[實(shí)用新型]一種基于蒸汽作用的金屬材料表面改性設(shè)備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220709776.7
• 申請日: 2012-12-20
• 公開（公告）號: CN203034077U
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張永君;夏蘭梅;沈軍;賈書功
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: C23C8/16
• 分類號: C23C8/16
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于材料加工工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于蒸汽作用的金屬材料表面改性設(shè)備。?

背景技術(shù)

表面改性是材料重要的應(yīng)用技術(shù)之一，在節(jié)約材料制造成本、提升材料使役性能、拓展材料應(yīng)用領(lǐng)域等方面發(fā)揮著巨大作用。以金屬材料為例，從傳統(tǒng)的碳素鋼到現(xiàn)代的以鎂、鋁、鈦等為代表的新材料，其應(yīng)用無不與表面改性技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。?

然而，現(xiàn)有的金屬材料表面改性技術(shù)，尤其是基于材料/電解液間化學(xué)、電化學(xué)反應(yīng)的表面改性技術(shù)，卻存在兩大缺憾：其一，以傳統(tǒng)“浸入”模式為主，即工件待處理表面需完全浸沒于溶液中才能完成反應(yīng)過程；其二，過度依賴各種化學(xué)品的使用。傳統(tǒng)“浸入”模式的最大缺陷是資源尤其是水資源的大量消耗及后續(xù)污水處理/排放量的劇增。隨著單工件體積或表面積的增加，尤其是對于大體積大面積工件而言，上述缺陷更為突出。此外，由于受溶液溫度的影響，“浸入”模式的溫度窗口較窄（常壓下一般不高于100℃）。化學(xué)品的大量添加帶來的主要問題則包括：1）原材料成本增加；2）工藝尤其是配方優(yōu)化難度加大；3）工藝窗口變窄，對操作人員的綜合素質(zhì)要求提高；4）電解液監(jiān)、檢測指標(biāo)增多，工藝維護(hù)頻次和難度加大；5）改性層的成分、結(jié)構(gòu)復(fù)雜化；6）產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性受到嚴(yán)重影響；7）健康和環(huán)境安全隱患及其次生危害顯著加大；8）廢液處理復(fù)雜化，等等。上述問題最終導(dǎo)致生產(chǎn)成本尤其是社會成本顯著增加。?

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型針對現(xiàn)有表面改性技術(shù)存在的上述問題，提供一種基于蒸汽作用的金屬材料表面改性設(shè)備。?

本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：?

一種基于蒸汽作用的金屬材料表面改性設(shè)備，其包括蒸汽發(fā)生器、蒸汽分配器、反應(yīng)艙、集液罐、載件臺和驅(qū)動(dòng)電機(jī)。其中蒸汽發(fā)生器經(jīng)進(jìn)氣閥與分布于反應(yīng)艙內(nèi)部的蒸汽分配器開口端之間通過管路密封連接；反應(yīng)艙艙底排液口與集液罐入口之間通過管路密封連接；驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定于反應(yīng)艙艙頂，其輸出軸朝下與載件臺之傳動(dòng)軸緊固連接。

進(jìn)一步優(yōu)化的，所述反應(yīng)艙艙底內(nèi)表面為碟形或圓錐形，或?yàn)榕c水平面成銳角的斜面，排液口位于艙底最低位置。?

進(jìn)一步優(yōu)化的，所述載件臺包括傳動(dòng)軸和載件桿，其中載件桿有二根以上，兩相鄰載件桿之間的夾角相等，各載件桿與傳動(dòng)軸之間的夾角亦相等；載件桿上部設(shè)有溝槽，或下端設(shè)有吊鉤。?

進(jìn)一步優(yōu)化的，所述蒸汽分配器為空心管，一端封閉，另一端開口并有緊固螺紋，管壁間隔開有孔。?

進(jìn)一步優(yōu)化的，所述反應(yīng)艙艙頂設(shè)有排氣閥和自動(dòng)泄壓閥，內(nèi)部設(shè)有溫度傳感器和壓力傳感器。?

本實(shí)用新型可以在上述基于蒸汽作用的金屬材料表面改性設(shè)備中，利用金屬與飽和蒸汽或過熱蒸汽之間的反應(yīng)，在金屬材料基體表面原位合成功能膜層。?

進(jìn)一步優(yōu)化的，所述飽和蒸汽的壓力為0.1-22.1MPa，對應(yīng)溫度為100-374℃。就飽和蒸汽而言，其壓力與溫度之間為一一對應(yīng)關(guān)系，因此，控制壓力即可同時(shí)實(shí)現(xiàn)控制其溫度的目的。?

進(jìn)一步優(yōu)化的，所述過熱蒸汽的壓力為0.1-22.1MPa，對應(yīng)溫度為該壓力下飽和蒸汽溫度以上0.5-600℃。在壓力保持一定的情況下，過熱蒸汽的溫度可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要進(jìn)行控制。?

進(jìn)一步優(yōu)化的，所述飽和蒸汽的水源為自來水、蒸餾水或去離子水。?

進(jìn)一步優(yōu)化的，所述飽和蒸汽和過熱蒸汽的水源為含0.5-200ml/L?H₂O₂、2.5-75g/LNaHCO₃、0.5-100ml/L乙酸、0.5-100ml/L氫氟酸、0.5-100ml/L鹽酸、0.5-100ml/L硝酸中至少一種的水基溶液。添加上述化學(xué)試劑的目的在于加速蒸汽/基體之間的反應(yīng)，同時(shí)加深反應(yīng)向基體推進(jìn)的深度，從而以更快的速度獲得更厚且微觀結(jié)構(gòu)更加多樣化的膜層。上述化學(xué)試劑可以其它具有揮發(fā)性的有機(jī)或無機(jī)化合物代替。?

需要指出的是，本實(shí)用新型中所指金屬材料包括：1）熱力學(xué)上能與水蒸汽發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的不同純度水平的純金屬，如純鋁、純鎂或純鈦等；2）分別以1）中金屬為基元，含不同合金組元及合金化水平的合金，如鋁基合金、鎂基合金或鈦基合金等；3）以1）中的純金屬或2）中的合金為基的復(fù)合材料；以及4）上述金屬材料的制品和5）含該金屬材料部件（組元）的制品。?