表面技术

表面技术（精选7篇）

表面技术 篇1

表面改性是指采用某种工艺和手段使材料获得与其基体材料的组织结构性能不同的一种技术。材料经过改性处理之后，既能发挥材料基体 的力学性能，又能使材料表面获得各种特殊性能，如耐磨，耐腐蚀，耐高温，合适的射线吸收等。

金属表面改性技术在冶金、机械、电子、建筑、轻工、仪表等各个工业部门乃至农业和人们日常生活中都有着广泛的用途, 其种类繁多。除常用的喷丸强化、表面热处理等传统技术外,近些年还快速发展了激光、电子和离子等高能束表面处理技术。今后, 随着物理学、材料学等相关学科的迅速发展, 还将不断涌现出新的表面改性技术。尤其是复合表面技术的发展, 有可能获得意想不到的效果。金属表面改性技术的飞速发展和不断创新, 将进一步推动其在工农业生产中的应用, 带来显著的经济效益。

传统的表面改性技术有：表面形变强化、表面热处理、表面化学热处理、离子束表面扩渗处理、高能束表面处理、离子注入表面改性等。

1、喷丸强化

喷丸处理是在受喷材料再结晶温度以下进行的一种冷加工方法, 是将弹丸在很高速度下撞击受喷工件表面而完成的。喷丸可应用于表面清理、光整加工、喷丸成型、喷丸校正、喷丸强化等方面。喷丸强化又称受控喷丸, 不同于一般的喷丸工艺, 要求喷丸过程中严格控制工艺参数, 使工件在受喷后具有预期的表面形貌、表层组织结构和残余应力场, 从而大幅度提高疲劳强度和抗应力腐蚀能力。实施喷丸时, 弹丸由专用的喷丸机籍助压缩空气、高压水流或叶轮, 高速射向零件受喷部位。常用弹丸有球形铸铁丸、铸钢丸和其它非金属材料制

成的弹丸。喷丸强化的效果用喷丸强度来表示, 与弹丸种类和形状、碰撞速度和密度、喷射方位和距离、喷丸时间等因素有关。表面喷丸提高金属材料疲劳强度的机理比较复杂, 涉及到塑性变形层(通常为011～018mm 厚)的组织结构变化(如位错密度、亚晶粒尺寸)和残余应力的变化。因此, 只有合理控制表面变形层内的变化, 才可能获得预期的喷丸强化效果。

早在20 世纪20 年代, 喷丸强化就应用于汽车工业。目前已成为机械制造等工业部门的一种重要的表面技术, 应用广泛。涉及的材料除普通钢外,还有高强度钢和各种有色金属;涉及的零件类型有弹簧、轴、齿轮、连杆、叶片、涡轮盘和飞机起落架组成件等。

2、传统表面热处理改性

传统的表面热处理技术可分为表面淬火和化学热处理两大类。它主要用来提高钢件的强度、硬度、耐磨性和疲劳极限。在机械设备中, 许多零件(如齿轮轴、活塞销、曲轴等)是在冲击载荷及表面磨损条件下工作的。这类零件表面应具有高的硬度和耐磨性, 而心部应具有足够的塑性和韧性。因此, 为满足其使用性能要求, 应进行表面热处理。表面淬火 ○表面淬火是把零件的表层迅速加热到淬火温度后快冷, 使零件表面层获得淬火马氏体而心部仍保持未淬火状态的一种淬火方法。表面淬火的目的是使零件获得高硬度的表层, 以提高工件的耐磨性和疲劳性能, 而心部仍具有较好的韧性。其设备简单、方法简便, 广泛用于钢铁零件。根据加热方法的不同, 可分之为火焰加热表面淬火和感应加热表面淬火。火焰加热表面淬火的淬透层一般为2-6mm。其特点是设备简单, 但加热温度高及淬硬层不易控制, 淬火质量不稳定, 使用上有局限性。感应加热表面淬火的特点是: 加热速度快, 零件变形小, 生产效率高, 淬火后表面能获得优良的机械性能;淬透层易控制, 淬火操作易实现机械化。但设备较贵, 形状复杂零件的感应器不易制造, 不宜单件生产。

2化学热处理 ○化学热处理是将金属零件放在某种介质中加热、保温、冷却, 使介质中的某些元素渗入零件表面, 从而改变零件表层成分、组织和性能的热处理方法。与其他热处理相比, 化学热处理不仅改变了金属的组织, 还改变了表面层的化学成分。根据渗入元素的不同, 可将化学热处理分为三类(如表1 所示)。其中, 应用最广泛的是非金属和金属元素渗入的化学热处理。

渗碳是向材料表面渗入碳原子的过程。钢件渗碳后经淬火, 回火处理, 可提高零件表面的硬度、耐磨性和疲劳强度, 而心部具有高的韧性。渗碳主要用作齿轮、活塞销等零件。渗氮是向材料表面渗入氮原子的过程。钢件渗氮的目的是提高零件表面的硬度、耐磨性、耐蚀性

及疲劳强度。零件经渗氮后不再需进行其它热处理。渗氮层具有比渗碳层更高的硬度、耐磨性和耐蚀性。由于渗氮温度低, 所以处理前后零件的变形小。通常, 将零件表面渗入铬、铝等金属元素的方法, 也称为表面合金化。同渗碳相比, 渗金属一般需要更高的温度和更长的保温时间, 渗层厚度也远比渗碳层薄得多。因为渗入金属原子在钢中进行的是置换扩散, 需要更大的激活能。化学热处理原则上可应用于一切金属材料, 而化学介质又无限多样, 它在改善材料性能方面存在巨大的可能性。目前, 主要将化学热处理用来改善钢铁零件的表面性能, 如钢表面的渗碳、渗氮及碳氮共渗、渗铬、渗铝等。而在有色金属材料中, 化学热处理应用较少。

3、高能束热处理表面改性 随着激光束、电子束、离子束等先进的材料表面加热和冷却手段的广泛应用, 激光处理、离子注入等强化金属材料表面层的新技术不断涌现, 从而诞生了激光表面淬火、离子注入强化等先进高能束表面改性技术。

高能束热处理的热源通常是指激光、电子束、离子束、太阳能和同步辐射等。它们共同的特征是: 作用在材料表面上的功率密度高(≥103W/cm2), 为非接触式加热, 加热、冷却速度快, 热作用区小, 可根据需要选择。其定向作用在金属表面, 使材料表层产生物理、化学或相结构变化, 从而达到金属表面改性的目的。近10 年来, 高能束热处理技术在工业中的应用发展迅速, 特别是激光束热处理技术, 在汽车、冶金、纺织、机械、电子等工业中获得了很多成功例证。激光表面改性 ○金属材料的激光表面改性技术是70 年代中期发展起来的一项高新技术。激光具有高辐射亮度、高方向性和高单色性三大特点, 可实现材料表面的快速加热和冷却。其热影响区的范围很窄, 几乎不影响周围基体的组织。若将激光束作用在金属表面上, 控制合适的工艺参数, 可显著改善其表面性能, 如提高金属表面硬度、强度、耐磨性、耐蚀性和耐高温等性能。

目前激光热处理在金属材料中得到了大量应用。除表面淬火外, 已经应用或正在开发的还有激光表面非晶化、涂覆、合金化和脉冲硬化等等。近年来, 把其它金属表面涂层技术和激光相结合进行的表面改性, 也获得了成功。激光表面淬火是目前应用最成功的激光表面热处理技术。它是利用高功率密度激光束(功率密度103～105W/ cm2)扫描金属材料表面, 材料表面吸收光束能量而迅速升温到相变点以上, 然后移开激光束, 热量从材料表面向内部传导发散而迅速冷却(冷却速度可达到104 ℃/ s), 从而实现快速自冷的淬火方式。激光表面淬火硬化层较浅, 通常为013 ～016mm。采用4～5kW 的大功率激光器, 能使硬化层的深度达3mm。由于激光加热速度特别快, 工件表层的相变是在很大过冷度下进行的, 因而得到不均匀的奥氏体细晶粒, 冷却后转变成隐晶或细针马氏体。激光淬火比常规淬火的表面硬度高15 %～20 %以上, 可显著提高钢的耐磨性。另外, 表面淬硬层造成较大的压力, 有助于其疲劳强度的提高。由于激光聚焦深度大, 在离焦点75mm 范围内的能量密度基本相同, 所以激光淬火处理对工件尺寸及表面平整度没有严格的要求, 能对形状复杂件(例如有拐角、沟槽、盲孔的零件)进行处理;激光淬火变形非常小, 甚至难以检查出来, 处理后的零件可直接送装配线;另外, 激光加热速度极快，表面无须保护;同时工艺操作简单, 也便于实现自动化。由于具有以上一系列优点, 激光表面淬火发展十分迅速, 其在机械制造生产中的应用将不断拓展。

2电子束表面改性 ○电子束改性技术是近30 年发展起来的局部表面改性技术。电子束也是一种高能密度的热源, 当它作用于金属表面时, 可根据工件改性的要求, 调整电子束束斑直径、功率密度、脉冲时间、作用形式等参数, 使其组织、性能按照人们需要的方向改变。

电子束表面改性可分为: 电子束表面淬火、表面晶粒细化改性、表面合金化改性、表面涂覆和非晶化改性等。早期, 电子束技术主要用于薄钢带、细钢丝的电子束退火改性和冲击淬火等。目前美国已经有比较完善的电子束加热退火炉, 用于处理钛、铌、铝、钽及核反应堆的金属材料。世界工业发达国家都先后开展了电子束改性的应用工作。如美国的Sciaky 公司在电子束焊接设备的基础上, 专门开发了用于电子束表面改性的设备。我国电子束表面改性实验始于1979 年, 但比激光表面改性技术的发展要缓慢得多, 其原因在于电子束改性设备、工艺的工业应用尚需系统化。

电子束表面改性特别适用于处理易氧化的金属、贵金属以及半导体材料, 因为它需要在真空条件下进行, 污染小, 材料不易氧化。可任意选择淬火部位进行加热, 其能量密度高达105W/ cm2 , 热影响区极小;由于作用时间短, 材料变形小, 可实现高精度、高速度、无惯性控制。主要缺点在于:真空条件下处理, 不利于大型件和流水线操作, 灵活性和适应性差, 生产效率低;易产生放射线, 有害健康, 需加防护措施。

3离子注入表面改性 ○采用离子注入技术作为金属表面强化的研究始于70 年代初, 并已取得了可喜的成就。离子注入是根据被处理材料表面所需要的性能, 选择适当种类的原子, 使其在真空电场中离子化, 并在高压下加速注入到材料表层。

离子注入将引起材料表层成分和结构发生变化, 以及原子环境和电子组态等微观状态的扰动,因此导致材料的各种物理、化学或力学性能的变化。

表面技术 篇2

高频冲击表面处理技术是利用高密度能量推动冲击工具 (冲击头) 以每秒二万次以上的频率冲击金属表面, 使表层产生较大塑性变形, 从而起到改变材料表面形貌和改善力学性能的作用。高频冲击可用于金属零件的表面强化处理, 特别是对提高焊接接头的疲劳性能效果显著, 其强化机理是:消除焊接残余拉应力, 引入残余压应力场;使焊趾处产生圆滑的几何过渡, 减低余高和凹坑造成的应力集中;闭合焊趾表层微小裂纹和消除熔渣缺陷。某牌号钛合金氩弧焊焊缝经高频冲击强化处理后可使疲劳强度提高15%以上。高频冲击也可用于金属零件的表面光整, 其工作原理是利用金属在常温状态下的冷塑性特点, 对金属表面进行无研磨剂的研磨、强化和微小形变处理, 使表面达到最理想的粗糙度;同时在零件表面产生压应力, 提高零件表面的硬度、耐磨性及疲劳性能。对某牌号铝合金表面光整处理结果表明, 原始表面粗糙度Ra2.6μm表面经高频冲击光整处理后, 表面粗糙度Ra达到0.1μm以下, 某牌号不锈钢表面处理后更可达到镜面水平。北京航空材料研究院表面强化与改性专业组长期以来致力于高频冲击表面处理技术的开发研究和推广应力, 该成果在航空制造领域已应用于钛合金零件的表面处理, 并取得良好的社会效益和经济效益。

刍议沥青路面表面处治施工技术 篇3

关键词：市政道路 工程 沥青表面处治 施工技术 要点

中图分类号：U416.217 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）12（c）-0-01

沥青路面的养护主要有小修保养、中修、大修和改建工程。在实际工程中用沥青和拌和法或骨料按层铺法铺筑而成的厚度不超过3 cm的沥青路面称为沥青表面处治路面。由于沥青表面处治层很薄，对路面结构的整体强度、刚度提高不多，其主要作用是改善行车条件延长路面使用寿命使它不直接遭受自然因素与行车的破坏进而保护下层路面结构层，采用表面处治技术进行罩面是处治措施主要是针对于基层基本完好和路面松散以及有网裂等较轻病害的道路而言经实践证明是经济可行的。沥青表面处治路面按嵌挤原则修筑而成，采用层铺法施工，即采用分层浇撒沥青、撒布骨料、碾压成型的方法铺筑沥青表面处治路面。在层铺法施工养护中按照浇撒沥青及撒铺矿料的层次通常分为单层式层铺法、双层式层铺法以及三层式层铺法。层铺法沥青表面处治是工程中广泛使用的一种沥青路面养护方法之一表面处治具有施工方便、抗滑性好且表面粗糙、所需机械设备少和工程造价低廉等优点。

1 市政道路沥青路面施工前准备工作

（1）施工机械准备：沥青表面处治施工要求沥青撒布车在整个宽度内喷撒均匀采用沥青撒布车喷撒沥青撒布时车速和喷撒量要保持稳定。若是小规模沥青表面处治施工，采用手摇的方式或机械式沥青撒布机撒布沥青，乳化沥青可以采用气压式或才用齿轮泵撒布机进行撒布作业，但不能采用柱塞式撒布机。手工喷撒，撒布均匀，喷撒工人要拥有熟练的技术。沥青表面处治施工采用6～8 t与8～10 t的压路机。在进行碾压时料不得有较多压碎要使骨料嵌挤紧密。如果是乳化沥青表面处治要求采用较轻的机械进行施工。（2）施工前准备：在进行沥青表面处治施工之前，基层要验收合格，要符合规范所规定的要求。施工要在路缘石安装完成后进行，基层必须要清扫干净。在施工前要对旧路进行细致的调查工作，对不同的路线和路段，分别拟订出不同的处理方案。对旧路的路型和路面平整度以及排水设施等要修整，如旧路为碎石或级配砾石，要将表面的泥土、砂和磨耗层以及一切杂物彻底清除干净，使石子外露部分保持干燥，坑坎应修补平整；如旧路为黑色路面，要将油包、油垄铲除，将坑洼处填平，表面清除干净，对强度不够、局部翻浆地段的路线，应进行加固；施工前应检查沥青撒布车的油泵系统、输油管道、油量表、保温设备等。将一定数量的沥青装入油罐后，应先在路上试撒，确定喷撒速度及撒油量。每次喷撒前喷油嘴应保持干净，管道应畅通，喷油嘴的角度应一致，并与撒油管成150～250的夹角，使同一地点接受两个或三个喷油嘴喷撒的沥青，并不得出现花白条。在有风的天气下不应使用三重喷撒高度。当采用撒布过热沥青的机械撒布乳化沥青时，必须将残留沥青除净，并用柴油清洗干净。骨料撒布机使用前应检查其传动和液压调整系统，并要进行试撒，确定撒布各种规格骨料时应控制的下料间隙及行驶速度，当进行半幅施工时，先在半幅等距离划分小段，并要按照规定用量备足骨料，以后每层按同样办法备料。

2 市政道路沥青路面表面处治施工技术控制措施

（1）浇撒透层或粘层油：首先对施工现场进行清扫基层及道路放样工作后碎石路面要求是清扫干净再喷洒透层油；在块石路面、旧沥青路面以及水泥混凝土路面上铺筑沥青表面处治路面时按规范要求在第一层沥青用量的基础上增加（15±3）%进行控制且不再另撒粘层油或透层油；沥青的撒布温度应根据沥青标号和气温条件进行选择其中石油沥青要在130～170 ℃之间，煤沥青要80～120 ℃之间，乳化沥青在常温下撒布，搭接良好前后两車喷撒的接茬处用建筑纸或铁板铺1.5±3 m的且加温撒布的乳液温度通常不能超过60 ℃，分几幅浇撒时撒布第二、三层沥青的搭接缝要错开纵向搭接宽度宜为15～20 cm。（2）铺撒：撒布主层沥青后要求及时扫匀用人工撒布或骨料撒布机第一层主骨料使其达到不露出沥青、全面覆盖、厚度一致且骨料不重叠的要求。积料过多的将多余骨料扫出局部有缺料的应当适当找实，两幅搭接处，第一幅撒布沥青要暂留10～15 cm宽度不撒布骨料待第二幅一起撒布。（3）碾压：撒布主骨料施工完成以后无需全段撒布完成可立即采用6～8 t的双轮钢筒压路机从路边向中心进行每次轮迹重叠约30 cm进行碾压3～4遍即可也可通过试验确定具体压实遍数，碾压速度初始阶段控制在2 km/h以内以后可适当增加。第二、三层的施工方法和要求应与第一层相同，但是要采用8 t以上的压路机碾压。（4）养护及开放交通：沥青表面处置施工后应进行初期养护用嵌缝料进行且其应与最后一层石料规格相同当发现有泛油时应在泛油处补撒嵌缝料并应扫匀。当有过多的浮动骨料时，应扫出路面，并不得搓动已经粘着在位的骨料。若有其他破坏现象，也应及时进行修补，除了乳化沥青表面处置应待破乳后水分蒸发并基本成型后方可通车外，沥青表面处治在碾压结束后即可开放交通。

在通车初期应设专人指挥交通或设置障碍物控制车辆使路面全部宽度均匀压实。在路面完全成型前，严禁重力车及铁轮车行驶并应限制行车速度应严格控制在20 km/h以内。

3 质量控制要点

（1）表面要平整、均匀、嵌挤密实，不得有松散、油包、油丁、裂缝、波浪、泛油等现象，沥青浇撒要均匀，不得污染其他构筑物。（2）嵌缝料必须扫慢均匀，不得有重叠现象，沥青表面处治要确保各工序紧密衔接，每个作业长度要根据施工能力确定，并在当天完成。（3）人工撒布骨料时要等距离划分段落备料，撒油时应对道路人工构造物及各种管井盖座、侧平石、路缘石等外露部分以及人行道道面等加遮盖防止污染。（4）沥青表面处治应在干燥和较热的季节施工，并应在雨期及日最高温度低于15 ℃到来以前半个月结束，使表面处治层通过开放交通进一步压实、成型稳定。（5）沥青表面处治不得在潮湿的基层或骨料上进行撒油施工。如果施工过程中遇到雨淋，应等到基层或骨料晾干后，才能继续进行施工。

4 结语

沥青路面通过及时良好的养护可有效的减缓路面破损状况的发展使路面质量和使用寿命大大提高。沥青路面使用寿命的延长在很大程度上与日常养护有着十分密切的关系关，市政道路的沥青路面表面特性的要求极高养护管理部门应根据路况评价结果和所选择的养护维修对策，统筹安排路段的养护优先次序，重点考虑交通量大、破损较严重路段的养护维修工作，制定好养护维修计划。

参考文献

[1]孙健.浅谈市政道路工程中沥青表面处治施工技术[J].科技创新导报，2011（36）：97.

等离子体表面处理技术 篇4

前言：随着高科技产业的讯速发展，各种工艺对使用产品的技术要求越来越高。等离子表面处理技术的出现，不仅改进了产品性能、提高了生产效率，更随着高科技产业的迅猛发展，各种工艺对使用产品的技术要求也越来越高。这种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。正是这种广泛的应用领域和巨大的发展空间使等离子表面处理技术迅速在国外发达国家发展起来。

一、等离子体表面改性的原理

等离子，即物质的第四态，是由部分电子被剥夺后的原子以及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气状物质。它的能量范围比气态、液态、固态物质都高，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。其作用在物体表面可以实现物体的超洁净清洗、物体表面活化、蚀刻、精整以及等离子表面涂覆。

二、等离子体表面处理技术的应用

1、在工艺产业方面的应用 1）、在测量被处理材料的表面张力

表面张力测定是用来评估材料表面是否能够获得良好的油墨附着力或者粘接附着品质的重要手段。为了能够评估等离子处理是否有效的改善了表面状态，或者为了寻求最佳的等离子表面处理工艺参数，通常通过测量表面能的方式来测定表面，比如使用Plasmatreat 测试墨水。最主要的表面测定方式包括测试墨水，接触角测量以及动态测量 评价表面状态

低表面能, 低于 28 mN/m

良好的表面附着能力，高表面能

2）预处理 – Openair® 等离子技术，对表面进行清洗、活化和涂层处理的高技术表面处理工艺

常压等离子处理是最有效的对表面进行清洗、活化和涂层的处理工艺之一，可以用于处理各种材料，包括塑料、金属或者玻璃等等。

使用Openair® 等离子技术进行表面清洗，可以清除表面上的脱模剂和添加剂等，而其活化过程，则可以确保后续的粘接工艺和涂装工艺等的品质，对于涂层处理而言，则可以进一步改善复合物的表面特性。使用这种等离子技术，可以根据特定的工艺需求，高效地对材料进行表面预处理。

使用等离子技术 清洗玻璃

在后续加工过程前 活化聚丙烯材料

使用等离子聚合工艺 进行表面涂层处理

2、等离子表面改性技术在工业上的应用

1）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。2）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。3）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3~4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）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。5）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2~4倍

3、在医用高分子领域的作用 1)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。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)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。4)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。5)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。

沥青混凝土路面表面处治技术规范 篇5

1.一般要求

(1)对各种材料都必须按规定要求进行试验，经评定分析后合格才能使用，(2)对于集料的粒径应以方孔筛为准。(3)任何材料进场时都应登记，签发材料验收单。

2.道路石油沥青

(1)沥青表面处治采用的沥青材料应符合规范规定。(2)沥青面层所用的沥青标号应根据地区气候条件，施工季节气温进行选择。(3)沥青贮运站必须将不同来源、不同标号的沥青分开存放。沥青使用期间，沥青罐或贮油池中贮存的温度宜于130℃-180℃。(4)道路石油沥青在贮运、使用及存放过程中应有良好的防水措施，应避免再用水或热管道蒸汽进入沥青池中。

3.粗集料

(1)用于沥青面层的粗集料包括碎石、破碎碎石、筛选砾石、破碎砾石和符合要求的矿渣等。(2)粗集料的粒径规格规范“沥青表面层用粗集料规格”的规定选用。(3)粗集料应该洁净、干燥、无风化、无杂质、强度、耐磨耗性。

二、施工工艺

1.试验路介绍

试验路全长3km，700m为一个试验路段，每个试验段采用不同的结构形式。具体结构形式如下：A结构：SBS改性沥青+300g/m2长纤+(5-10)mm粒径碎石;B结构：SBS改性沥青+300g/m2短纤+(5-10)mm粒径碎石;C结构：SBS改性沥青+200g/m2长纤+(5-10)mm粒径碎石;D结构：SBS改性沥青+200g/m2短纤+(5-10)mm粒径碎石，

备考资料

2.施工准备工作

(1)原材料

①沥青材料。沥青表面处治沥青材料要求渗透性好、凝结时间短、良好的粘结力、便于浇洒和施工、耐久性良好，常用沥青材料有道路石油沥青、煤沥青或乳化沥青。道路石油沥青是修筑沥青表面处治理想材料，由于道路石油沥青渗透性较差，为提高粘结力，应该在基层上应浇洒透层，当采用液体石油沥青时选用快凝液体沥青，以缩短成型期。施工时不同沥青用量应根据施工气温、沥青标号、基层来确定，采用煤沥青时沥青用量应比石油沥青的用量增加15%-20%。采用乳化沥青时，乳液用量应按沥青含量折算道路石油沥青、乳化沥青和煤沥青的类型和标号按规定选用。

②集料。集料尺寸应与施工厚度相当，集料尺寸最大与最小比应不大于2.其规格和用量应符合相关规格。当采用乳化沥青时，为减少乳液流失在集料中掺加20%以上较小粒径的集料。

(2)机械参数控制

施工前先试铺，确定摊铺速度及均匀性。压路机采用胶轮压路机，可以保证压实度。矿料撒布机施工前进行试撒，确定撒布速度和撒布均匀性。

(3)原路处理

刀具表面改性应用技术概述 篇6

随着制造技术全球化发展趋势,特别是以高、精、尖的精加工设备为主流,所以对制造业带来巨大的挑战,而刀具在制造加工中起到关键性的作用。但是中国刀具技术的发展现状不容乐观,中国市场需要大量的高性能的刀具。特别是通用机械制造领域,离不开刀具加工。尤其是在汽车制造、飞机制造中应用比例较高,其中汽车工业是消耗机床刀具的大户,占全球总刀具消费量的一半以上。

目前刀具表面强化是提高刀具性能的重要技术,主要有表面涂层、离子渗氮、阳极氧化和气相沉积等。新型刀具开发的方向应是更耐热,导热更好,更耐磨,韧性也更高。而单一的刀具表面强化处理方式已不能满足其性能要求,因此,一些新的表面强化技术得以发展,被开始广泛应用于刀具研究领域制造,以适应发展的要求。

1 传统刀具表面改性的方法

1.1 热喷涂

热喷涂技术是利用热源将喷涂材料加热至熔化或半熔化状态,并以一定的速度喷射沉积到经过预处理的基体表面形成涂层的方法。使普通材料达到防腐、耐磨、抗高温、抗氧化、隔热等多种功能,并起到节约材料、提高能源的效果。

近年来对超音速喷涂技术的研究也迅速增多,并取得了很大成果。王海军[1]等人采用超音速等离子喷涂技术制备了在Al-10Si合金基体上的纯Mo和Mo+30%的涂层,用随机配置的能量色散谱仪分析涂层成分,并利用GENESIS型X射线衍射仪分析涂层的相结构。通过对涂层微观组织、显微硬度、结合强度和环块滑动摩擦磨损等试验表明,Mo+30%的涂层综合性能优于纯Mo涂层,涂层中的Ni-Cr固溶体对涂层具有固溶强化作用及铬的硼化物(Cr2B)、碳化物(Cr3C2)等硬质相的弥散强化,提高了涂层的硬度,起到了耐磨支撑作用。

类晶材料是近几年发展的一种新型的热喷涂复合材料,已在汽车、冶金行业得到广泛的应用。林惠令[2]等人在第七届国际热喷涂研讨会上综述了钛酸钾晶须复合材料在热喷涂技术中的应用,酸钾晶须复合材料是世界上新一代高性能复合材料,是一种细小纤维状的亚纳米级材料,具有十分优良的力学性能和物理性能:高强度、耐磨损、高模量、耐高温、隔热、高电器绝缘及优异的红外反射性能。

1.2 阳极电镀处理

阳极电镀是一种化学电镀表面覆盖处理的方法,可以改变产品的外观,改善表面颜色和纹理结构。最常见的是对钛和铝进行阳极电镀表面处理。使用不同的电压,可以产生不同的颜色(高电压=深颜色,低电压=浅颜色)。

自电力工程开始使用瓷绝缘子以来,电瓷工业的发展极为迅速,电瓷成形刀具亦愈来愈受到重视。为此,从1937年始,开展了在电瓷成形刀具上电镀碳化硼粉的研究工作,研究表明通过电镀的方法可以在极性材料上镀上具有高耐磨性的非极性材料,提高了成形刀具使用寿命,并在其他相对滑动磨损较大的场合,也可以采用这种方法提高其耐磨性。

近几十年发展起来的脉冲电镀Ni-Co合金技术有了较大发展,合金镀层具有良好的物理、化学和机械性能。宫晓静[3]等在高频(20~40 k Hz)下,采用脉冲电镀法在1Cr18Ni9Ti不锈钢上制备了镍钴合金,结果表明高频脉冲镀Ni-Co合金的显微硬度均比直流镀层高;镀层的显微硬度随着硫酸钴浓度的增加而提高;直流脉冲制得的镀层在不同温度热处理时有最大值;脉冲频率与镀层的致密性有着紧密关系,随着频率的增加而变得致密。

1.3 气相沉积

a)化学气相沉积(CVD)

化学气相沉积(chemical vapor deposition,CVD)是利用气态物质在固体表面进行化学反应,生成固态沉积物的过程。美国在CVD法提高金属线或金属板的耐热性与耐磨损性方面进行了深入的研究,20世纪60年代后,CVD法应用于宇航工业的特殊复合材料、原子反应堆材料、刀具、耐热耐腐蚀涂层、半导体工业等领域。

采用化学气相沉积硬质合金刀具,提高了刀具的使用寿命和生产效率。在硬质合金衬底上涂覆的金刚石薄膜可制成涂层刀具,涂层拉丝膜、涂层喷嘴和其他涂层零部件,涂层的物理和化学性能都能达到或非常接近天然金刚石的水平。且CVD涂层刀具的抗冲击性能优于PCD刀具,适用于非铁材料的粗加工和半精加工,其刀具寿命比硬质合金刀具提高3~10倍,被加工工件越硬,刀具使用寿命越长。化学气相沉积技术主要应用于硬质合金类刀具的表面涂层,这种涂层刀具主要适用于中型、重型切削的高速粗加工及半精加工中。

杨莉等[4]采用不同的预处理方式浸蚀YG6硬质合金基体表面,随后在热丝化学气相沉积装置上沉积了金刚石薄膜。结果表明,硬质合金基体表明粗糙,金刚石薄膜形核密度高,结晶品质好,金刚石涂层与硬质合金基体结合良好。

姚成志等[5]采用偏压增强热丝化学气相沉积法,以硼酸三甲酯为掺杂源,以WC-Co硬质合金刀具为衬底,制备了不同掺硼浓度的金刚石薄膜涂层刀具,分析了硼元素对薄膜质量和刀具性能的影响。结果表明:硼掺杂可以有效抑制刀具表明钴的扩散,改变金刚石薄膜的成分,随着掺硼浓度的增加,金刚石薄膜的晶粒变小。通过对碳化硅颗粒增强铝基复合材料的切削加工实验表明,在适当的掺硼浓度下金刚石薄膜涂层刀具的切削性能得到显著的改善。

石玉龙等[6]采用辅助加热PVCD装置对直齿铣刀进行涂敷氮化钛处理。试验结果表明:高速钢基体上沉积的Ti N膜与基体结合良好,PCVD-Ti N膜显微硬度可以达到2 000HV,未经涂镀的铣刀刃角磨损很大,经过涂镀后的铣刀刃磨较均匀,镀膜处理后铣刀的使用寿命是不镀膜铣刀的2.5倍,大大提高了刀具的使用寿命。

b)物理气相沉积(PVD)

物理气相沉积是利用电弧、高频电场或等离子体等高温热源将原料加热至高温,使其气化或者形成等离子体,然后通过骤冷,使之凝聚成各种形态的材料(如晶须、薄膜、晶粒等)。其原理一般基于纯粹的物理效应,但有时也与化学反应相关联。

与化学气相沉积相比,物理气相沉积具有镀膜材料广泛,镀料汽化方式不受温度的限制,沉积粒子能量可以调节反应活性高,可沉积各种类型薄膜,无污染,有利于环境保护等优点。

最早利用TIC和TIN 2种材料进行物理气相沉积的刀具,具有抗磨料磨损能力强,有高的抗刀面磨损和抗月牙洼磨损的能力,适于加工钢材或切削易于粘在前刀面上的材料,

采用物理气相沉积技术在硬质合金刀具上作的Ti ALN涂层刀具,由于Ti ALN具有很高的高温硬度和抗氧化能力,故刀具能抗900℃高温,同时在高速加工时,涂层表面会产生非晶态的Al2O3薄膜,对涂层起到了保护的作用。Balzers公司试验的Al Cr N涂层刀具硬度可达3 200 HV,当温度达到1 000℃时,刀具能保持原有的硬度,同时这层涂层还能保护刀具基体不氧化;在Al Cr N涂层的基础上,又推出Ti Al N+Al Cr N基的涂层刀具,赋予刀具良好的红硬性和抗高温氧化的能力。

在刀具传统表面改性的方法中,常用化学气相沉积法(CVD)和物理气相沉积法(PVD)为主,虽然这2种方法在生产实践中已日渐成熟,但仍存在一些不足,其中较突出的问题是刀具的表面涂层与基体间的界面结合强度较低,涂层易剥落,因此涂层不能做得太厚,以免使涂层刀具使用寿命的提高受到限制,切削中一旦涂层被磨掉,刀具就会迅速磨损。此外,涂层刀具基本上不具备重磨性,这将限制其在粗加工和大型加工设备中的应用。

蔡志海等[7]利用多弧离子镀技术在YT14硬质合金刀具上制备了Cr Ti Al N复合涂层,对不同偏压条件下Cr Ti Al N复合膜的表面形貌、硬度、结合性能进行了系统研究,试验表明:Cr Ti Al N复合涂层的主要成分为Cr、Ti、Al、N、O,相组成为Cr、Cr N、Cr2N和Ti N晶体相与Al N非晶相。在干式切削条件下,不同涂层刀具的切削寿命的排序依次为Cr Ti Al N>Ti Al N>Ti N未涂层。

2 新型刀具表面改性的方法

2.1 离子注入技术

离子注入法是指在离子注入机中把离子加速成具有几万到几十万(甚至几百万)电子伏能量的束流,注入到固体材料的表层内,获得高硬度(2 000~4 000 HV)的硬化层表面,离子注入的整个系统保持真空状态,避免离子中性化和外来原子(分子)对注入的影响,以便得到最佳的均匀性。

20世纪80年代中期,一些研究人员已经开始探索将离子注入作为一种改进切削刀具的方法。张通知[8]等在硬质合金刀具上进行N离子注入,由于N离子注入硬质合金刀具中,使WC的晶面间距增加,同时也形成了Co3O4新的析出相,它在Co粘结相中形成的金属化合物,减少了Co的塑性流动,从而阻止了Co粘结相的移动,可动的间隙原子N,在磨损期间产生了牵制和阻碍位错运动的作用,形成了硬表面层。这种作用的连续性是由于在磨损过程中产生的高温和应力条件下,注入的N原子可以向内部迁移,使实际耐磨层增厚[9],摩擦试验表明,刀具表面越硬,磨损量越少,耐磨性提高4~6倍,从而明显增加了刀具的耐用度。

Krishnamurthy[10]研究过氧化物陶瓷刀具的氮注入,外加注入能量为90ke V,离子剂量为1×1016离子/cm2,结果表明:注入陶瓷刀具的性能优于未注入陶瓷刀具,原因是由于刀具和工件材料之间黏附磨损的减少,离子注入似乎减少了一贯出现于未注入刀具前面的剥落。

吴起白等人[11]研究发现,进行Ti+Y双元注入时,在试样表层可能形成Y的氧化物膜层,在离子注入过程中,由于反冲击碰撞和级联过程,吸附在试样表面的氧原子进入到表层晶格中。因Y和O亲和力很大,遂在试样表面和最表层形成Y的氧化物(Y含量高达30%)。此层很薄,但结构致密并且缝合在注入层中的合金氧化物膜层(同时含Ti、C),这样对降低材料表面的摩擦系数,提高耐磨性是十分有益的。

2.2 等离子体技术

等离子体化学气相沉积技术原理是利用低温等离子体(非平衡等离子体)作能量源,工件置于低气压下辉光放电的阴极上,利用辉光放电(或另加发热体)使工件升温到预定的温度,然后通进适量的反应气体,气体经一系列化学反应和等离子体反应,在工件表面形成固态薄膜。它包括了化学气相沉积的一般技术,又有辉光放电的强化作用。

等离子熔敷复合材料涂层技术具有能量利用率高、生产效率高、使用成本低等特点,制备的涂层组织均匀细小,具有典型的快速凝固特征,涂层与基体结合良好,耐磨损耐腐蚀。夏志迎[12]用脉冲高能量密度等离子体沉积薄膜技术和等离子熔敷耐磨耐蚀复合材料涂层技术对地铁施工用盾构刀具的刀刃及刀体易磨损面进行表面改性处理。研究表明,在不锈钢及淬火高速钢基底表面沉积的Ta(C)N三元薄膜硬度高达14 GPa,杨氏模量高达250GPa,薄膜和基底之间存在较宽的过渡层,保证了薄膜与基体的牢固结合,薄膜具有优异的摩擦磨损性能。在盾构刀具刀体易磨损面上制备了(Cr,Pe)_7C_3/γ-Fe耐磨耐蚀复合材料涂层,刀具的耐磨耐蚀性能显著提高,刀具的服役周期明显延长。

郑亚军[13]利用等离子增强磁控溅射方法在硬质合金表面制备Ti(Cr,Al)Si C(O)N涂层,通过对涂层和硬质合金基体在空气中进行600℃高温处理研究涂层相结构、膜基结合力及硬度。实验表明:硬质合金基体氧化明显,而涂层在600℃没有发生氧化,膜-基结合强度和硬度等性能保持不变。

2.3 激光技术

激光加工技术的研究始于20世纪60年代,但直到70年代初研制出大功率激光器之后,激光表面处理技术才获得实际的应用,并在近10年内得到迅速的发展。激光表面处理技术是在材料表面形成一定厚度的处理层,可以改善材料表面的力学性能、冶金性能、物理性能,从而提高零件的耐磨、耐蚀、耐疲劳等一系列性能。

王华明[14]等人在实验室中进行的在大型复杂钛合金结构件激光直接快速成形技术及激光熔覆难熔金属硅化物高温、耐磨、耐蚀多功能涂层材料等方面的最新研究及应用进展:“高性能金属结构件激光直接快速成形制造技术”,利用快速原型制造(RPM)的基本原理,通过金属材料快速凝固激光熔覆逐层沉积,直接由零件CAD模型一步完成组织致密、成分均匀、性能优异的高性能近终形复杂金属零件的快速成形制造。采用该技术可在无需毛坯制备、无需模具加工制造、无需重型或超重型锻铸工业基础设施等的条件下,直接实现钛合金、高温合金、金属间化合物等高性能‘近终形’复杂零部件的无模快速成形制造,是一种代表着先进制造技术与材料技术发展方向,将“高性能结构材料设计、制备与‘近终形’高性能复杂零件直接成形制造”有机融为一体的“无模”、非接触、无污染、数字化、知识化成形制造新技术。

哈尔滨工业大学应用化学系周德瑞[15]等人对激光表面改性技术做了大量的研究工作,总结了激光表面改性工艺的非平衡处理、非接触加工、自冷淬火、变形少、周期短等特点,并综述了当采用了激光表面改性技术时,使得以钢铁、有色金属(Al、Mg、Zn、Ni等)为基体的材料耐腐蚀性能都有明显的提高,是一种有效的腐蚀防护方法。

2.4 离子束辅助沉积(IBAD)

离子束辅助沉积(ion beam assisted thin film deposition,IBAD)是在气相沉积镀膜的同时,利用高能离子轰击薄膜沉积表面,对薄膜表面环境产生影响,从而改变沉积薄膜成分、结构的过程。这一薄膜制备手段的优点是:合成的薄膜致密,附着力强,能够在低温下合成,可以合成一些用常规手段难以获得的特殊薄膜材料,等等。这一技术开始于20纪世70年代,到80年代中期受到普遍重视,目前已成为国际上广泛关注的新型薄膜制备手段[16]。

IBAD技术可明显地改善材料表面强度,提高耐磨、耐腐蚀性,这些保护薄膜和材料结合紧密,具有良好的均匀性。立方氮化硼薄膜(c—BN)的硬度仅次于金刚石,具有耐高温、高压和宽禁带的性质。江海[17]等人研究表明,硼蒸汽在氮离子束轰击下,在未加热的硅片上沉积,所有的氮都和硼结合在一起,并且薄膜的硬度是硅基板的3~5倍。

采用IBAD技术制备TIN薄膜,具有温度低,薄膜结合力强的优点。李曙光[18]研究表明,经过离子束增强沉积TIN薄膜的模具,表面机械强度大大提高,减少粘连的现象,有效寿命延长数倍。TIN薄膜广泛应用于机械零件中,也用于刀具表面处理及易磨损部件表面镀膜等。

3 未来刀具表面改性的研究方向

1)研发新的刀具涂层

研究新型的多层、高硬度、高韧性的涂层,若工艺超均一化、新型涂层工艺和新涂层材料、新型添加材料与热处理工艺上领先,谁就能在世界上占主导地位。

2)研发高效能的刀具

高效切削已经成为现代制造的主流,而聚晶立方氮化硼刀具在其中扮演着不可缺少的角色。目前,我国刀具制造业还停留在传统的发展模式上,无法满足现代制造业对高效刀具的需求,故研发高效能的刀具适应现代制造业的发展势在必行。

3)研发超硬材料刀具

超硬材料刀具的发展是现代制造业发展的重要基础。美、德、日等世界制造业的国家无一例外都是刀具产业先进的国家。超硬材料刀具不但是推动制造技术发展进步的重要动力,是提高产品质量、降低加工成本的重要手段。今天先进的数控机床已经成为现代制造业的主要装备,它与同步发展起来的先进超硬材料刀具一起共同推动了加工技术的进步。

我国机床工具行业对现代金属切削刀具与传统刀具的差别缺乏足够的熟悉,长期以来重主机、轻工具,在发展战略上超硬材料刀具与数控机床的发展严重脱节,使我国超硬材料刀具技术的发展和行业水平与现代制造业的要求相差甚远。

表面技术 篇7

镶嵌

青铜镶嵌工艺，即在青铜器表面预留的纹饰沟槽中，镶嵌与青铜器本体不同色泽的材料，凸现或点缀器物表面绚丽华美的纹饰或铭文。按镶嵌材料，可分为非金属和金属镶嵌两大类。非金属镶嵌材料有绿松石、玉石、蓝琉璃、玛瑙等宝石，以早期绿松石镶嵌最为典型；金属镶嵌材料有红铜、金、银等。

镶嵌绿松石

绿松石镶嵌工艺，早在夏代晚期已经被应用于青铜器的美化装饰。迄今所发现的早期镶嵌绿松石铜器，有河南偃师二里头文化遗址出土的多件镶嵌绿松石牌饰等器物，其中一件镶嵌绿松石兽面文牌饰（图一），整体形似盾牌，两侧附有四个穿孔，可能为穿线佩戴装饰件。X光无损探伤检验表明，该铜牌表面预先被铸成凹槽面与线条兽面纹饰，然后用生漆、树胶等天然粘合材料胶镶嵌绿松石病打磨光整。所嵌绿松石形状各异，排列规整，翠绿的宝石与金色的青铜线条构成精美的突目兽面纹图案，煞是好看。

上海博物馆收藏的一件夏代晚期镶嵌十字纹方钺（图二），当是作为仪仗用具。器物方形平刃，阑旁有两方孔，器物中心有一圆孔，周围用绿松石镶嵌两道同心圆，其间又镶嵌十字纹六组。从其X光片上分析，方钺本体用陶范法铸造，表面预先铸成两面相对应的十字纹和圆环凹槽，再将精心加工的绿松石从方钺两面分别嵌入。

早期的绿松石镶嵌工艺主要用于平面的简单器物。至商代晚期青铜镶嵌工艺趋于成熟，开始应用于装饰青铜容器。如商代晚期镶嵌绿松石兽面纹方缶（图三），遍身镶嵌绿松石，即使肩部每面中间的浮雕小牺首上亦镶嵌绿松石。这类满身嵌饰绿松石的青铜礼器在古代青铜器中并不多见，而且绿松石保存很好，可见当时镶嵌绿松石水平已经很高。

西周至春秋早、中期，镶嵌绿松石工艺多用于青铜兵器上。春秋晚期至汉代，非金属镶嵌工艺臻于鼎盛，多用于青铜兵器和礼器的表面装饰。如上海博物馆藏春秋晚期镶嵌龙纹鼎（图四）的兽目以小圆形绿松石镶嵌，著名的越王勾践剑的剑格上也镶嵌有华丽的绿松石（见图十七）。

镶嵌红铜

红铜具有良好的延展性，镶嵌于青铜器表面能形成色彩对比鲜明的纹饰图案。实验研究表明，青铜器表面镶嵌红铜有两种工艺。一种称为“镶嵌法”，即用煅制的纯铜丝或片，压入预先铸出的纹饰凹槽内。通常凹槽口沿窄，内底宽，断面成梯形，使压入的红铜不掉落。另一种称为“铸镶法”，红铜花纹先铸造成形，然后将花纹固定在预铸青铜器的型腔内，浇铸时嵌在器表形成红铜纹饰。

镶嵌红铜最早的实物是商代的戈和钺，但春秋中期之前镶嵌红铜工艺发展缓慢。春秋晚期到战国早期，镶嵌红铜工艺盛极一时。纹饰题材除了沿用商周时期铸造纹饰中的鸟兽纹外，还有表现当时现实社会生活的题材，如水陆攻战、狩猎宴乐、采桑等。

“镶嵌法”红铜纹饰器物，如图四所示1923年山西浑源李峪村出土的春秋晚期镶嵌龙纹鼎，盖面和器腹用红铜丝线镶嵌；同墓所出的镶嵌狩猎纹豆，自器盖到圈足满饰红铜纹饰，描绘了猎人在兽群中勇武行猎的生动场景（图五）。

“铸镶法”工艺可能源于商周时期陶范铸造过程中所常用的金属芯撑技术。如春秋时期夆叔匜（图六），其腹部的红铜龙纹在内外壁相对应位置都可见，应与器壁同厚，可以起到金属芯撑得作用。另1978年河南固始侯古堆出土的春秋晚期镶嵌红铜龙纹方豆，从其纹饰脱落处可以看到，红铜纹饰沟槽的后面均有一块金属芯撑（图七），显然是为固定红铜纹饰便于浇注器体而设。1978年湖北随州战国早期曾侯乙墓出土了多件镶嵌红铜器物，其中一件盥缶（图八）的红铜纹饰经检验为含铜量约98%，含锡1～2%，铸态组织。因此，结合模拟实验可以认为，此类红铜纹饰以铸造成形，然后固定于外范型腔面上，在浇铸器体时实现镶嵌。

此外，1965年四川省成都市百花潭出土的战国早期镶嵌宴乐攻战纹壶（图九），壶身满饰镶嵌纹饰，由上而下分别展现了习射与采桑的日常生活情景、宴乐武舞与弋射的其乐融融的场面、水陆攻战的激烈战场、狩猎及由双兽组成的桃形图案。X射线探伤检测结果显示，壶身纹饰大多呈低灰度白色，显然镶嵌物并不是通常认为的红铜，而是一种密度高于铸器青铜的其他金属（图十）；有些部位纹饰呈高灰度黑色，为纹饰槽中镶嵌物脱落所致。

嵌错金银

金银在中国古代很早被发现和利用，其延展性在金属中占据前两位，又具有较高的抗拉强度，可以锻打至细如毫发的程度。所谓嵌错金银，就是利用金、银与青铜器不同的色泽，在铜器表面加工的沟槽中嵌错纹饰或铭文，然后用错石打磨器表至平整的一种工艺。

春秋时期错金银青铜器比较罕见，主要用于嵌错装饰兵器上的铭文。如1994年河北邢台葛家庄出土的春秋时期错金鸟篆铭戈（图十一），援两面共有错金鸟篆铭文“玄釒翏赤鑪之用戈”八字，每面四字，金黄色的铭文熠熠生辉，笔画细腻流畅，表明当时的错金工艺水平已很高超。

战国早期到西汉时期是嵌错金、银工艺的鼎盛阶段，嵌错工艺运用得更加灵活，富于变化。在各种器型的青铜器上多能看到线条自然流畅、纹饰繁缛精美、图案鲜明跃动的错金银装饰。1977年河北平山中山王墓出土的战国中期错金银龙凤方案（图十二），全器运用了铸接、铸焊、焊接或榫卯等精湛的铸造工艺，将结构复杂的方案组成一个疏密得当，动静结合的艺术品。并以嵌错金银为装饰，使整器璀璨华丽、光彩夺目。同墓出土的4件错银鸟纹双翼兽（图十三），以银的白色勾勒出双翼兽的口、眼、耳、鼻、毛、羽和遍体的漫圈云纹，以及背部两只蟠曲云中的对称鸟纹，使神兽形象更加栩栩如生。而且，表面错银纹饰刻画细腻，技术娴熟。

鎏金银

鎏金工艺是用金—汞合金涂抹在金属器物表面，经烘烤驱除汞后，使金层留在金属器物表面的一种装饰加工工艺，也称火镀金或汞镀金。鎏银与鎏金相似，使用的是银与汞的合齐。根据现有出土资料，中国至迟在战国时期就已经发明了鎏金技术。

目前出土的早期鎏金器物主要是战国时期的带钩、车马饰等小型铜器，如1965年河北平山出土的战国中期鎏金兽纹带钩（图十四），以局部或通体鎏金作为表面装饰，金光闪亮，是早期鎏金青铜器中保存较好的精品。

鎏金技术发展至汉代已趋成熟，鎏金制品较为盛行，种类不再局限于小型的、简单的器物，且鎏金纹饰呈现日趋多样化、复杂化。1968年河北省满城县陵山中山靖王刘胜墓出土很多精美的鎏金器，其中西汉长信宫灯（图十五）灯通体鎏金，璀璨夺目，以其优美的造型、巧妙的设计、精湛的鎏金工艺著称于世，是一件不可多得的艺术珍品。

鎏银比鎏金出现得相对晚，出土的数量也少。汉代时期在鎏金工艺高度发展的背景下，鎏银技术也得到了运用。中山靖王刘胜墓出土的鎏金银蟠龙纹壶（图十六），通体纹饰用鎏金、鎏银工艺处理，交相辉映，赏心悦目，是鎏金与鎏银完美的结合体，充分证明了鎏金银工艺技术在汉代就已达到了娴熟、高超的水平。

鎏金工艺自春秋战国开始使用，显示出其强大的生命力。直到今天，还装饰用于纪念性建筑物的房顶或塔尖上。

表面富锡技术

战国初期的《周礼?考工记》中，记载了中国古代青铜中铜锡合金成分的配比。它是目前所知世界上最早记述合金成分与性能、用途之间关系的科技文献，是古代工匠对青铜冶铸生产活动经验的积累，表明当时已经深刻认识了金属锡的相关性能。

锡的熔点较低，易与铜熔合成合金；随含锡量的增多，青铜颜色由红色、黄色逐渐呈现银白色泽，抗腐蚀性能也增强。表面富锡技术，就是充分运用锡的这些特性的一类特殊的青铜器表面装饰工艺，反应了中国古代对锡金属性能的深刻认知和高超运用。

出土资料反映，古代青铜器表面富锡技术有菱形纹饰、亮斑、整体镀层、铜镜“水银沁”表面等多种，均已失传。根据现有实验研究表明，这类表面富锡处理工艺，一般是将特制的锡基材料按设计图案施于青铜器表面，经扩散处理使锡元素渗入而形成富锡铜合金的白色纹饰，未涂布锡基材料的表面则仍呈青铜合金的黄颜色，构成黄、白相间的华丽图案。经过千百年的腐蚀作用，有些青铜器的黄、白纹饰区因其耐蚀性的差异，演变成了多种色泽相间的纹饰。

菱形纹饰兵器

春秋战国时期的一些吴越地区风格的剑、矛、戈等青铜兵器，器物表面装饰有一种非机械镶嵌的、有规则的双线菱形格纹饰，在双线条交叉处又有小菱形、或椭圆形、或直线的图案。这类巧夺天工的精美装饰被称之为“菱形纹饰”或“双线菱形格暗纹”，与同时期的双青铜复合剑、剑首同心圆制作技术并称为吴越兵器技术三绝。

此类技术的代表器物是1965年湖北江陵望山沙冢楚墓出土的著名的春秋晚期越王勾践剑（图十七），除刃口外,表面均饰有黑色双线菱形格暗纹，双线条交叉处横穿实心小菱形。另1983年湖北江陵马山出土的吴王夫差矛（图十八），除刃口和中脊外，通体装饰双线菱形格暗纹，交点处横穿短线。资料反映1978年湖南益阳新桥山出土的战国青铜戈（图十九），在援部上锋、下锋和内部均装饰双线菱形格暗纹，交点处为实心纹。这类菱形纹饰拭之不去，磨之依然，极富装饰性。

上海博物馆在专题研究中发现，菱形纹饰剑为铸造加工而成，剑的基体合金成分与当时普通的青铜剑相同，但深度约几十微米的菱形纹饰区组织明显与基体有别，存在细枝晶区，含锡量高于基体合金成分。

模拟实验研究揭示和复原了菱形纹饰的加工技术之迷，表明当时已掌握了一种特殊而精湛的表面合金化技术——含锡膏剂涂覆工艺：将高锡合金粉末混以天然粘结剂制成膏剂，均匀涂覆在青铜剑基体上，干结后在器物表面上刻划纹饰，刮去刻划处涂抹的全部膏剂，直至露出剑的基体为止；然后入炉加热扩散处理一定时间，取出后磨去表面的氧化层；此时表面上无涂层的部位仍呈基体的黄色，而有涂层的部位则呈现出了白亮色，得到带有黄白相间的菱形纹饰的青铜剑（图二十）。

经富锡处理的表面（白色）形成了细晶组织层，耐蚀性较好。在埋藏腐蚀条件下，处理表面与未处理表面（黄色）因成分、结构和耐蚀性不同而形成了现文物的黑亮～灰黄相间的色泽效果。

亮斑兵器

战国时期的一些青铜兵器，表面装饰有银色或灰黑色的、有规则或不规则斑块状暗纹，多见于战国楚墓出土的戈、矛及剑等，被称为“亮斑”纹饰。检测分析表明，斑纹中的锡含量远高于基体三倍左右，为富锡组织，厚度达微米级，纹饰与基体平整一致，无机械镶嵌痕迹。因此，亮斑纹饰同样是采用一种特殊的表面富锡扩散处理工艺加工而成，当时应为银白色，由于在埋葬条件下长期腐蚀而变成了现在所见的灰色或黑色等多种色泽。

如湖南常德德山酒厂一号墓出土的战国太阳纹亮斑戈，戈援上有罕见的镂空太阳纹，援部和内部表面装饰不规则银色亮斑（图二十一），1954年湖南长沙魏家堆十号墓出土的战国亮斑戈，全身装饰不规则亮灰色斑纹（图二十二），1956年湖南长沙烈士公园出土的战国亮斑矛，通体装饰略有规则的黑色怪异图形暗纹（图二十三）。

巴蜀地区由于特殊的地理位置，所以在历史、文化、技术上有其独具特色的一面。尤其是战国时期巴蜀兵器表面另有一类亮斑纹饰，略微凸起基体表面，形似虎皮纹，故俗称为“虎斑纹”。如1980年四川成都新都晒坝出土的战国兽面纹亮斑戈（图二十四），戈的援及内饰陶范铸造兽面纹、云纹、叶纹和巴蜀文化所特有的文字，援上装饰有“虎斑纹”亮斑。据检测分析和模拟试验，此类亮斑纹饰高富锡，可能采用热镀锡法处理而成，方法与楚式兵器表面的亮斑加工工艺不同。

刻纹

刻纹又称针刻纹或錾刻纹，是在铜器表面用坚硬而锋利的錾、凿、针等金属工具刻划出细小的点、线、面，构成几何纹或一幅幅描写现实生活情景及神怪画像为主的纹饰。刻纹装饰的铜器多以锻造成形，器壁甚薄，大多约在1毫米左右，故出土时多有残损。

中国早在西周晚期已经发明了人工冶铁术。至春秋时期，金属冶炼技术有了突飞猛进的发展，铁制工具被广泛应用，为青铜器刻纹加工提供了坚实的基础。据现有考古实物，青铜器刻纹技术应萌芽于春秋晚期，而盛行于战国早中期，直至三国晋代以后绝迹，前后流行了约800年。

从出土刻纹青铜器的纹饰看，刻纹工艺可分为两种。一种称为錾凿法，是刻纹技术发展初期使用的方法，其特点是由点或短线连成线，外观像虚线。另一种称伪刻划法，是刻纹技术相对成熟的战国以后常用的方

法。随着刻纹工具的不断优化，刻划技艺的逐渐成熟，已能达到下刀如笔，线条流畅的境地。

据不完全统计，出土春秋战国时期刻纹铜器已有50多件，主要为南方江苏一带的吴国器与北方三晋地区的晋国器。年代最早的刻纹铜器有江苏六合程桥镇春秋墓出土的残铜盘和江苏镇江谏壁王家山东周墓出土刻纹匜、盘、舟各1件，均属春秋晚期制品，如图二十五所示铜盘。该器表面光素，器内刻有楔形短线构成的纹饰，腹内壁纹饰以两道双线分成3个层次，自上而下分别刻划了狩猎、乐舞宴享及双线三角纹带，盘底纹饰为蟠绕的蛇纹、蚕纹、波纹圈带。

战国时期，线刻法趋于成熟。典型的出土器物有1978年江苏淮阴高庄墓葬出土战国中期刻纹铜器20余件。其中如图二十六所示是出土7件铜盘之一，腹内壁刻有山林等自然景色和神人怪兽等，盘内底以陶纹分割成三个区，分别装饰轮环纹及波纹圈带、五条首尾相随的夔龙纹和十条首尾相缠的蛇纹。刻划法工艺应用相当成熟自如。

至西汉时期，刻纹铜器有了进一步的发展，无论在数量、质量或是器物种类上都远超春秋战国时期，并且在南方地区有广泛的分布，如广西、广东、云南、贵州、湖南、江西等地都有出土。刻画的纹饰则以动物、花草树木等为主。 如1972年云南江川李家山的动物纹臂甲（图二十七），器壁很薄，富有弹性，适宜于佩戴。表面线刻多为动物图像，如虎、豹、猪、猴、鱼、虾、蜂等，线条细腻清晰。可见汉代青铜器薄壁件的成形工艺及线刻工艺都较东周有了更大的发展。

彩绘

青铜器上的彩绘技术是基于陶器和漆器的彩绘技术发展起来的，陶器上的彩绘在新石器时代已出现，漆器彩绘在商代已有应用。彩绘工艺在商代也已用于铜器表面装饰，如三星堆祭祀坑出土的商代铜人的眼眉上已彩绘黑漆，河南罗山天湖6号墓出土的3件商代铜鼎上用黑漆髹饰夔纹、涡纹、和蝉纹等图案。

铜器上彩绘的工艺可能沿袭于漆器的彩绘工艺：首先以采自天然漆树的树脂即生漆髹饰在铜器表面，稍干后，将丹砂、石黄、雄黄、红土、白土、铅粉等矿物颜料和靛蓝等植物颜料与漆调和成的各种色漆用毛笔描绘在铜器表面，待色漆干后颜料即附着在铜器表面形成纹饰。

战国时期，楚墓中出土了以红、黄、金色彩绘卷云纹、云纹等图案的多面铜镜。汉代则是彩绘铜器的流行时期，有很多精美的彩绘铜器出土。如西汉早期的彩绘车马人物镜（图二十八），镜背由内向十六连弧纹的镜缘及通过两道凹面弦纹分成的内、中、外三个区组成。内区施以红彩，中心有一个三弦钮；中区施以石绿色，绘有四朵红花，又以云水蔓草饰为底纹，并在红花与绿草纹上勾点白色，使画面清新醒目，富有装饰性；外区施红底色，有四个形似圆壁的图案涂以棕色，将外区等分成四个区间。区间内以树木和草坪为背景，并绘有19个人物、7匹马、1辆车六棵树，四个区间分别描绘了“谒见”“对语”“射猎”“归游”四个主题，以写实的手法和明快朴素的色调描绘了社会生活场景。铜镜上的彩绘技法已比较成熟，彩绘颜色有红、蓝、绿、白等， 表现手法有“块”、“面”、“线”、“点”的灵活应用，车马人物的动态与花草树木的静态相互映衬，将古代社会生活的一个侧面表现得淋漓尽致。

至西汉晚期，彩绘技术有了进一步的发展，已经运用到复杂器物上的装饰。如1985年山西平朔出土的雁鱼灯（图二十九），整体作鸿雁回首衔鱼伫立状，由雁首颈（连鱼）、雁体、灯盘、灯罩四部分套合而成，可以拆装，鱼身、雁颈、体腔均中空相通，烟雾通过鱼和雁颈导入雁体内，防止烟雾的污染。灯的表面饰有彩绘，根据器形来选取不同的矿物颜料进行装饰，雁冠绘红彩，雁、鱼身施翠绿彩，并以墨线勾出翎羽、鳞片和夔龙纹。器物设计巧妙，神态栩栩如生，色彩细腻亮丽，是当时彩绘铜器中的精品。