过程中的表面处理技术应该从纳米表面技术以及复合表面技术等方面研究。除了研究一些新的处理技术，同时还应该将表面处理传统的技术进行改进，可以减少环境污染和资源的浪费，从而提高模具表面处理效果。还有很重要的一点就是要将传统的表面技术与现代的表面处理技术结合起来，在模具表面处理技术中应用纳米技术。现阶段，研究模具制造过程中应用的表面处理技术属于相对重要的工作，确保表面处理技术能够在大型以及精密的模具中应用。

4.结语

综上所述，随着经济的快速发展，汽车制造业、家电工业以及航空航天业也得到快速发展，因此，模具工业在实际发展过程中面临较大的难题。模具表面处理技术主要是采取相应的措施将模具表面的成分、性能以及组织合理改变，从根本上促进模具各方面的性能得到提高。对于模具不会产生实质上的伤害，模具表面处理技术对于延长模具使用周期以及模具质量的提高有着非常重要的作用。使得模具的耐磨损性能、耐腐蚀性能、耐疲劳性能等显著增加。由于表面处理技术的这些优点与功能，使得表面处理技术得以迅速的发展，同时，表面处理技术在模具制造工作中有着较为良好的发展趋势。

参考文献：

[1]周铮.工程材料与热处理[J].山东大学出版社.2011：123-125

表面化学处理方法篇7

关键词：模块；兴趣；优化；计算机；文字处理；表格处理

中国分类号：G434

1.引言

计算机经历了从80年代初期到当下30多年的发展，已经实现了一种质的飞越，尤其随着现代互联网技术的盛行，计算机应用技能已经成为现在许多人入职技能的基本要求，而在这众多的计算机处理技能中，计算机的文字处理与表格处理又构成计算机应用技能中最基本的技能，所以加强计算机的文字与表格处理能力非常有必要。但是现在一些中职学生的这两种能力并没有随着计算机的发展实现突飞猛进的进步相反很多学生这两种计算机处理能力却在倒退，甚至不如80年代初期一些人的处理能力。文章结合当下一些学生的计算机处理能力的基本现状，分析了教学过程中的一些弊端，针对这些现状和学生的问题提出了一些具体的应对措施，并且结合教学中的问题推进计算机教学模块化和兴趣化的开展。通过加强模块与兴趣的紧密结合等这些建议希望能够优化计算机教学中文字处理与电子表格处理两部分内容。

2.计算机教学现状分析

2.1考评形式单一化

考评的真正意图是要了解学生对于计算机理论与应用的掌握程度，学生的考试成绩可以作为一种参考尺度，但是我们不能完全依靠考试成绩判定一个学生的计算机能力，毕竟考试内容具有片面性非全面性，仅通过成绩来看很难全面反映一个学生的计算机掌握情况。但是在现实生活中，很多学校缺乏其他的考评制度，不得不选择学生的考试成绩作为唯一的考评标准，而这样的做法独断、专一，往往并不能帮助我们发现计算机专业学生的应用能力的真正水平。因此，新的考评制度迫切需要被制定出来。

2.2理论性很难与应用性完美结合

理论性与应用性的难以完美整合主要是教学课时有限，理论与应用的教学课时比例分配难以针对学生个人的学习情况，而其根本解决突破口在于，老师的知识教授与学生自主的课下练习。这些归根到底是学生缺乏对计算机学习的兴趣。我们都知道一台计算机是由硬件与软件构成的，学习计算机知识就不得不从这两方面学习入手，但是我们不能只是一味地学习知识。计算机的学习本身就是一个应用与掌握的过程，如果我们只是学习书本上的知识，那我们最后也很难真正熟练操作计算机，计算机学科本身就是一门应用型学科，只有在理解理论知识的基础上善于运用、熟练操作计算机软件才能称作真正学精。在学校的学习中，教学大纲规定的教学内容并不能满足计算机学科的学生掌握技能的基本要求，学习理论知识太多就会变成“纸上谈兵”而操作应用太多就会专一而不全面，怎样做到理论性与实践性的结合在计算机文字处理及电子表格处理过程中的关键是如何激起学生对计算机的热爱。

3.优化计算机文字处理及表格处理的建议

3.1模块化讲授，标准化考评

很多学生在学习计算机的文字处理与表格处理时缺乏必要的意识和有针对性的、模块式的练习。这样在打字时他们也能在短时内完成必要的文字输入和表格操作，但是耗费的时间和精力却比那些有针对性和模块式练习的学生多很多。这样同样是完成一种操作处理有的学生很轻松的完成但是有的学生却要费九牛二虎之力才能做完。这也是为什么我们要强调模块教学的原因。模块教学主要是针对一些文字处理和电子表格处理的操作过程分模块来练习、操作，进而达到熟练操作应用的目的。针对于每一模块采用一定的标准进行考评，对于文字处理部分可能采用中英文输入的时间长短、准确率的高低来考评，对于电子表格处理可能采用表格设置的完善程度，格式的正确与否等标准进行考评。这样通过分割模块进行针对性练习操作，通过标准化多形式的考评来达到检验的目的，通过这种方法使学生能够受到制度的约束努力加强提高计算机文字处理及电子表格处理的能力，优化其教学过程。

3.2多样化教学模式，激发学生的学习兴趣

计算机教学大纲规定的教学内容往往枯燥、乏味很难引起学生对计算机学习的兴趣。但是兴趣是最好的老师，缺乏兴趣的学习往往无功而返，并且会抑制学生在计算机领域的创造能力。我们应该积极改进计算机的教学模式，突破传统的单调的计算机学习课堂，采取灵活多样的，多元化的计算机教学方法，从而提高学生对计算机学习的兴趣，爱上计算机学习。例如采取“激励式”教学模式，老师对文字处理和电子表格处理能力强的学生给予一定的物质奖励或精神奖励，毕竟人都有一中荣誉感，都愿意得到他人的肯定与表扬。或者采取“追赶式”例如之前很多学生都不愿意学习五笔法输入汉字，但是有些学生愿意坚持，路遥知马力，日子久了就会知道技不如人，在与其他同学网络聊天时根本追不上别人的打字速度，这样在学生心理会产生一种追赶欲望，想要赶上甚至超过打字较快的学生，所以自己在以后认真努力练习。通过这种“激励式”与“追赶式”的教学模式的变化，会激发学生的学习兴趣甚至可以称作“好胜心”和“战斗欲”，这样学生慢慢就会爱上计算机的学习，并且会主动自己找时间练习计算机的应用，上述的一些问题慢慢就会得到一些改善。

4.总结

优化计算机文字处理和电子表格处理的教学我们从“模块+兴趣”两方面来分析，“模块”方面主要谈论的是从教师方面，从教学内容具有针对性、分割模块的方面改善来提高学生计算机处理的能力；“兴趣”方面主要谈论的是从学生自身的角度，教学模式和方法的转变激发学生内心对计算机文字处理与表格处理的浓厚兴趣。在不同的角度分析同一种问题得到不同的解决建议，优化计算机文字处理与电子表格处理的教学过程任重而道远，随着时代的不同又会产生不同的教学要求，针对于“模块”与“兴趣”相结合的方面来谈，上述建议对计算机教学有着不可小觑的参考价值。

参考文献

[1]邵永宾.给任务分模块挖潜能――浅谈职业教育计算机教学中创新精神与合作意识的培养.《理科爱好者（教育教学版）》.2011年4期

表面化学处理方法篇8

摘要:

通过机械划痕、酸洗和磷化三种表面处理的方法对钢板进行物理和化学处理，研究了不同处理方法对钢板与环氧树脂粘结强度的影响。利用表面粗糙度轮廓仪、光学显微镜和SEM扫描电镜对钢板表面形貌和环氧树脂的涂覆效果进行研究。结果表明:钢板表面腐蚀坑的形状、分布、粗糙度是影响其与环氧树脂粘结强度的主要因素。通过比较，酸洗处理25min的试样粘结强度提高最大，较未处理的样品提高了169%。

关键词:

表面处理;表面粗糙度;酸洗;磷化处理;剪切强度

表面粘涂技术是以高分子聚合物与特殊填料组成的复合材料胶粘剂涂覆于零件表面实现某种用途的新技术。提高界面粘结强度的方法主要分两个方面［1－3］，第一是改变复合材料用的粘结剂的成分，通过对粘结剂改性达到提高其粘结力的效果。第二是对金属基体进行表面预处理，这也是影响粘结剂/金属界面粘结强度的重要因素［4］。在粘结之前，对金属表面进行一系列处理以去除金属表面氧化层和灰尘等，形成新的表面，可以提高金属界面粘结的强度。金属表面的处理方法大致可分为机械法和化学法两种［5－9］。本文主要研究了几种表面处理方法对环氧胶粘涂层剪切强度的影响，同时用拉伸剪切强度来反映涂层粘结强度。

1.试验

1.1金属表面处理分别使用物理划痕、酸化和磷化对钢板进行表面处理。具体的处理步骤如下所示:物理划痕。物理划痕法处理分两种方案，一是使用800#砂纸对钢板表面进行打磨以去除表面氧化层，之后使用铣床在钢板表面铣出槽宽b=(2±0.2)mm，槽深h=(0.5±0.1)mm的平行槽痕［10］。二是使用不同型号的砂纸(36#、60#、80#、320#、600#)对钢板表面进行打磨直至其表面呈现平行等深的划痕，使用丙酮清洗去除油污，在60℃下烘干。得到表面粗糙度不同的试样。酸化处理。首选使用600#砂纸对钢板表面进行预处理，并使用丙酮除油污，将预处理后的钢板浸入质量分数18%的盐酸中，分别酸化10min、20min、25min、30min，使用去离子水冲洗干净后，在60℃下烘干。磷化处理。按照表1配方配置锌系磷化液［11］。将经600#砂纸打磨和丙酮除油后的钢板置于锌系磷化液中磷化1h，取出后用去离子水冲洗干净，在60℃下烘干，得到磷化处理后的钢板。

1.2试样制备与检测根据国家标准《GB7124－86胶粘剂拉伸剪切强度测定方法(金属对金属)》制备拉伸剪切试样，如图1所示。使用CMT4105微机电子万能试验机(加载速度5mm/min)测试试样的拉伸剪切强度;使用三维表面轮廓仪测量试样的粗糙度;使用DMR99－0426型金相显微镜和CAMBRIDGES-360扫描电子显微镜观察试样表面的微观形貌。

2.结果与讨论

2.1物理改性对粘结剂粘结强度的影响采用铣床对钢板表面进行处理后其粘结强度为4.21MPa，相比于处理前(2.87MPa)提升了49%。如图2所示为拉伸剪切破坏之后试样的表面形貌，从图2中可以看出，虽然划痕的存在增大了钢板与粘着剂之间的接触面积，但由于粘接剂的表面张力，粘接剂难以填满沟槽，导致粘接效果不佳。图3为使用砂纸打磨处理后，钢板的表面粗糙图3钢板表面粗糙度与粘结强度的关系Fig.3Surfaceroughnessvs.bondingstrengthofsteelplate度与对应的拉伸剪切试样的粘结强度的关系。从图3中可以看出，随着钢板表面粗糙度的增加，其粘结强度表现出现增加后降低的趋势，峰值为6.09MPa(对应Ra=0.874μm)较未处理钢板提升了112%。其主要原因是粗糙度增大，钢板的表面积增大，因此钢板与粘结剂发生相互作用的面积也增大，使得粘结更加牢固;当表面粗糙度进一步增大后，由于钢板表面出现较深的划痕，使得粘结剂难以均匀的涂敷在金属表面，在粘接剂凝固过程中容易出现气泡，出现未填满的孔洞(如图4所示)，对粘结层产生局部的破坏，从而使得粘结强度下降。图4为光学显微镜下粘结剂涂覆钢板表面的形貌。当钢板表面未处理时，粘结剂在钢板表面出现大量未涂覆的区域，如图4(a);钢板表面经过60#砂纸打磨后，粘结剂能够均匀且充分的覆盖钢板表面，覆盖后表面平整，无明显的未涂覆区域，此时粘接效果最好;钢板表面经320#砂纸打磨后，粘接剂涂覆层出现较小面积的未涂覆区域;经600#砂纸打磨后，未涂覆区域的区域面积变大，因而表现出粘结强度的降低。

2.2酸洗处理对粘结剂粘结强度的影响图5为钢板经不同时间酸洗处理后，表面粗糙度和对应的拉伸剪切强度的关系。从图5可以看出随着酸洗时间的增加试样表面粗糙度呈现先增加后降低的趋势，对应的拉伸剪切强度也呈现先增加后降低的趋势，二者之间呈一定的正相关关系。拉伸剪切强度的峰值出现在表面粗糙度Ra=0.517μm处，远低于机械划痕法处理时峰值对应的表面粗糙度，峰值强度为7.74MPa，较未处理表面提升了169%。图6为经过不同酸洗时间后钢板试样的表面形貌图。从图6中可以看出，在刚开始酸洗时试样表面出现点状的腐蚀坑，并随着酸洗时间的增加腐蚀坑逐渐延伸成不规则的裂纹状，在酸洗25min后表面腐蚀凹槽基本实现相互连接;进一步延长酸洗时间后表面腐蚀严重，试样表面被剥离严重。酸洗处理后粘结强度高于机械划痕法的原因在于酸洗可有效去除金属表面的氧化层和有机污物，获得一个较为清洁的表面［12，13］，该清洁表面改善了钢表面的浸润能力，有利于环氧树脂等聚合物在金属表面的润湿和铺展，提高了金属表面和环氧树脂界面间的粘接强度。另外由于腐蚀产生的腐蚀坑是均匀分布的，均匀分布的腐蚀坑有利于提升材料黏着性能。尤其是在酸洗25min后，腐蚀坑之间已经实现相互连接，有利于粘结剂的填充，因而表现出较高的粘结强度。此外，酸洗还能有效除去钢板表面的氧化层，并对钢板表面起到活化的作用、使其表面能增加，有利于粘接剂和钢板实现良好的结合［9］。这些因素综合作用导致了粘结强度的增大。当侵蚀时间达到30min，腐蚀坑变得过大而不均匀，钢板表面剥离严重，表现出粘结强度的下降。

2.3磷化处理对粘结剂粘结强度的影响钢板经过磷化处理后，其粘结强度6.10MPa，较未处理试样提高了113%，与机械划痕法的最优值相当。图7为经磷化处理后，钢板的表面形貌图及成分。从图7中可以看出，磷化处理后钢板表面形成了一层以磷酸盐为核心的放射状分布的磷化膜，使钢板表面存在大量的凸起，增大了钢板的表面积;另一方面在毛细作用下，粘结剂渗入磷化膜内，增加了结合强度，使剪切强度大幅度提高。但磷化膜本身较为粗大、不致密，导致磷化膜与钢板的附着力较低［2］，因而其粘结强度较酸洗25min的试样低。

3.结论

(1)在一定范围内钢板表面粗糙度的增加能有效提升粘结剂与钢板之间的粘结强度，但只有在合适的粗糙度下粘接剂才能完全均匀的涂覆在钢板的表面。使用60#砂纸进行物理划痕改性后，试样的拉伸剪切强度的极大值为6.09MPa，较未处理的样品提高了112%。(2)酸洗处理后表面腐蚀坑的形态和分布对粘结强度影响很大，形状和取向均匀分布的连续腐蚀坑可以在较低的粗糙度下实现更好的粘接效果。当侵蚀时间为25min时，粘接强度达到峰值7.74MPa，较未处理的样品提高了169%。(3)磷化处理后钢板表面形成了一层以磷酸盐为核心的放射状分布的磷化膜，增加了粘着剂和基体的结合强度，表现出良好的界面性质，拉伸剪切强度达到了6.103MPa，与机械划痕处理后相当。

参考文献：

［1］张璞，许立宁，路民旭．金属表面预处理对环氧树脂粘结剂粘结强度的影响［J］．科学技术与工程，2007，7(8):1662－1665．

［3］唐群，楚建新．“双层金属布”硬质涂层的微观组织与性能［J］．粉末冶金工业，2002，12(1):23－30．

［4］管从胜，马长江，杜爱玲．磷化处理在FEP/PPS复合涂层中应用研究［J］．腐蚀科学与防护技术，2006，18(2):136－140．

［5］赵胜．粘钢加固技术应用研究［J］．经济师，2005(8):295－295．

［6］黄良平，唐先贺，谭亮红．金属表面处理工艺对橡胶与金属粘合性能的影响［J］．特种橡胶制品，2003;24(1):34－37．

［7］边洁，王威强，管从胜．表面预处理对PPS/FEP复合防腐涂层结合强度的影响［J］．中国表面工程，2003;63(6):42－46．

［8］刘志文，刘敬福，李赫亮，等．表面处理对环氧胶粘涂层剪切强度的影响［J］．表面技术，2002，31(3):12－14．

［9］罗能凤，丁新艳，刘国钧，等．金属表面处理对涂料性能的影响［J］．上海涂料，2010，48(5):18－22．

［10］李慧，张鹏，程永奇，等．金属表面预处理对金属/聚合物界面粘结强度的影响．玻璃钢/复合材料，2013(4):51－54．

［11］许立宁，张颖怀，路民旭．磷化处理对胶粘剂/金属界面力学性能的影响［J］．北京科技大学学报，2007，29(2):103－107．

表面化学处理方法篇9

关键词:化学灌浆;水库大坝;渗漏处理

中图分类号:TV543文献标识码:A文章编号:1009-2374(2010)03-0163-02

一、工程概况

细磷河水库位于黑龙江省鹤岗市北,细磷河下游干流上,距鹤岗市35km,控制流域面积564km2,是鹤岗市煤矿集团的最大水源地,水库的主要功能是向鹤岗煤矿供水。大坝坝型为浆砌石重力坝,最大库容3300万m3,细磷河水库属中型水库。细磷河水库大坝全长345m,分为20个坝段,每个坝段长15～20m,其中挡水坝段14个,全长240m,溢流坝段6个,全长105m。最大坝高20m,大坝基础为花岗岩,建基面高程135m,处于弱风化岩的上部。岩石呈块状,节理发育。

水库大坝于1989年工程竣工后,坝体漏水非常严重,因此于1989年进行了水泥灌浆处理,处理效果较好。但随着运行年限的增加,溢流坝渗漏逐渐增多、游离钙大量析出,导致伸缩缝再次严重漏水。2007年对细磷河坝体巡视检查时发现,水库坝体廊道内的渗漏情况进一步恶化,廊道内的混凝土表层游离钙析出面积不断扩大,廊道内出现多处渗漏,并形成连续漏水处,12～13、13～14、14～15坝段伸缩缝处廊道顶部漏水量都达到0.16m3/h,特别是14坝段中间处也出现了渗漏情况。同时,溢流坝下游侧由于渗漏造成了混凝土表层剥蚀并形成深沟,溢流面在冬季还出现多处冰凌现象。

二、设计方案

鉴于大坝漏水对大坝造成的严重损害,为避免漏水的加剧和危及大坝安全;延长大坝的使用寿命,对大坝坝体进行防渗处理,采用水泥帷幕灌浆,使大坝坝体形成防渗帷幕。对于廊道内帷幕灌浆不能处理的部位,如施工缝渗漏、伸缩缝渗漏、混凝土面的点渗、蜂窝麻面等,采用化学灌浆和聚合物砂浆等材料配合相应的施工工艺进行处理。

三、化学灌浆方法

(一)渗漏分类

1.点渗:渗水从一个点渗出,且渗水部位不连续。

2.表面裂缝渗漏。根据裂缝的危害性,结合具体处理措施,对裂缝进行分类如下:

I类裂缝:龟裂缝,平面缝长L

II类裂缝:

II-1类裂缝:表面(浅层)裂缝,缝深30cm≤h

II-2类裂缝:表面(深层)裂缝,缝深100cm≤h

3.伸缩缝渗漏:溢流坝坝段之间的伸缩缝渗漏。

(二)化学灌浆材料

1.LW水溶性聚氨酯化学灌浆材料。具有良好的亲水性能,水既是稀释剂,又是固化剂。浆液遇水后先分散乳化,进而凝胶固结。可在潮湿或者涌水情况下进行灌浆,对水质适应性强,在pH为3～13的水中均能固化。

2.SBR聚合物水泥砂浆。SBR聚合物水泥砂浆以SBR聚合物乳液和水泥作为胶结料来胶结骨料,是一种有机和无机复合的材料,既具有水泥砂浆较强的物理力学性能,又具有高分子材料粘结强度高、适应变形能力强等特点。

3.HK-96系列增厚型环氧涂料。HK-96增厚涂料是一种新型的、性能优越的系列涂料,可用于混凝土的防水、补强或金属表面的防腐处理。961用于干燥面,强度增长快;962用于潮湿面;963为水下涂料。本次采用962型。

4.SPC聚合物水泥砂浆:它是以丙烯酸酯及VEA 树脂为主要基料,掺加特种表面活性剂、增塑剂、消泡剂等原料配制合成为高分子聚合物乳液(称为SPC聚合物乳液),再掺到普通水泥砂浆中形成的一种新型复合材料。

(三)施工工艺

根据裂缝的不同类型,其处理措施分为点渗处理、Ⅰ类裂缝处理、Ⅱ类裂缝处理、及伸缩缝处理等。

1.点渗处理方法:采用表面封堵,预埋灌浆管化学灌浆。表面清理后,采用力顿堵漏王封堵,埋设灌浆管,封闭缝面后用手揿式灌浆泵灌注LW水溶性聚氨酯灌浆材料进行防渗堵漏处理。

2.Ⅰ类裂缝处理方法:表面清理:用高压水枪进行冲洗或钢丝刷刷洗,除去表面浮灰、水泥浮浆、油垢等至表面微毛,然后用水充分浸透基层混凝土,不得用酸洗。涂刷面应做到毛、潮、净。

涂刷防水材料:裂缝两侧各0.25m、缝两端各延伸0.50m的范围涂刷HK-962增厚环氧涂料。

3.Ⅱ类裂缝处理方法:对于Ⅱ类裂缝,Ⅱ-1型浅层裂缝采用骑缝贴嘴化学灌浆或沿裂缝两侧斜孔化学灌浆处理方法。骑缝贴嘴化学灌浆,先将裂缝表面进行清理、凿除,钻孔、安装灌浆嘴,进行化学灌浆;也可延两侧打斜孔直接灌浆。钻孔间距一般20～50cm,具体尺寸可视现场实际渗漏情况适当调整。

Ⅱ-2型深层裂缝采用斜孔化学灌浆处理方法。钻孔间距一般40～100cm,具体尺寸可视现场实际渗漏情况适当调整。

4.伸缩缝处理方法:伸缩缝的渗漏采用先表面封堵处理后进行斜孔化学灌浆处理的方法。

该方案的特点是具有三层防水措施,主要采用了SR或GB塑性止水材料、聚氨酯化学浆液和SPC聚合物水泥砂浆。塑性止水材料抗拉强度较高,可承受较高的内水压力;聚氨酯化学浆液能充填混凝土内部缝隙及蜂窝;聚合物水泥砂浆具有较高的抗压、抗拉强度,较高的黏结强度和抗冲刷能力,用于裂缝表面的保护。

处理方法为:沿伸缩缝,视实际情况凿宽8～10cm、深8～12cm左右的“V”形槽,表面清洗干净。

堵漏材料封堵:基面需要牢固、干净,按粉料∶水=1∶0.28～0.35快速搅拌成均匀的腻子,搅拌时间不得超过3分钟,否则会失效,材料凝结后不得加水再用。搅拌均匀,稍硬后塞入渗水口挤实。

水工止水胶条:封堵后,随即下入GB胶条。

SPC聚合物砂浆回填:按水泥∶中砂∶SPC乳液∶水=1∶(2～3)∶0.4∶0.1(重量比)配制,采用人工拌合方式进行拌和。

聚合物砂浆界面剂:按水泥∶SPC乳液=1∶(0.8～1.2)涂抹。潮湿养护7天,自然养护28天即可。

化学灌浆:先将配好的化学浆液倒入罐内,根据不同的部位采用不同的灌浆设备将浆液注入缝中,经3～10min,使聚氨酯化学灌浆材料能充分在混凝土缝隙中扩散和胶凝,待浆液从邻近的灌浆嘴(缝隙)里冒出后,即可停止。然后用同样方法,依次灌注第二、第三……直到最后一个。当灌到最后一个灌浆嘴时,应适当加大压力迸浆。迸浆期间应观察是否还在进浆。灌浆顺序一般由下而上,由深到浅。灌浆压力视裂缝开度、吸浆量、工程结构情况而定(一般不低于0.6MPa)。灌浆结束标准以不吸浆为原则,如果吸浆率小于0.01升/分钟,应维持3分钟左右,可作为结束标准,停止灌浆。

5.蜂窝、麻面处理。对于裂缝化学灌浆渗出浆液凝固后,进行表面凿除,混凝土表面的蜂窝、麻面等可采用SBR聚合物砂浆或力顿水泥进行局部薄层修补。

利用钢丝刷和清水将基面清理干净,清除表面松动的砼;按配比拌合聚合物砂浆;将聚合物砂浆抹在要处理的部位上,潮湿养护。表面涂刷HK-962增厚环氧涂料。

四、质量控制技术要点

(一)钻孔

使用电锤等钻孔工具沿裂缝两侧进行钻孔,钻头直径为14mm,钻孔角度在45°～60°之间,钻孔穿透裂缝,一般超过10～20cm。

(二)灌浆材料

化学灌浆采用LW水溶性聚氨酯灌浆材料。

(三)化学灌浆主要工艺流程和技术参数

1.清缝:钻孔完成后采用高压水清理表面裂缝(水压0.20MPa,以下同),保证裂缝清晰可见,缝口无充填物。

2.注水:干燥的钻孔,钻孔完毕将冲洗枪头与灌浆嘴连好,采用高压水灌注,孔内达到饱和状态。

3.灌浆:进行化学灌浆时,坝体混凝土温度应达到接缝灌浆温度,结构表面以内3m范围可适当提高,浆液温度应根据选定的灌浆材料确定,浆液温度应有利于延长其凝结时间、降低浆液粘度,并不得高于20℃。灌浆压力结构缝或缝宽大于0.5mm的较宽裂缝采用0.5MPa,缝宽小于0.5mm细裂缝宜采用高压灌浆(压力大于1.0MPa或在保证不对原混凝土结构产生劈裂破坏情况下尽量采用较大压力)。灌浆压力应逐级升级至设计压力值。灌浆顺序按“由里及表,自下而上,由一端至另一端”的原则有序进行,以单孔或多孔并灌的进浆方式进行,灌浆压力不得超过设计压力,灌浆结束标准为孔内不吸浆后结束。

对于先期已经埋设了灌浆管的仓面裂缝,应先通过预埋管对裂缝进行化学灌浆,再进行斜孔裂缝的化学灌浆。

4.嵌填及表面处理:裂缝灌浆完成3d后,除去缝隙外溢材料进行表面处理。

(四)灌浆效果检查

化学灌浆结束7天后,对裂缝表面进行外观检查,或采用压水试验的方法进行灌浆质量检查,压水检查压力0.2MPa,合格标准为:透水率不大于1.0Lu。

五、结语

1.经过化灌处理后,廊道内的渗漏状况全部消失,防渗效果显著, 达到了预期目的。

2.水库坝体廊道内的施工缝、伸缩缝渗漏处理的最佳季节是在一、二月份,即建筑物温度最低时,伸缩缝处于最大渗漏量。化学灌浆会达到最佳防渗效果。

3.灌浆工艺流程比较重要,施工中应严格遵循“从下至上,从一边至另一边”的基本原则。

4.施工要选好化灌材料,化灌材料的好坏是影响施工质量的关键因素。化灌材料应避免受冻受潮,防止暴晒,贮存在5℃以上阴凉通风处。聚合物水泥砂浆要随配随用,防止聚合物砂浆性能下降。

5.必须保证连续稳定的灌浆压力。稳定的灌浆压力是保证浆液能否使裂缝充填饱满的关键。

表面化学处理方法篇10

【关键词】 钛合金 低模量 表面处理 生物相容性

一种好的种植材料不但应该拥有良好的生物相容性，还应该具备生物活性[1]。对于种植体而言，种植表面最好能诱导骨的形成并能与骨组织产生化学结合，而不仅仅是物理上的紧密接触。虽然等离子喷涂的羟基磷灰石（HA）涂层已在临床上普遍应用，但从以往种植失败的病例看，HA涂层种植体的远期疗效令人质疑。本研究将对具有自主知识产权的亚稳β型低模量Ti24Nb4Zr7.9Sn（TNZS）合金[2]采用独立开发的氧化加碱处理方法进行表面处理[34]，通过体外实验和体内实验对材料生物相容性进行检测，从而确定适合TNZS合金的表面处理条件，为进一步优化表面处理工艺提供指导，为该合金的临床应用提供理论依据，最终达到提高种植义齿的成功率、拓宽种植义齿临床使用范围的目的。

1材料和方法

1.1 材料

10 mm×10 mm×2 mm厚的TNZS小长方体试样，直径3.3 mm、长6 mm的圆柱形TNZS和 CpTi种植体试样(中国科学院金属研究所钛合金研究部提供)。成年日本大耳白兔20只（中国医科大学实验动物部提供）。甲苯氨蓝，光固化树脂液（TEC7200，Heraeus），JSM6301F型扫描电镜，薄膜X射线衍射分析仪（XRD），能谱分析仪（EDS），牙科种植机(Dental Unit DSC 1.400)，普通X光机，硬组织切片机（EXAKT，Germany），磨片机（EXAKT，Germany），光学显微镜（Olympus BX41），图像分析仪（Meta Morph/DP10/BX41，UIC/Olympus）。

1.2 方法

1.2.1 氧化加碱处理 试样经超声波清洗20 min，丙酮溶液中超声波清洗20 min，70%乙醇溶液中清洗20 min，蒸馏水溶液中清洗15 min后在空气中400 ℃氧化处理24 h，然后对氧化处理后的试样进行碱处理，过程如下：将试样在60 ℃的NaOH（10 mol·L-1）溶液中浸泡24 h，取出试样后在蒸馏水中轻轻清洗，40 ℃的空气中烘干24 h。烘干后的试样放在电阻炉中以5 ℃·min-1的升温速率升到600 ℃，保温1 h，最后炉冷到室温。

1.2.2 检测仿生液浸泡过的活化合金表面 将经氧化加碱性活化方法处理好的TNZS小长方体试样在两种仿生液中浸泡，一种是模拟人体体液(simulated body fluid，SBF)，另一种是快速生物活性鉴别液(fast calcification solution，FCS)，两种溶液所含的离子浓度以及与人体血浆离子浓度的对比见表1。每个试样在两种仿生溶液中浸泡2 4周，浸泡后将试样用蒸馏水轻轻冲洗，在50 ℃的空气中烘干24 h。浸泡实验在培养箱中进行。表13种溶液所含离子浓度mmol·L-1

溶液c(Na+)c(K+)c(Mg2+)c(Ca2+)c(Cl-)c(HPO2-4)c(SO2-4)c(HCO2-3)血浆142.05.01.52.5103.01.00.527.0SBF142.05.01.52.5148.81.00.54.2FCS137.03.7-3.1145.01.9--

浸泡合金表面的形貌及成分用JSM6301F型扫描电镜进行观察，用EDS分析生成物的元素成分，用X射线衍射相分析方法来鉴定相的组成。

1.2.3 检测表面活化处理后种植体与骨界面结合情况 取兔，称质量，用10％水合氯醛麻醉。将兔仰卧固定于兔台，备皮，消毒术区，常规铺巾。切开兔左股骨区皮肤，钝性分离肌肉，暴露股骨中下段，使用牙科种植机制备Φ 3.3 mm的植入骨腔2个，相距约1.5 cm，钻磨速度

动物于术后3个月处死，沿原手术路径完整取出双侧股骨，剔除表面肌肉组织，摄X光片。取含种植体的股骨标本放入福尔马林（pH 7.2）中固定。1周后分切种植体，再用福尔马林（pH 7.2）固定1周，每组种植体任选3个乙醇梯度脱水，光固化树脂液中梯度浸透、包埋、固化。用硬组织切片机将种植体纵向切片，厚度约30 μm，再用磨片机磨片至10 μm，然后以甲苯氨蓝染色。光学显微镜观察种植体骨界面骨形成情况。

采用计算机辅助图像处理系统，对已作形态学观察的组织磨片定量分析3个月不同材料直接骨性结合率（direct contact length fraction，DCLF）。每个标本3张切片，取其平均值。直接骨性结合率（DCLF）＝骨与种植体直接接触的长度/种植体的长度×100％。

1.3 统计学处理

实验结果用SPSS 10.0处理，单因素方差统计分析，P

2 结

果

2.1 对氧化加碱处理TNZS表面的检测结果

将TNZS放在两种仿生溶液中浸泡一段时间后，合金表面有不同形态的物质生成。在FCS溶液中浸泡后，合金表面的生成物为片状（图1a），而在SBF溶液中浸泡后，合金表面有大量球状沉淀生成（图2a）。EDS分析结果表明生成物主要包含Ca、P、O元素（图1b、2b）。X射线衍射分析结果（图3）表明，在两种溶液中浸泡后合金表面的生成物主要为磷酸钙。

2.2 大体标本观察

分别处死动物，逐一观察大体标本，见所有带有种植体的后腿区的外表无异常，软组织弹性良好。切开观察见股骨周围肌肉组织无萎缩，色泽正常，股骨表面骨膜覆盖穿透皮质骨的部分钛合金种植体顶端被骨组织覆盖。所有种植体均无脱出或松动，剥离骨膜，暴露部分种植体顶端，见种植体顶端表面无锈蚀，光泽度较好。各个大体标本肉眼比较显示，TNZS合金与经氧化加碱处理的TNZS合金种植区未发现明显差异。

转贴于

2.3 X线摄片检查

结果发现，各个种植体与骨组织界面及邻近骨组织均未见骨组织破坏吸收的低密度影。4种种植材料的股骨X线影像表现相似，均可见种植体穿透端皮质骨增厚，表现为皮质骨沿种植体表面伸入骨髓腔，密度均匀。

2.4 不脱钙切片观察

光学显微镜下观察种植后3个月的磨片，可见经过氧化加碱处理的TNZS和CpTi种植体周围骨组织边缘光整，无骨组织缺损，无巨噬细胞聚集，种植体—骨界面间无纤维结缔组织介入，种植体和骨组织结合紧密，新生骨基质多，骨细胞密集。而未经过表面处理的种植体—骨界面的结合不如经过表面处理的好。见图4、5。

2.5 骨结合率定量检测结果

TNZS和CpTi两种材料表面处理组直接骨结合率无显著性差异[分别为（87.41±7.85)%、（86.52±8.53）%，P>0.05]，TNZS和CpTi两种材料未表面处理组直接骨结合率也无显著性差异[分别为（67.82±6.74)%、（67.47±7.13）%，P>0.05]，TNZS和Cp Ti两种材料的表面处理组和未表面处理组均有显著性差异（均P

3讨

论

经过氧化加碱处理后的种植体浸入SBF和FCS中，一段时间后其表面能形成一层磷酸钙涂层。X射线衍射分析显示，在SBF中浸泡的TNZS比在FCS中浸泡的TNZS表面形成的物质薄且致密，可见表面处理后的TNZS在SBF中容易形成良好的结合，可简单模拟表面处理的TNZS进入人体后种植体骨周围发生的变化。关于该涂层的形成机制还不十分清楚，但大多数人认为溶液中晶核的形成是诱导磷酸钙涂层的关键[5]。一旦磷酸盐晶核形成，就能自发地从溶液吸附Ca2＋、PO3－4到其表面并进一步形成无数的晶核，最后在其表面形成薄层。该涂层厚度较薄（

本实验在成功进行体外模拟实验的基础上，对有无氧化加碱处理的TNZS和CpTi进行了长达3个月的兔股骨内种植的对比研究。从X线摄片结果看，不同材料的X线影像表现都极为相似，种植体与骨组织间没有低密度影，种植体一端的骨皮质沿种植体表面向髓质骨内长入，使髓腔缩小且密度均匀，这种表现有别于一般的慢性炎症反应。

因骨组织与钛种植体的硬度相差悬殊，使得应用普通方法制片困难。国内大多将种植体从骨块中取出，将骨脱钙、脱水、石蜡包埋制片以观察形态，这样破坏了种植体—骨界面原有的一些细微结构，难以观察，本研究采用不脱钙种植体切片[12]。结合不脱钙切片对长入髓腔的皮质骨观察，发现这些皮质骨与种植体紧密贴合，由骨基质和骨细胞构成。环绕于种植体的皮质骨可使骨组织与种植体间更紧密地结合，这表明骨组织对氧化加碱处理的TNZS合金有良好的生理反应，氧化加碱处理使种植体具有更好的种植体骨结合能力。

本实验对种植体骨界面采用长度来计算直接骨性结合率，可准确反映种植体周围新骨组织生长情况和骨性结合的程度。Rupprecht等[13]报道，微波化学原浆蒸气沉积涂层种植体DCLF最高可达62.9％。王国平等[14]报道，HA涂层种植体DCLF在3个月可达68％，生物陶瓷涂层种植体可达70％，钛合金可达64％。定量组织学为骨内种植体组织界面提供了一种实验研究方法。本实验在3个月时直接骨性结合率检测结果显示，经氧化加碱处理的各组材料的直接骨性结合率明显高于未表面处理组，最高值达到88.11％。由此可见，氧化加碱处理方法可以有效提高合金的表面活性。至于是否可以应用于临床，由于本课题动物实验样本相对较少，尚无法得出最后的结论。

自主开发的氧化加碱方法处理亚稳β型低模量TNZS合金表面后生物相容性良好，这将为进一步优化合金成分和表面处理工艺提供指导，为该合金的临床应用提供理论依据，最终达到提高种植义齿的成功率、拓宽种植义齿临床使用范围的目的。在此基础上，我们将对TNZS合金进行深入研究，以期使其成为一种新型的种植材料应用于临床。

【参考文献】

[1]OSTUNI E，YAN L，WHITESIDES G M.The interaction of proteins and cells with selfassembled monolayers of alkanethiolates on gold and silver [J].Colloids Surf B，1999，15:330.

[2]HAO Y L，LI S J，SUN S Y，et al.Superelastic titanium alloy with unstable plastic deformation [J].Appl Phys Lett，2005，87:091906.

[3]LI S J，YANG R，NIINOMI M，et al.Formation and growth of calcium phosphate on the surface of oxidized Ti29Nb13Ta4.6Zr alloy [J].Biomaterials，2004，25(13):25252532.

[4]LI S J，YANG R，NIINOMI M，et al.Wear and bioconductivity characteristics of oxidized Ti29Nb13Ta4.6Zr [J].Mater Sci Forum，2004，449452:12771280.

[5]KOKUBO T，KUSHITANI H，SAKKA S，et al.Solutions able to reproduce in vivo surfacestructure changes in bioactive glassceramic AW [J].J Biomed Mater Res，1990，24(6):721734.

[6]KIM H M，MIYAJI F，KOKUBO T，et al.Preparation of bioactive Ti and its alloys via simple chemical surface treatment[J].J Biomed Mater Res，1996，32(3):409417.

[7]WEN H B，de WIJN J R，CUI F Z，et al.Preparation of bioactive Ti6Al4V surfaces by a simple method[J].Biomaterials，1998，19(13):215221.

[8]MORRA M，CASSINELLI C，MEDA L，et al.Surface analysis and effects on interfacial bone microhardness of collagencoated titanium implants:a rabbit model[J].Int J Oral Maxillofac Implants，2005，20(1):2330.

[9]HANAWA T，KON M，UKAI H，et al.Surface modification of titanium in calciumioncontaining solutions [J].J Biomed Mater Res，1997，34(3):273278.

[10]BROWN M，GREGSON P J，WEST R H.Characterization of titanium alloy implant surfaces with improved dissolution resistance [J].J Mater Sci Mater Med，1995，6:323329.

[11]OHTSUKI C，IIDA H，HAYAKAWA S，et al.Bioactivity of titanium treated with hydrogen peroxide solutions containing metal chlorides[J].J Biomed Mater Res，1997，35(1):3947.

[12]CANOSANCHEZ J，CAMPOTRAPERO J，GONZALOLAFUENTE J C，et al.Undecalcified bone samples:a description of the technique and its utility based on the literature[J].Med Oral Patol Oral Cir Bucal，2005，10 (Suppl 1):E7487.