耐磨材料的现状和发展

耐磨材料的现状和发展（精选8篇）

耐磨材料的现状和发展 篇1

2010年08月29日

耐磨材料行业的现状和发展

一、地位和作用

改革开放以来，随着我国工业现代化、城镇经济的迅速发展，我国基础工业之一的水泥工业也得到了快速发展。目前，我国水泥总产量已占世界水泥总产量的30%以上。连续二十多年来，我国水泥总产量的年增长速度都保持在两位数以上，无论是增长速度还是总产量均高居世界首位。同时，我国又是水泥的出口大国。据报道，亚洲水泥贸易量占世界水泥总贸易量的40%左右，而中国又占亚洲出口水泥总量的30-40%。因此，我们可以说，中国已经成为世界上名副其实的水泥大国。不仅如此，从当前我国经济发展趋势来看，水泥需求量还在持续增长，平均增速为10.86%，高于同期国民经济的发展速度。

由于在水泥工业的生产工序中工作条件十分恶劣，在物料的采掘、破碎、研磨和输送过程中都会出现大量的磨损问题并造成机器零、部件的损坏，为了维持水泥工业的正常生产和运转，必须要有足够的耐磨备件持续供应。磨损是工业中材料和能源消耗的主要根源之一。其中又以磨料磨损最为严重，约占各种磨损类型的50%。我国耐磨材料每年大概要消耗200多万吨，并且，还以每年15%的速度在增长。

耐磨材料行业是直接为建材水泥、冶金矿山和火力发电工业服务的一个具有强大生命力的新型行业。在水泥工业中，备件和电能的消耗在其生产成本中占有很大的比重。近些年来，耐磨业也随着我国国民经济的发展而不断成长和壮大，到目前已经逐渐成为一个独立的行业存在和发展。由于磨损问题实际上在工业中是不可避免和客观存在的。因此，只要有原材料基础工业的发展，就需要有不断的耐磨材料制造的零、部件的供应。而且，随着工业的不断进步和节约能源以及环保的要求，对耐磨材料的数量和品种的需求也会不断扩大，这个行业也会更加兴旺和具有更强的生命力。所以，我们把耐磨材料行业称之为一个“不朽的行业”也依据在此。

二、现状和发展

据不完全统计，从事耐磨材料生产和经营的企业全国大概有800-1,000个。其中，年产10,000吨以上的不到20家，其余大多为一些中、小型企业。这些企业的来源为：

1)原各行业和地方所属的专业机械厂中的铸造车间，如：唐山水机、北京水机等水泥机械厂等；

2)各大型工矿企业所属的机械(机修)厂，如首钢、鞍钢的锻、轧球厂等；

3)民营的专业耐磨件厂

前两类原都为国营企业，部分企业也已开始在改制；第三类民营企业有的开始来自于一些普通的小型铸造厂，后来转化为生产耐磨件的专业厂；有的原是一些小磨球厂，逐渐由单一的铸造工艺发展成规模较大的，铸造、热处理和机械加工一条龙式的机械化生产模式。一些企业已完成了开始的原始积累，经过多次的技改和扩建，逐渐发展成为大、中型的专业耐磨材料生产厂。由于民营企业的管理机制比较灵活，现在它们已逐渐成为国内耐磨产品生产的主力军了。尽管如此，我国的耐磨材料行业相对于国外同类企业来说，无论从生产规模和技术水准都还有很大的差距。这些差距主要表现在以下几个方面：

1)生产规模分散

例如，我国目前最大的耐磨材料企业安徽宁国耐磨材料总厂总产量可达10万吨。而就在宁国市内，却有五、六十家同类型的磨球生产企业，总产量已达15万吨左右。由于生产规模分散，销售渠道不一，很难避免

内部的倾轧和价格上的混乱。由于各种原因，直到目前为止，这些企业尚难达到统一销售和经营的目标。而国际上一个知名的耐磨材料产品生产企业--比利时的马格托公司，目前它的耐磨备件年产量为35万吨，产品销往世界各地，占领了国际一些大型水泥工业的主要市场；

2)生产手段落后

在这些耐磨材料企业中，除少数大型企业外，大多数的中、小型企业还都是手工生产，机械化程度比较低，生产工艺比较落后；

3)质量控制和管理水准较低

随着国民经济和水泥工业的进一步发展，对优质耐磨材料产品的数量和品种上的要求会愈来愈高。同时，我国进入WTO以后，国外耐磨材料的市场需求也在不断增加，国内外市场的竞争也会愈来愈激烈。面对这个形势，如何制定企业的发展战略将是企业领导者迫切需要考虑的问题。

三、超越自我，做大做强

根据我国耐磨材料行业的现状和特点，今后耐磨材料企业的发展方向应该是：单一品种的优质规模化生产或多品种专业化生产两个方向。每个企业可以根据自身的特点进行产品定位并确定自己远期和近期的发展战略和奋斗目标。一些中、小企业应该努力往规模化的方向发展并逐渐扩大成为本行业的拳头企业；而一些有条件的大型企业应该在规模化生产的基础上往多品种专业化方向发展，特别是要进一步提高自己的企业形象和技术水准，努力生产一些高难度和高附加值的耐磨产品，适应国内外市场的需求并在行业中起到领头羊的带头作用。

作为一个优秀的现代化耐磨材料行业的企业应当具备以下几个基本条件：

1)具有一定的生产规模和经济实力；

2)拥有必要的现代化的生产装备和测试仪器；

3)先进的经营管理机制和完善的质量管理体系；

4)高水平的技术和管理人才；

5)现代化的信息网

实践经验证明：同行业企业之间的竞争是客观存在的，但这并不排斥企业之间在互惠互利的原则下的协作，这种协作在一定条件下，特别是在同一地区、经营同一产品的情况下尤其显得重要和有效。在一些发达国家，利用行业之间的合作，制定一些共同遵守的法规，对保护民族利益和对付外来的反倾销起到了国家和政府不能起到的重要作用。一些外商经常利用我们行业之间的不协调和政策上的漏洞，相互压价，从中获利，这些经验教训已经是屡见不鲜的了。

在耐磨材料行业中加强行业之间的协作可以通过政府部门的协调、政策的倾斜以及行业协会的组织来逐步实现，但这一切都是在企业自愿和协商的基础上完成的。随着经济形势的不断发展，人们的认识水准也会不断提高，我们相信：耐磨材料行业必将出现一个前所未有的大好形势和更加广阔的美好前景。

四、面向未来，走向世界

在众多耐磨材料企业的发展和壮大过程中都经历过各种艰辛和困难的里程。由于近些年来，冶金矿山、建材水泥和火力发电工业的高速发展，给耐磨材料行业带来了很有利的市场优势，许多企业生产的产品供不应求，销售形势很好。但是，另一方面，耐磨产品原材料价格的猛涨大大增加了生产成本，廉价劳动力愈来愈缺乏，加上资金积压和回收不快等经济因素都给企业的正常运转造成了不少的实际困难。应该承认，经营一般普通的耐磨铸造产品的销售利润率不是很高，然而，花费的人力和物力却是相当之大。这里的出路只能是不断地进行技术改造，改善经营管理，降低成本，同时更要在近期内开发一些高难度而附加值高的耐磨产品。例如，在冶金和水泥行业中的高压辊磨机和立磨磨辊、冷却器的蓖子板、圆锥破碎机破碎壁、大型破碎机锤头等等。

最近，国外对国内生产的耐磨产品的需求也在不断增加，为我国耐磨件的出口提供了许多有利条件。一些采用先进的生产工艺和具备完善的质量控制系统的企业已经率先走向国际市场，走向世界。同时，一些国外知名的企业也看中了国内的宽广市场和优惠政策，纷纷来到中国，寻求合作伙伴和供应商。为了有更多的企业能够适应和进入国际市场，我们建议：应该做好以下几点：

1.了解国际市场的需求，渠道和信息网；

2.熟悉国际市场耐磨材料产品的标准和质量控制要求；

3.对本企业的产品和水准做出准确的评价并在中、英文产品样本中反映出该产品的特点和性能；

4.注意改善企业形象和重视企业信誉；

5.耐磨产品出口件严格的生产和质量管理制度并确保交货期限；

6.快速准确的出口报价、报关系统和信息传递；

7.可靠的银行财务管理及信用证验证和保证体系；

8.必要的保险和争议事件的仲裁保障；

耐磨材料的现状和发展 篇2

水泥、煤炭、矿山、冶金等行业的机械设备由于受到砂粒、矿石等硬质物料磨损, 易引起工件的失效, 造成能源和原材料的大量消耗。因此这些行业的易损件迫切需要应用耐磨材料来降低材料消耗和提高零部件的使用寿命[1]。随着现代工业的高速发展, 传统单一的耐磨材料已经难以满足生产和应用的实际需求, 复合材料的研发及应用成为新的趋势。相对于传统的耐磨材料, 陶瓷颗粒增强铁基复合材料有效地结合了钢铁材料的高塑性、高韧性和陶瓷颗粒的高硬度、高耐磨性。WC颗粒熔点高、硬度大, 线膨胀系数小, 并且具有良好的稳定性, 因此WC颗粒增强铁基耐磨复合材料受到了人们的广泛关注。本文将对WC颗粒增强复合材料中WC颗粒种类、粒度以及铁基体的选择等因素对耐磨性能的影响进行总结。

1 WC种类对耐磨性影响

1.1 铸造碳化钨

铸造碳化钨是WC和W2C的共晶, 均含碳量为3.8%~20%, 其断面组织均匀、致密、光泽一致, 洛氏硬度可达93~-93.7HRA[2]。由于铸造碳化钨颗粒的外形多呈针状、片状等不规则形态, 容易形成应力集中, 产生裂纹, 而且裸露出表面的尖角在有冲击的间断工作下易因破碎造成先期磨损。李玉玺等[3]通过球形化处理技术制备球形铸造碳化钨, 研究表明, 球形铸造碳化钨粉末结构致密均匀, 易于熔敷, 克服了传统铸造碳化钨粉末化学成分不稳定以及不规则形态导致的性能缺陷, 使得涂敷表面复合层具有很高的耐磨性和韧性。

1.2 烧结碳化钨

烧结碳化钨不仅强度高, 表面光洁度也很高, 与其他材料配合使用时摩擦因数较小, 显著降低接触面的摩擦力, 有效延长受磨部件的使用寿命。传统的烧结碳化钨在烧结过程中需要添加黏结剂, 黏结剂的加入在一定程度上降低了表面硬度和耐磨性。因此, 近年来无黏结剂烧结碳化钨的研究成为重要的发展方向。无黏结剂碳化钨的制备可通过高频感应热烧结、放电等离子 (SPS) 烧结、热等静压等特殊的高温烧结方法实现。余洋等[4]的研究发现, SPS烧结完成烧结和致密化的时间大大少于真空烧结;所需的烧结温度比真空烧结至少低250℃, 并且低于共晶温度。SPS烧结能有效控制WC晶粒的长大, 获得致密的硬质合金, 组织均匀, 硬度提高1.5%以上, 抗弯强度提高12.6%以上。技术难度高、成本大是这类无黏结剂烧结碳化钨走向工业化所必须克服的难题。

2 WC颗粒度大小对耐磨性影响

WC颗粒度对复合材料的耐磨性与磨损环境等因素有关。在硬质磨料中, WC复合材料的耐磨性随WC颗粒的减小而增大, 阴影保护效应理论[5]认为, 陶瓷颗粒的间距决定金属陶瓷的抗磨粒磨损性能。陶瓷颗粒越小, 间距越小, 则硬质陶瓷相对基体的保护效应就越强, 材料越耐磨。但小颗粒的碳化钨在钢铁液的凝固过程中可能发生溶解, 导致复合层的硬质相减少, 进而影响耐磨性能。李秀兵等[6]用不同颗粒度的WC制备了颗粒增强复合材料, 并对比了各自的二体磨粒磨损性能:当WC颗粒直径小于100μm时, WC颗粒在高温下溶解较多, 伴随钢液的凝固形成含钨渗碳体析出, 复合层硬度显著降低, 其相对耐磨性ε值在5以下, 只和白口铸铁的耐磨性相当;当WC颗粒直径大于150μm时, 复合层中大量的WC颗粒保持原貌, 增强相的保留使耐磨性大为提高, 相对耐磨性ε值可达40左右。

粗颗粒碳化钨相对细颗粒碳化钨具有更高的断裂韧性, 因此常被用于承受冲击载荷的各类耐磨零件。时海芳等[7]以20~30目的粗颗粒WC为原料, 采用堆焊法制备了碳化钨颗粒增强高锰钢基耐磨材料。结果表明, 适当粗颗粒碳化钨的加入可获得碳化钨-高锰钢堆焊层, 焊层中碳化钨颗粒分布均匀, 界面之间形成良好结合, 其抗静载磨损能力较普通高锰钢焊层大幅度提高。但大颗粒碳化钨在应用中同样存在问题, 颗粒越大, 颗粒间距越大, 颗粒间裸露的基体面积越大。缺乏硬质颗粒的保护, 使得裸露的基体磨损加剧, 使WC颗粒凸出, 在受到较大冲击时容易剥落, 减少材料使用寿命。

鉴于粗颗粒和细颗粒WC各自的优势, 碳化钨硬质合金的发展趋向于各级颗粒度WC搭配使用。利用细颗粒碳化钨减小硬质颗粒相互之间距离, 粗颗粒碳化钨提高复合层整体的断裂韧性, 适当辅以中等粒度的碳化钨作为粗颗粒和细颗粒的过渡硬质相, 平衡碳化钨颗粒增强钢铁基体的整体性能。为获得WC分布均匀的复合耐磨层, 应尽量避免WC颗粒之间的团聚和桥接[8]。

3 铁基体的选择

铁基材料具有优良的力学性能和工艺性能。铁液和碳化钨的润湿角几乎为零, 可作为碳化钨增强颗粒的基体;而且与镁、铝等轻金属基体相比, 铁基体具有更高的强度和韧性, 因此其用在耐磨材料上受到普遍重视[9]。WC颗粒增强铁基耐磨复合材料中铁基体的选择应以实际工况为依据, 兼顾成本因素。

3.1 高锰钢

高锰钢自问世至今, 被广泛地运用于耐磨行业。高锰钢锰含量为11%~14%, 其铸态组织由奥氏体和碳化物构成, 经水韧处理后, 可获得单相奥氏体组织。奥氏体组织在受到强烈冲击时, 发生塑性变形, 出现明显的加工硬化现象, 使得材料表层硬度显著提高[10]。但在低冲击条件下, 加工硬化效果不显著, 高锰钢的耐磨性不能充分发挥。

为了扩大高锰钢作为耐磨材料的适用范围, 人们开始对高锰钢进行改性研究, 通过加入增强颗粒制备出复合耐磨材料。董世知等[11]研究了碳化钨/高锰钢堆焊层的耐磨性能, 高锰钢作为基体, 起着固结WC、传递和承受载荷的作用, 以保护增强颗粒免于脱落。复合层中硬质相和高锰钢基体之间存在强烈的交互作用, 相互溶解和扩散, 形成冶金结合的界面和扩散过渡层, 使颗粒与基体牢固结合。研究结果表明, 在静载磨损条件下, 碳化钨加入量为40%时, 复合层耐磨性最好, 较高锰钢耐磨性提高了2.75倍;经过加工硬化后, 复合层中高锰钢基体的耐磨性显著提升, 其耐磨性是经加工硬化后高锰钢的2.25倍, 静载下高锰钢的6.4倍。

3.2 高铬铸铁

高铬铸铁一般含铬量在11%~30%之间, 铬的加入改变了共晶碳化物的类型并改善碳化物形态。高铬钼铸铁中的共晶组织为M7C3型碳化物和奥氏体转变产物, 这种共晶组织提高了硬度, 使铸铁韧性及耐磨性提高, 其一般硬度在50HRC以上, 高于普通白口铸铁;其金相组织中的共晶碳化物不连续, 所以它比一般白曰铸铁又具有更高的韧性[12]。高铬铸铁含碳量在2.0%~3.6%之间, 较高的含碳量一方面促使形成高硬度的碳化物, 另一方面提高了铁液的流动性, 在铸渗时获得更大的铸渗深度[13]。高铬铸铁还具有良好的耐高温、耐蚀性能, 并且成本适中、生产方便, 因此在颗粒增强耐磨复合材料问世之前被誉为最优良的耐磨材料之一。

大多数耐磨件要求要求磨损工作面具有较高硬度, 高铬铸铁在提高材料硬度的同时, 脆性也相应提高, 在高应力工况下易发生整体断裂。WC颗粒在磨损过程中通过阻止微粒切削和犁沟变形对基体进行保护, 因此在材料表层复合一定厚度的WC颗粒可显著改善高铬铸铁的耐磨性能。郑开宏等[14]采用铸渗法制备了WC颗粒增强高铬铸铁耐磨材料, 复合材料中WC颗粒的体积分数为48%~58%。由于高铬铸铁的热膨胀系数高于碳化钨, 在铸件的冷却过程中高铬铸铁基体更加紧密地包裹WC颗粒, 提高了增强体与基体的结合能力, 可防止WC颗粒在磨损时整体剥落。复合材料中的WC颗粒与高铬铸铁基体在同一平面上, 由于高铬铸铁基体硬度低于WC颗粒, 受到磨料的严重磨损, 因此在三体磨粒磨损条件下, 复合材料的体积损失量与高铬铸铁相差不大;随着磨损的进一步加剧, 高铬铸铁基体由于前期磨损而下凹, 高硬度的WC颗粒逐渐凸出承受磨损, 磨料对基体的切削作用受到了凸出WC颗粒的保护, 同时WC颗粒受到周围高铬铸铁基体的有效支撑。实验结果表明, WC颗粒增强高铬铸铁基复合材料的耐三体磨粒磨损性能是高铬铸铁的5.9倍。

3.3 多元中、低合金钢

中合金钢合金含量为6%~8%, 低合金钢的合金成分一般低于5%。中、低合金钢主要含有铬、钼、镍、锰, 这些元素可以提高淬透性、强度、韧度和耐磨性, 添加少量的硼、钒、稀土、钛等元素可适当细化晶粒。中、低合金钢的显微组织多为马氏体、贝氏体组织, 弥散分布的少量的残余奥氏体和碳化物可以改善材料的韧性和硬度。通过调整成分与热处理工艺获得淬硬态组织, 钢的硬度和韧性可以在很大范围内调整[15], 中、低合金钢相对高合金耐磨钢价格低廉、生产灵活易行, 因此低、中合金耐磨钢有着广阔的应用前景和市场推广价值。

中、低合金钢通过合金元素加入控制材料硬度和韧性的匹配关系, 以满足不同磨损工况的需要, 其本身非常适于制备复合材料。因此, 近年来以WC为增强体、合金钢为基体的复合材料的研究受到了广泛关注。孙晓永等[16]采用离心铸造法制备出WC颗粒增强钢基复合材料环形件 (钢基碳含量高达0.8%~1.0%, 合金含量合计<5%, 为典型的高碳低合金钢) , 其复合层厚度为15~18 mm。分析结果表明:复合层的组织由大量的骨状复式碳化物和针状马氏体基体组成;复合材料层中WC增强颗粒被高温钢液完全溶化, 基体合金被溶解的WC不同程度地合金化, 原位析出含W、Fe、Cr、Mo的复式碳化物。复合层由外至内硬度降低、韧性升高, 但梯度不大。

李秀兵等[17]在ZG40Cr Mn Si2Mo基础上复合了一定厚度的WC颗粒涂层, 并研究了此复合材料的冲蚀磨损性能。冲蚀磨损过程包含被冲蚀材料的变形位移和已变形位移部分的脱落。复合材料中高硬度的WC颗粒对抵抗变形位移有利, 但其较低的韧性易导致已变形位移部分的脱落;钢基中的钼显著改善韧性, 铬还能提高材料的耐腐蚀性能。硬质颗粒和钢基的合金成分二者共同作用, 有效提高材料的耐冲蚀磨损性能。

4 制备方法

针对碳化钨增强铁基复合材料的制备, 当前国内外运用的方法主要有堆焊、激光熔覆、铸渗、粉末烧结、热喷涂、原位复合等。

4.1 堆焊

堆焊法制备碳化钨增强铁基复合材料是将碳化钨制成焊丝或焊条, 通过电弧在基体表面熔敷一层或数层特殊的复合层, 形成含碳化钨增强相的耐磨层, 从而提高材料的耐磨性能。堆焊法利用碳化钨颗粒和合金成分制成合金粉末, 大大提升了合金体系的选择性, 其制取的复合层不仅硬度高, 还能通过焊接多层累积到一定厚度。但焊接过程容易产生裂纹和气孔, 熔滴飞溅往往难以处理, 因此需要严格控制工艺参数。

焊接工艺对堆焊层中碳化钨颗粒的溶解行为影响很大。碳化钨颗粒的适当溶解会增强其与胎体金属的结合强度, 而焊接电流过大、温度过高会加剧WC硬质颗粒的溶解, 溶解严重的情况下甚至完全溶解, 导致其作为硬质相的优良耐磨性能不能充分发挥, 所以要控制碳化钨颗粒在熔池中的溶解行为。戴乐等[18]比较了熔化极气体保护焊、钨极氩弧焊、氧乙炔火焰堆焊几种焊接工艺, 结果发现熔化极气体保护焊、钨极氩弧焊堆焊火焰温度低, 能量密度小, 有利于保持碳化钨颗粒的原貌, 因此碳化钨颗粒的溶解现象较轻。减少热输入量、提高冷却速度是控制堆焊层中WC颗粒溶解现象的途径。但过低的热源温度使基材很难熔化, 基材和堆焊层冶金作用弱, 不能形成良好的结合界面。

激光焊接可以将热输入量控制在最低需要量, 热影响区的金相变化范围小, 热传导导致的变形低, 而且在焊接薄材或细径线材时, 不像电弧堆焊有回熔的困扰。与传统堆焊方法相比, 激光堆焊由于一系列优势而成为近年来材料表面处理的热点, 然而其设备昂贵, 落实到生产工业化还有一定困难。

4.2 激光熔覆

激光熔覆也称为激光包覆, 是一种新型表面改性技术, 它利用高能激光束把合金材料熔敷到零件基材表面, 使之与基材表面薄层一起熔凝。激光熔覆可在短时间内加热和冷却, 热影响区小, 快速凝固的表面涂层组织均匀致密, 稀释率极低, 与基体形成良好的冶金结合界面。激光熔敷技术适合的熔敷材料多, 粒度及含量变化范围可调, 正因为这些优点, 其应用前景十分广阔。

吴新伟等[19]在对激光熔覆WC金属陶瓷表层复合材料研究中发现:激光熔敷制备的复合层耐磨性是氧乙炔焰堆焊层的1.7倍, 氢原子焰堆焊层的3.2倍。激光熔覆产生熔覆层区、过渡区和热影响区。熔覆层在细晶强化和固溶强化的共同作用下, 使材料的硬度显著提高;过渡区内部分溶解的碳化钨重新结晶, 使未溶解的WC颗粒在基体的保护下凸出, 发挥抗磨作用;热影响区较小, 对基体的热影响作用微弱。激光熔覆加热时, 熔覆层产生较大的热应力, 因此表层和界面处容易产生裂纹;WC比重一般大于基体材料, 在熔覆时下沉导致增强相偏聚, 进一步加剧了裂纹问题, 从而导致复合层的剥落。裂纹问题是激光熔覆制备表层复合材料进一步发展必须克服的难题。

4.3 铸渗

铸渗法制备WC颗粒增强复合材料基本原理是将WC颗粒和黏结剂充分混合, 固定在铸型腔的预定位置, 随后浇注金属液, 金属液透过孔隙包裹增强颗粒, 在黏结剂和高温的作用下发生冶金结合, 在预定位置形成合金化层。由于液态金属的扩散阻力比固体金属小, 渗剂扩散消耗能量低, 扩散行程更长, 因此在同等条件下铸渗法形成的复合层厚度高于一般复合方法。铸渗工艺简单, 成本低廉, 涂层厚度、成分可控, 因此受到材料表面工程研究人员的普遍重视。

李彦明等[20]采用砂型铸渗工艺制备WC/低铬铸铁复合铸渗层, 试验证明, 这种复合铸渗层在冲击载荷工况下能够显著提高材料的耐磨性能。当WC颗粒的含量增加时, 渗层中的增强相随之增多, 但WC颗粒超过一定量后渗层质量下降, 当WC颗粒含量为50%时铸渗层耐磨性最高。浇注温度对复合层性能影响显著, 温度过高易引起WC颗粒大量溶解;温度过低, WC颗粒与铸铁基体冶金作用弱, 不能紧密结合。将该工艺应用于铁路车辆等易磨损配件, 显著降低配件易磨损面的磨损量, 提高了配件使用寿命[21]。

4.4 粉末烧结

粉末烧结法是将合金粉末和WC颗粒混合均匀后压坯, 在高温烧结炉中加热, 加热温度要低于各粉体成分的熔点, 并按需要加入一定量保护气体和填料。在烧结高温下, 合金粉末与WC颗粒之间发生物化作用相互黏结, 逐渐形成致密体, 得到具有特殊性能的复合涂层。

粉末烧结是制备增强型耐磨复合材料的重要方法之一。目前粉末烧结技术不断发展壮大, 包括热压烧结、热等静压烧结、真空烧结、放电等离子体烧结、爆炸烧结等。余晓华等[22]对真空烧结纳米复合WC-Co粉末的过程进行了研究, 在烧结过程中发现:坯体的致密化多数发生在前15 min;而在液相出现的后5 min内, 晶粒出现明显的粗化, 加入VC、Cr3C2等难溶碳化物可有效抑制晶粒的长大。

粉末烧结工艺复杂, 生产周期较长, 因而制备出的复合材料成本昂贵, 目前主要应用于有特殊需求且用量较少的磨损工况。提高复合粉末的致密度, 低温状态下抑制晶粒的长大, 并在此基础上降低成本是今后粉末烧结复合材料进一步发展的关键[23]。

5 总结与展望

碳化钨颗粒增强铁基耐磨复合材料有效结合了铁基材料良好的塑、韧性和WC颗粒高硬度、耐磨性, 因此极具研发及应用前景。为了得到理想的复合材料性能和稳定的工艺保障, 必须控制WC颗粒在铁基体的溶解和扩散, 在液态金属凝固过程中获得稳定的界面结合, 使WC颗粒分布均匀, 不易脱落。

耐磨材料的现状和发展 篇3

【关键词】齿科修复；硬度；天然牙齿；临床对比

【中图分类号】R562.21 【文献标识码】B【文章编号】1004-4949（2015）02-0298-02

随着医疗技术的发展，各类金属复合材料在口腔修复及牙科临床中得到广泛应用，通过牙齿固定修复及补缺牙，可取得良好的临床疗效。其中常见的修复材料有钛合金及镍铬合金，为了探讨钛合金及镍铬合金在口腔修复过程中的应用价值。本研究对齿科修复材料耐磨性及硬度与天然牙齿进行比较，现报道如下：

1 资料和方法

1.1 一般资料

选取送风齿科材料有限公司生产的钛合金及镍铬合金作为本组研究材料，2周内拔除天然牙。本研究使用的器械还包括万能摩擦磨损机、维氏硬度计、超声波清洁器等[1]。进行修复材料制备时，取其轴面，使用涡轮机对修复材料进行磨改，保留直径为4mm的釉质平面，厚度>2.0mm，采用白凝塑料恢复剩余高度。根据试验机具的相关要求，将其加工成高度为12.4mm，直径为4mm的圆柱体，然后将镍铬合金及钛合金常规包装成试样，并对其进行研磨、喷砂、硅胶轮抛光及超声清洁，每组均有8个。选取拔除的8颗天然健康牙齿作为对照，且在拔除后均置于4℃的氯化钠溶液中保存，牙齿处理同修复材料制备。

1.2 方法

采用失水法公式进行密度测定，根据密度公式：，将每种材料制成直径为4.0mm，厚度为10mm的3个试样，计算其平均值。使用维氏硬度仪对每种材料进行维氏硬度测量，每种材料表面选12个测量点，计算平均值[2]。做磨损试验，选取直径为20.0mm，采用滑石瓷制成的圆盘状，并将其固定在下磨盘，测试试件固定在夹具上；确定滑石瓷与试件连在一起后，将其浸入人工唾液中；采用电子天平秤称出每种材料的体积损失量，最终得出损失质量[3]。

1.3 统计学处理

采用SPSS17.0统计软件对所有数据进行统计分析，三种材料的密度、维氏硬度及体积损失量计量资料采用独立样本t检驗，以（X±s）单位表示，差异有统计学意义（P<0.05）。

2 结果

比较三种材料的密度、维氏硬度及体积损失量，结果显示镍铬合金的密度优于天然牙齿组，两种材料的密度比较差异显著，以P<0.05为差异有统计学意义；镍铬合金的维氏硬度、体积损失量均优于天然牙齿，但两种材料统计学比较（P>0.05）；钛合金的维氏硬度显著优于天然牙齿（P<0.05），密度与体积损失量优于天然牙齿，但统计学比较差异（P<0.05），详见表1。

3 讨论

随着各类金属复合材料在牙科临床中的广泛应用，对患者进行牙齿修复时，确保修复材料的耐磨性及硬度是非常重要的，其直接关系着修复材料的使用寿命及性能[4]。因此，在对患者的牙齿进行修复时，必须确保修复材料的耐磨性及硬度与天然牙齿相匹配，既要确保修复材料的耐磨性略低于天然牙齿，又要与其相近。因此寻找一种适合于临床要求的修复材料是至关重要的，这就要求需要根据金属材料的耐磨性进行严格筛选[5]。

通过本组对齿科修复材料耐磨性及硬度与天然牙齿进行分析比较，结果表明镍铬合金的密度优于天然牙齿组（P<0.05），镍铬合金的维氏硬度、体积损失量与天然牙齿比较差异不显著（P>0.05）；钛合金的维氏硬度优于天然牙齿（P<0.05），密度与体积损失量与天然牙齿比较差异不显著（P<0.05）。可见钛合金及镍铬合金等修复材料的耐磨性及硬度与天然牙齿还存在一定差异，其不能同时达到密度、维氏硬度、体积损失量保持一致。在实际临床中，齿科修复材料耐磨性及硬度与天然牙齿的对比还需进一步研究。由于本组进行的是体外试验，其未充分考虑到口腔现实条件，而是将试验条件标准化，测定的数值较为客观，加上无法在体外试验中模拟口腔中的真实情况，许多参数均无法模拟，导致试验得出的结果与口腔实践有脱节等弊端[5]。综上所述，镍铬合金的硬度最为接近天然牙齿，钛合金的密度最为接近天然牙齿，在对患者进行口腔修复时，必须根据患者对修复材料的密度及硬度要求来选择修复材料。

参考文献

[1] 陈霜，李国强.齿科修复材料耐磨性及硬度与天然牙齿的比较[J].中国组织工程研究与临床康复，2011，15（3）：511-514.

[2]伍丽莎.齿科修复材料耐磨性及硬度与天然牙齿的对照分析[J].亚太传统医药，2011，07（12）：94-95.

[3]马福军，王占红.不同种齿科修复材料与牙釉质磨损性能的临床评价[J].中国组织工程研究与临床康复，2011，15（34）：6407-6410.

[4]原福松，孙玉春，谢晓燕等.口腔修复材料在锥形束CT影像中伪影的定量评价[J].北京大学学报（医学版），2013，45（6）：989-992.

耐磨材料的现状和发展 篇4

编者按：2011年9月7日，在哈尔滨召开的第一届中国国际新材料产业博览会上，进行了化工新材料发展经验交流，石油和化学工业规划院史献平副院长作了《“十二五”化工新材料发展战略研究》报告。本文摘要刊登有关内容，供省内有关领导和部门参考。

一、我国化工新材料行业的现状

2010年，我国化工新材料产业的总产值约为1700亿元，其中新领域的高端化工材料约占51%，二次加工的化工新材料约占44%，而传统化工材料的高端品种仅占5%。初步形成了包括研发、设计、生产和应用各门类较为齐全的产业体系。部分关键技术取得突破，包括：有机硅和有机氟、工程塑料、特种橡胶等。在新能源、汽车、高端装备制造、节能环保等领域形成了较大规模的市场。我国氟材料的基础资源萤石资源较为丰富，具有一定的资源优势，年产量占全球总产量的50%；有机硅生产所需的工业硅产量也约为世界总量的一半，一半以上的工业硅出口。

二、当前新材料行业存在的问题和差距

一是总量供应不足。2009年，我国化工新材料的国内自给率仅约为60%，严重依赖进口，特别是工程塑料、特种橡胶等石化基新材料的自给率仅约为33%，而且工程塑料产量中外资企业比重很高。

二是以低档产品为主，难以满足高端市场要求。目前国内生产的化工新材料主要是低档产品，而中高档产品主要依靠进口，例如进口的聚四氟乙烯约为出口同类产品价格的两倍，进口的聚甲醛等工程塑料的价格也远高于国内企业特别是本土企业产品的价格。

三是主要生产通用型产品，缺乏针对细分市场的专用型产品。根据细分市场的不同要求，可通过调整工艺参数、特殊单体共聚改性等方法生产针对性的专用型化工新材料产品，但我国生产的化工新材料主要是通用型产品，缺乏针对细分市场的专用型产品，例如在四大类有机硅材料（硅橡胶、硅油、硅树脂、硅烷偶联剂）中，发达国家有6000-8000个品种和牌号，而我国不足100种。

四是部分环保型产品的市场尚处在发育初期。因为我国尚未对不能生物降解的普通塑料征收环境税，可降解塑料与传统塑料相比使用成本偏高，可降解塑料的市场尚处在发育初期；作为发展国家，我国目前使用的ODS替代品仍以针对臭氧层有较小破坏作用的HCFCs为主未来需要逐渐使用对臭氧层完全没有破坏作用的HFCs替代。

五是新技术开发水平较低。我国化工新材料研发力量薄弱，特别是工程化水平更低，致使一些主要产品的技术长期得不到突破，如聚甲醛、聚碳酸酯，丁基胶等。

六是应用技术服务和市场培育还是薄弱环节。

三、我国化工新材料产业面临的机遇

一是产业结构调整和战略性新兴产业的发展为化工新材料产业提供了市场空间。“十二五”期间新能源产业中风电装机达到7000万千瓦；太阳能发电能力500万千瓦；核电开建能力4000万千瓦，将需要：高性能玻璃纤维50万吨、高性能合成树脂90万吨、多晶硅4万吨；2015年新能源汽车产销将超过50万辆，将需要：电池隔膜1亿平方米/年，六氟磷酸锂1000吨/年，汽车轻量化将需要大量合成树脂代替钢材和玻璃，高端装备制造（航天、航空及海洋工程）、新一代信息技术、节能环保、生物产业等行业的发展将大大促进对化工新材料的需求；

二是国民经济发展方式的转变将促进化工新材料产业发展。包括：扩大内需提高人民生活水平，低碳及绿色发展，城镇化水平提高等；

三是国家鼓励创新政策将推动化工新材料生产技术取得突破。

四、“十二五”化工新材料产业发展目标

一是满足国家战略发展和产业结构调整需求，扩大我国化工新材料产业规模。提高市场自给率：国内市场自给率从2009年的大约62%提高到2015年的大约81%，到2020年国内自给率超过90%。扩大产值规模：规划到2015年我国化工新材料产业的产值达到约3498亿元，年均增长率约为16%，约为同期GDP增长速度的二倍。

二是提高技术水平，强化满足高端需求能力。加大研发经费投入，提高创新能力。重点企业研发投入占销售收入的比重要达到5%以上。到2015年使我国化工新材料的整体技术水平与发达国家的差距缩小到10年以内，达到本世纪初的国际先进水平，拥有一批具有自主知识产权的核心技术；到2020年使我国化工新材料产业的整体技术水平接近发达国家。产品结构由通用型向满足专用及高端需求发展。

三是提高产业集中度，建设一批重点工程，培养一批骨干企业。根据市场需求和技术成熟程度，考虑在碳纤维、特种橡胶、高性能膜材料及氟硅材料等领域建设一批重点工程。到2015年每个化工新材料领域形成2～3个主营业务特色鲜明，具有较强行业带动力和市场竞争力的骨干企业。

五、“十二五”化工新材料产业发展重点：

（1）工程塑料：

技术目标：加快通用工程塑料的自主技术研发，突破国外技术垄断；加快特种工程塑料产业化进程，力争“十二五”期间实现2至3个品种产业化；淘汰落后装臵和工艺技术，采用新技术改造现有装臵提高装臵开工水平。

质量目标：提升产品质量、增加品种牌号，行业标准国际化。

企业建设目标：培育一批有行业带头作用的骨干企业，支持拥有自主知识产权的重点企业。

产业链建设目标：加强原料配套、助剂生产、应用开发等工作，完善产业链体系。

新建产能目标：尼龙：28万吨/年，聚碳酸酯：23万吨/年，聚甲醛：14万吨/年，聚对苯二甲酸丁二醇酯：17万吨/年，聚苯醚：3万吨/年，特种工程塑料：1万吨/年。

（2）特种橡胶：

结构调整目标：优化资源配臵，合理调整产品与产业结构，向多品种、经济规模化方向发展。未来重点发展丁基橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶、SIS弹性体、热塑性聚氨酯弹性体、聚烯烃类热塑性弹性体、丙烯酸酯橡胶等胶种。

技术开发目标：加快丁腈橡胶、乙丙橡胶等的自主技术研发；加快拥有自主技术产权胶种（如丁基橡胶）的工业技术推广，扩大市场占有率；加快部分精细胶种的产业化进程，力争2-3个品种实现工业化；加快氯丁橡胶等装臵的节能降耗技术改造，降低氯磺化聚乙烯等品种污染物排放水平。

新建产能目标：丁腈橡胶：10.6万吨/年；丁基橡胶：28.5万吨/年；乙丙橡胶：18万吨/年；氯丁橡胶：4万吨/年；丙烯酸酯橡胶：0.9万吨/年；氯化聚乙烯橡胶：1万吨/年；热塑性聚氨酯弹性体：4.5万吨/年；苯乙烯类弹性体：4.6万吨/年；聚烯烃弹性体：2.5万吨/年；异戊橡胶：8.8万吨/年；其它品种：0.7万吨/年。

（3）高性能纤维：

碳纤维：选定3-5家企业，进行持续的碳纤维技术研发工作，开发系列牌号碳纤维产品，至2015年碳纤维产能达到1万吨以上。提高单线生产能力，突破关键技术、实现成套设备国产化，降低投资成本。强化热能的综合利用及废气治理，实现节能降耗，清洁生产。开发“工业用途”碳纤维复合材料，争取实现一批以工业产品为目标的、上下游产业链配套的、有一定市场规模的碳纤维产业集群。

芳纶：可以在中国石化仪征化纤、中蓝晨光化工研院、河南神马公司、山东烟台氨纶、江苏兆达等企业中选择1-2家，在资金、人员等方面给予支持，以求尽快进行技术攻关，使得产品达到用户要求。2015年产能达到1吨/年。

超高分子量聚乙烯：扭转干法产品比例低的局面，通过不断发展干法工艺生产装臵，将干法产品比例提高到70%，达到国际水平。

（4）有机氟材料：

产值目标：2015年达到300亿元。

结构调整目标：聚四氟乙烯在含氟聚合物总量中的比重由目前的90%降到75%以下。加快氟烷烃制冷剂产品结构的调整，到“十二五”末，力争将HCFCs在制冷剂中的消费比例由目前的70%降低到50%以下。亦即将HFCs在制冷剂中的消费比例由目前的30%提高到50%以上。

重点建设产品：特种高品质聚四氟乙烯、高性能氟橡胶、聚全氟乙丙烯树脂、新型ODS替代品、电子级含氟精细化学品和含氟表面活性剂及其配套原料。

（5）有机硅材料：

产值目标：2015年达到600亿元。

技术目标：单套设备生产能力均达到10万吨/年以上；主产品选择性：二甲基二氯硅烷平均收率85%以上；关键性原料单耗（t/t）：硅粉0.23-0.24，氯甲烷 0.82-0.84；氯回收利用率：≥80%。重点工程： 12万吨/年高性能有机硅下游产品及其配套20万吨/年有机硅单体工程，1万吨/年苯基单体和5000吨/年苯基硅树脂。

（6）生物可降解材料：

1、采用两步法生产技术，建设3～5万吨/年规模的聚乳酸生产装臵，2015年全国至少具备10万吨/年生产能力；

2、在完善好1万吨/年PHA生产装臵的基础上，建设5万吨/年级的PHAs生产装臵；

3、实现生物法丁二酸的工业化生产，为大规模的PBS生产提供廉价的原料；

耐磨材料的现状和发展 篇5

陕西航空职业技术学院

专业：焊接技术及自动化

姓名：周国刚

学号:28 摘要：应用扫描电镜、透射电镜等测试手段和冲击试验、磨损试验，研究了(基金属陶瓷堆焊材料中加入稀土氧化物，对堆焊材料的组织、界面相结构、显微硬度、冲击韧性和磨损性能的影响，初步探讨了稀土氧化物改善界面显微结构、提高胎体金属韧性的作用机制。研究结果表明，稀土氧化物能细化堆焊层胎体金属组织，消除胎体金属的缺陷，细化胎体金属断口韧窝并使撕裂棱数量增加，提高堆焊层冲击韧性性塑性，促使金属基陶瓷与胎体金属界面形成多晶过渡区和局部非晶态物相，提高界面的结合强度。稀土氧化物的加入对胎体金属显微硬度的影响不大，但能显著提高堆焊层干摩擦磨损状态下的耐磨性，具有一定的减摩作用。关键词：稀土氧化物；(基金属陶瓷；组织结构；力学性能；耐磨性金属陶瓷复合耐磨堆焊材料由软的胎体金属和金属陶瓷颗粒组成，具有高的耐磨性和较高抗冲击性能，已经广泛地应用于石油、煤炭、地质和矿山等工业中一些受严重磨损工件工作面的堆焊，尤其作为油田井下作业中的磨鞋、铣鞋、扶正器等工具的强化材料，已取得很大的经济效益。其中耐磨相主要采用1(基金属陶瓷，其耐磨性相对较低。而(2）基金属陶瓷不仅具有密度低，弹性模量、硬度和强度高，高温抗氧化性、耐蚀性和耐磨性好，而且其强韧性是陶瓷的两倍多［3］，因此，如果能利用金属基陶瓷部分或全部代替现有的金属陶瓷，将具有重要的经济意义。但是由于(基金属陶瓷的焊接性较差，与胎体金属的润湿性差，堆焊时熔池的流动性差，导致成形不良。为了改善堆焊层的组织性能，本文尝试在胎体金属中加入少量的稀土元素，研究稀土元素对堆焊材料组织性能的影响。

1.试验材料及方法

试验用金属基陶瓷及胎体金属的主要化学成分及性能见表。将金属陶瓷颗粒、钎料及稀土元素按一定的比例混合，并加入适量的特制熔剂，置于石墨模中，入电阻炉中加热制备成的棒状焊条，采用碳弧堆焊方法堆焊到," 钢表面，并利用线切割方法将堆焊层制备成各种试样。应用光学显微镜、型扫描电镜对堆焊层的组织进行观察与分析，采用型透射电镜观察金属基陶瓷与胎体金属结合界面的组织形貌。采用=(型摆锤式冲击试验机进行无缺口试样的冲击试验，摩擦磨损试验在型磨损试验机上进行，下试样为金属陶瓷环状试样，试验条件为：块5环接触滑动干摩擦方式，法向载荷为2%，滑动速度8.9 %，滑动距离3 9。用工具显微镜和测长仪测定磨痕长度!和宽度计算磨损体积，其中是下试样半径。2.试验结果与分析

显微组织与相结构稀土氧化物对胎体金属显微组织的影响在堆焊过程中由于金属陶瓷颗粒不熔化，其组织、性能变化不大。但胎体金属的组织性能对堆焊层的韧性、成形性能等影响很大。图1 为堆焊层胎体金属的显微组织。当不加入稀土氧化物时，堆焊层的组织主要是粗大的胞状枝晶（图6（3）），具有明显的方向性，同时局部区域产生缺陷（见图6（A））；而添加稀土氧化物后胎体金属的显微组织得到显著细化（图6），堆焊层中的缺陷消除。

上述组织特征形成的主要原因是：在未加入稀土氧化物时，由于焊后胎体金属的冷却速度较快，熔池中胞状枝晶具有定向凝固特征，且由于温度降低金属的粘度增加，液态金属的流动性变差，从而形成缺陷；加入稀土氧化物后，虽然具有较高的稳定性，但仍有一部分稀土氧化物在高温电弧作用下分解形成活性离子，吸附在晶核原子表面阻碍晶核在较大过冷度下的快速长大；还有一部分稀土氧化物作为夹杂物成为非均匀形核的核心，促进胎体金属的形核，从而起到细晶变质作用。其作为夹杂物非均匀形核能力的大小取决于夹杂物作为形核基底与结晶相之间的界面能，而基底与结晶相间的点阵错配度是决定界面能的主要因素。根据定义的二维错配度的定义进行计算.与面心立方结构!相的错配度，结果表明，稀土夹杂物作为胎体金属!相的非均匀形核的核心是相当有效的。稀土对金属陶瓷与胎体金属界面结构的影响堆焊时胎体金属与金属陶瓷结合是通过元素的扩散、反应，形成固溶体或共晶体。在没有加入稀土元素时，界面上的组织基本上是!等物相，往往由于冷却速度较大，界面上产生很大的应力，在组织内形成大量的位错及滑移线。当加入稀土元素后，界面层的物相较复杂，而且在金属基陶瓷周围包覆一层的细晶过渡层（图4（3）、（A）），甚至在局部区域胎体金属形成的非晶玻璃相（见图4，该相的能谱分析见图4（N），其成分，质量分数）等元素在该处聚集。形成非晶态物相的机制目前尚不清楚，可能是由于界面处存在大量的缺陷（位错、晶界），使稀土原子首先在表面缺陷处吸附，同时还将大量的等原子也带到这些缺陷处，大大降低该处基体的图6 堆焊层胎体金属的显微组织特征

（3）不加稀土的胎体金属显微组织；（A）不加稀土的胎体金属局部缺陷；加稀土后胎体金属显微组织特征王新洪等RE对TIC基金属陶瓷耐磨堆焊材料组织性能的影响图2 加入稀土后界面的TEM 形貌界面的细晶过渡区显微组织；（a）中TIC,Cu,Ni 的衍射图；（c）局部非晶态物相显微组织；

（d）（c）中Cu 的非晶衍射图；（e）非晶物相的EDAX 能谱线表面能，从而使成核部位增加。大量的原子被吸附在基体表面上，有效地阻止了晶核的继续长大，这样就促使细晶与非晶结构的形成。形成这些物相后不仅提高界面的抗冲击性能和结合强度，而且也改善了胎体金属对碳化物的润滑性，使胎体金属与金属陶瓷能较好地结合。2.2 力学性能

当在堆焊材料中加入少量的稀土元素后，堆焊层的冲击韧性变化较大，而堆焊层的显微硬度变化不明显。图1 是堆焊层金属基陶瓷与胎体金属界面近显微硬度的分布，从图中可以看出，加入稀土元素后虽然得到细小的胎体金属组织，但对其硬度影响不大，仍保留较好的塑性和韧性。堆焊时金属基陶瓷本身不熔化，硬度变化也不大，堆焊后其扩散烧损较小。堆焊材料的冲击功是金属基体和金属陶瓷两部分共同吸收的冲击能量的度量，其中金属陶瓷的韧性较低。耐磨堆焊材料的冲击功主要是其中金属基体吸收的冲击能量的结果。因此，堆焊层的显微组织形态对其冲击韧性的影响很大。图2 是堆焊层冲击韧性的曲线，表明在加入稀土元素后堆焊层的的韧性增加.图5(a），（b）是堆焊层胎体金属的断口形貌。从图中可以看出，胎体金属的断裂主要是韧性断裂，并具有较大的塑性变形，断口上存在许多韧窝和一定数量的白色撕裂棱。在韧窝断口的底部有 可能存在引发裂纹起源的夹杂物或第二相粒子由于较大尺寸夹杂物更易对位错滑移形成阻碍，产生的应力集中更大，因此，更易引发裂纹源。撕裂棱是塑性变形的特征，它是在各单独裂纹扩展至相互连接，最后撕裂而形成，在撕裂棱处产生较大量的塑性变形。两者不同在于断裂前塑性变形的程度不同，在图5（a）中所示的胎体金属断口韧窝较大，撕裂棱的数量少，而图5（b）中所示的胎体金属的断口上可见较小的韧窝，撕裂棱的数量也较多。因此，表明加入稀土元素能提高胎体金属的韧性和塑性。此外，在没有加稀土元素的堆焊层中，由于焊后冷却速度较快，造成堆焊层局部的胎体金属在凝固过程中局部区域得不到液态金属的补充，产生疏松等缺陷，从断口形貌上看胎体金属中存在自由生成的表面（见图&），因此，在冲击力作用下产生应力集中，使胎体金属的冲击韧性明显降低而当胎体金属中加入少量稀土元素后明显改善胎体金属的韧性，这主要是由于稀土元素可以去除杂质、净化胎体金属，提高液态金属的流动性，消除缺陷，提高金属陶瓷润湿性以及与胎体金属的结合强度，细化胎体金属的组织，从而提高其韧性。磨损性能图是堆焊层抗摩擦磨损的关系曲线。从图中可以看出，加入稀土氧化物后堆焊层的耐磨性提高。产生这种现象的原因可能是加入稀土元素后，基体组织显著细化，塑、韧性改善，使堆焊层具有更好的减摩作用和稳定的摩擦学特性。此外，加入稀土氧化物后，增强了金属基陶瓷与胎体金属的结合强度，使其不易脱落，能更有效阻止堆焊层从轻微磨损状态向严重磨损状态转化，起到均匀载荷和减摩抗磨作用，因此磨损抗力增加。图6 堆焊层胎体金属缺陷处断口形貌 3.结论

金属材料的应用现状与发展趋势 篇6

摘要：金属是人们日常生活生产中最不可或缺的材料，更是人类社会进步的关键所在，本篇论文主要论述金属材料的种类、性能及在社会发展中的重要应用，并且展望金属材料在未 的发展前景。

关键词：金属材料、镁合金、铝合金、稀土、汽车

引言

金属材料是指由金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、合金、金属间化合物和特种金属材料等。

人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。现代，种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。我们对金属材料的认识应从以下几方面开始：

一、分类：

金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。

1、黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90％以上的工业纯铁，含碳 2％～4％的铸铁，含碳小于 2％的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、精密合金等。广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。

2、有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。有色合金的强度和硬度一般比纯金属高，并且电阻大、电阻温度系数小。

3、特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等；还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金，以及金属基复合材料等。

4、金属材料按生产成型工艺又分为铸造金属、变形金属、喷射成形金属，以及粉末冶金材料。铸造金属通过铸造工艺成型，主要有铸钢、铸铁和铸造有色金属及合金。变形金属通过压力加工如锻造、轧制、冲压等成型，其化学成分与相应的铸造金属略有不同。喷射成形金属是通过喷射成形工艺制成具有一定形状和组织性能的零件和毛坯。

二、性能

金属材料的性能可分为工艺性能和使用性能两种。为更合理使用金属材料，充分发挥其作用，必须掌握各种金属材料制成的零、构件在正常工作情况下应具备的性能（使用性能）及其在冷热加工过程中材料应具备的性能（工艺性能）。

材料的使用性能包括物理性能（如比重、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等）、化学性能（耐用腐蚀性、抗氧化性），力学性能也叫机械性能。

材料的工艺性能指材料适应冷、热加工方法的能力。

三、应用现状：

金属材料的发展已从纯金属、纯合金中摆脱出来。随着材料设计、工艺技术及使用性能试验的进步，传统的金属材料得到了迅速发展，新的高性能金属材料不断开发出来。如快速冷凝非晶和微晶材料、高比强和高比模的铝锂合金、有序金属间化合物及机械合金化合金、氧化物弥散强化合金、定向凝固柱晶和单晶合金等高温结构材料、金属基复合材料以及形状记忆合金、钕铁硼永磁合金、贮氢合金等新型功能金属材料，已分别在航空航天、能源、机电等各个领域获得了应用，并产生了巨大的经济效益。

1、镁及镁合金

镁由于优良的物理性能和机械加工性能，丰富的蕴藏量，已经被业内公认为最有前途的轻量化材料及21世纪的绿色金属材料，未来几十年内镁将成为需求增长最快的有色金属。1.1在汽车领域的应用

20世纪70年代以来，各国尤其是发达国家对汽车的节能和尾气排放提出了越来越严格的限制，这些要求迫使汽车制造商采用更多高新技术，生产重量轻、耗油少、符合环保要求的新一代汽车。据测算，汽车自重减轻10%，其燃油效率可提高5.5%，如果每辆汽车能使用70公斤镁，CO的年排放量就能减少30%以上。镁作为实际应用中最轻的金属结构材料，在汽车的减重和性能改善中的重要作用受到人们的重视。1.2、电子及家电用镁合金

汽车行业对镁合金的大量需求，推动了镁合金生产技术的多项突破，镁合金的使用成本也大幅度下降，从而促进了镁合金在计算机、通讯、仪器仪表、家电、医疗、轻工等行业的应用发展。其中，镁合金应用发展最快的是电子信息和仪器仪表行业。在薄壁、微型、抗摔撞的要求之下，加上电磁屏蔽、散热和环保方面的考虑，镁合金成了厂家的最佳选择。另外，镁合金外壳可使产品更豪华、美观。在电子信息和仪器仪表行业的镁合金制品的单位重量和尺寸不如汽车零部件，但它的数量大、覆盖面广，其用量也是巨大的。所以，近几年电子信息行业镁合金的消耗量急剧增加，成为拉动全球镁消耗量增加的另一重要因素。1.3、其它应用领域

其它如铝合金添加剂、镁牺牲阳极和型材用镁合金等。镁牺牲阳极作为有效的防止金属腐蚀的方法之一，广泛应用于长距离输送的地下铁制管道和石油储罐。目前，作为镁牺牲阳极的镁合金有3～4万吨/年的市场需求量，且每年以20%的速度增长。镁合金型材、管材，以前主要用于航空航天等尖端或国防领域。近几年由于镁合金生产能力和技术水平的提高，其生产成本已下降到与铝合金相当的程度，极大地刺激了其在民用领域的应用，如用做自行车架、轮椅、康复和医疗器械及健身器材。

2、钛及钛合金

钛及钛合金具有密度小、比强度高和耐蚀性好等优良特性。随着国民经济及国防工业的发展，钛日渐被人们普遍认识，广泛地应用于汽车、电子、化工、航空、航天、兵器等领域。

从钛金属的应用领域来看，以美国、日本为例，美国钛的最大应用领域是航空航天，占到总消费量的58.5%；日本则是火力、核电厂，及板式热交换器，两者合计占总消费量的41.9%。从下表可以看出，与美国相比，日本在更多方面使用钛。在体育用品方面，除了在高尔夫球杆头上使用钛以外，还有短距离用跑鞋的销钉、羽毛球拍及冰杖等登山器具、滑雪滑冰用的冰刀刃、自行车架、轮椅等等。美日两国在化学工业及油气田钻探装置上的用钛量都在增加。在计算机磁盘(真空镀膜)、纤维纺织机的框架、餐具、帐篷用具、拐杖和照相机等方面都巧妙地使用钛。

3、铝及铝合金

铝合金具有密度小、导热性好、易于成形、价格低廉等优点，已广泛应用于航空航天、交通运输、轻工建材等部门，是轻合金中应用最广、用量最多的合金。随着电力工业的发展和冶炼技术的突破，其性价比大为提高，目前交通运输业已成为铝合金材料的 合性能等具有非常积极的作用，在汽车领域有着良好的应用前景。

泡沫铝材被认为是一种大有前途的未来汽车的良好材料。泡沫铝材在汽车制造中的应用多为三明治式的三夹板，即：芯层为泡沫铝或泡沫铝合金，上下层为铝板或其他金属薄板。德国卡曼汽车公司用三明治式复合泡沫铝材制造的吉雅轻便轿车的顶盖板的刚度，比原来的钢构件高7倍左右，而其质量却比钢件轻25%。

四、发展展望

可以预见的是，金属材料依然不会被人类忽视，甚至应该是更受到重视和发展。但是就金属材料从古至今的长期发展规律我们可以发现，金属在人类的应用历史，正呈现着一种不断减重的趋势，即人类所最为依赖和一种的金属质量正在逐渐减少。这其实并不奇怪，在人类日新月异的技术，几乎越是高端的技术，就越是追求精巧别致，比如如今火热的纳米技术，核能开发等。而金属作为传统的人类常用材料，自然也要跟上这一趋势。这也便是人类在利用金属的过程会渐渐向质量轻的金属去靠拢。从最初的铜铁，到之后的铝，到如今，未来最热门的金属已变为了镁，钛等轻金属，这些，既证明了人类社会的不断进步，同时也让金属的价值得到了越来越大的发掘和提高。而在这其中，稀土的金属的开发已成为了全世界的一个焦点，稀土金属又称稀土元素，是元素周期表ⅢB族中钪、钇、镧系17种元素的总称。稀土元素是典型的金属元素，它们的金属活泼性仅次于碱金属和碱土金属，比其他金属元素都活泼，可与多种元素化合，稀土氧化物的熔点都很高，生成自由能负值很大，说明它们都是很稳定的化合物。由于稀土元素的特殊性质，决定了稀土的用途。其中炼钢生产中最常用的有两种，一是稀土合金，块状稀土硅铁合金，以前用于大包投入，大包压入，粉状一般用于大包内喷粉、模铸中注管喷粉等方法加入钢中；二是混合稀土金属，制成丝(φmm-φmm)或棒(≥φmm)，丝用于钢包、中注管或连铸结晶器，使用喂丝机喂入钢中，棒采用模内吊挂的方法熔入钢中。稀土金属包芯线作为线性添加材料的新品种，由于喂丝技术在炼钢生产中的广泛应用，必将得到进一步的发展。

可以肯定的是，在未来，随着人类生活中的不断需要，还会有更多的金属被开发出他独特的用途，成为人类社会中所必不可少的材料。也将同样引起未来科技的震荡，从而强力的推动社会的发展。好不夸张的说，未来社会人类能否生存，是否能利用好一些新兴金属将在很大程度上起着决定性的因素。因而，金属在未来的前景依然一片大好。

金属材料与人类社会进步的关系已不需多言，其体现的价值早已不再是简单一种人类所熟知的材料而已了。更多的，是一种社会进步的推动力。显而易见，金属材料的存在让人类的社会的进步加速了很多。而能够学会利用金属材料，毫无疑问，也是人类社会在不断前进中的一大幸事。所以，我们应该感谢金属材料在人类社会中起到的作用，也应更好的在未来利用好金属，让他的光芒更加闪耀。参考文献：

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5、《航空航天材料》 李成功 恒志傅 著 国防工业出版社

我国生物医用材料现状和发展趋势 篇7

关键词：生物医用材料,产业,发展趋势

1. 生物医用材料概述

生物医用材料(Biomedical Materials),又称生物材料(Biomaterials),是用于诊断、治疗、修复或替换人体组织或器官或增进其功能的一类高技术新材料,可以是天然的,也可以是合成的,或是它们的复合。生物医用材料不是药物,其作用不必通过药理学、免疫学或代谢手段实现,为药物所不能替代,但可与之结合,促进其功能的实现。按国际惯例,其管理划属医疗器械范畴,所占医疗器械市场份额大于40%。

生物医用材料的研究与开发必须有明确的应用目标,即使化学组成相同的材料,其应用目的不同,不仅结构和性质要求不同,制造工艺也不同。因此,生物医用材料科学与工程总是与其终端应用制品(一般指医用植入体)密不可分,通常谈及生物医用材料,既指材料自身,也包括医用植入器械。

按材料的组成和结构,生物医用材料可分为医用金属、医用高分子、生物陶瓷、医用复合材料、生物衍生材料等。按临床用途,可分为骨科材料,心脑血管系统修复材料,皮肤掩膜、医用导管、组织粘合剂、血液净化及吸附等医用耗材,软组织修复及整形外科材料,牙科修复材料,植入式微电子有源器械,生物传感器、生物及细胞芯片以及分子影像剂等临床诊断材料,药物控释载体及系统等。

尽管现代意义上的生物医用材料仅起源于上世纪40年代中期,产业形成在上世纪80年代,但是由于临床的巨大需求和科学技术进步的驱动,至今已取得了巨大的成功。其应用不仅挽救了数以千万计危重病人的生命,显著降低了心血管病、癌症、创伤等重大疾病的死亡率,而且极大地提高了人类的健康水平和生命质量。同时其发展对当代医疗技术的革新和医疗卫生系统的改革正在发挥引导作用,并显著降低了医疗费用,是解决当前看病难、看病贵及建设和谐稳定社会的重要物质基础。

伴随着临床应用的巨大成功,一个高技术生物医学材料产业已经形成,且是一个典型的低原材料消耗、低能耗、低环境污染(一个售价5000余元的药物洗脱冠脉支架,其不锈钢用量仅约等于100mg,全球不锈钢用量不超过1吨)、高技术附加值(知识成本可达总成本的50%~70%)的新兴产业,近十余年来以20%以上的年增长率持续增长。即便近年国际金融危机导致世界经济衰退,2009年美国医疗器械产业仍保持7%的年增长率,表明其发展受外部环境影响很小,对国家经济及安全具有重大意义,是世界经济中最具生气的朝阳产业。

生物医用材料是当代科学技术中涉及学科最为广泛的多学科交叉领域,涉及材料、生物和医学等相关学科,是现代医学两大支柱—生物技术和生物医学工程的重要基础。由于当代材料科学与技术、细胞生物学和分子生物学的进展,在分子水平上深化了材料与机体间相互作用的认识,加之现代医学的进展和临床巨大需求的驱动,当代生物材料科学与产业正在发生革命性的变革,并已处于实现意义重大的突破的边缘─再生人体组织,进一步,整个人体器官,打开无生命的材料转变为有生命的组织的大门。在我国常规高技术生物医用材料市场基本为外商垄断的情况下,抓住生物材料科学与工程正在发生革命性变革的有利时机,远瞻未来20~30年的世界生物材料科学与产业,着重提高创新能力,不仅可为振兴我国生物材料科学与产业,赶超世界先进水平赢得机遇,且可为人类科学事业的发展做出中国科学家的巨大贡献。

2. 国内生物医用材料产业和技术现状及发展趋势

2.1 国内产业、技术现状和发展趋势

经过近十年的发展,我国现代生物医用材料产业已具雏形,并进入高速发展阶段,其概况及主要特点如下:

(1)产业高速发展

2008~2010年我国生物医用材料的复合增长率高达30%,远高于国际市场的22%,2010年市场销售额已近100亿美元,保守估计2015年和2020年年销售额可分别达到370亿美元和1355亿美元,所占世界市场份额可从6.5%快速提升至12%和22%,10年内成长为世界第二大生物医用材料市场(图1)。

驱动我国生物医用材料产业高速发展的主要因素是:(1)人口老龄化。我国60岁以上的老龄人口持续攀升,2010年已占总人口的13.26%;2015年将攀升至15%,达2亿。人体组织和器官均具有一定的寿命。人口老龄化将导致对生物医用材料的需求增加。(2)由于交通、体育等事业发展导致的中、青年创伤增加。2010年我国创伤住院人数已达总住院人数的第四位,交通事故造成的死亡人数已达创伤死亡总人数的第一位。(3)经济持续增长,人民生活水平提高、健康意识增强,以及生活方式及疾病变化,特别是医改政策的实施,表1为我国城镇和农村家庭医疗费用支出情况,表2为我国糖尿病人数增加情况。(4)行业技术创新能力和技术层次提升,促进产业向价值链上游转移。例如我国冠脉支架的国产率已从2001年的10%提高至2010年的76%,骨创伤器械65%实现国产化等。

(2)国际市场地位不断提高

2010年我国医疗器械进出口总额已从2006年的105.52亿美元增长到2010年的226.56亿美元,年复合增长率高达21.05%,其中进口额从36.81亿美元增长至79.57亿美元,出口额从68.71亿美元增长至146.99亿美元,进、出口年复合增长率分别达16.53%和16.67%,出口额已占医疗器械总销售额的大约58%,出口国家和地区达217个,出口的低值医用耗材已占全球医用耗材市场份额的60%~70%(图2)。

(3)科学、技术创新能力和产业技术层次快速提升

作为生物医用材料产业基础的“中国生物材料科学与工程”成功地登上了世界舞台,显著标志是四年一次的世界生物材料大会第九次大会于2012年6月在我国成都举行。近十年来我国已初步形成以国家工程(技术)研究中心、企业创新中心、省部级工程中心和重点实验室为核心的,包括200余个单位的生物医用材料科技创新体系;研发工作已从分散、重复逐步集中于学科和产业发展的方向和前沿,从跟踪、仿制开始进入原始创新。据统计,1999~2008年在44种SCI收录的生物医学工程期刊上,我国学者发表的第一作者论文已居11个国家中的第三位,年复合增长量名列16个国家和地区的第一;2010年在“Biomaterials”、“J.Biomedical Materials Research”(美、日、澳学会联合会刊)、“Materials Science:Materials in Medicine”(欧洲学会会刊)、“Interface”(英皇家学会期刊)上发表的论文数均名列第一;2003~2007年在世界15个国家和地区医疗器械专利优先权获得量排名第五。与此相应,一批国际生物医用材料前沿产品,如组织诱导性骨和软骨、组织工程制品、植入性生物芯片、脑刺激电极、生物人工肝等几乎与国际研发同步或领先作出了样品,为进一步实施产业化、发展新的产业奠定了基础。一些原为进口品垄断市场的中高端产品近年来逐步实现了国产替代(表3)。

产品进口替代后,国产品价格通常低于进口品的30%~50%。

(4)区位优势形成

我国已经形成了长三角、珠三角和京津环渤海湾三大医疗器械产业聚集区。其中珠三角以研发生产综合性高技术医疗器械为主,包括有源植入性微电子器械、动物源生物材料和人工器官等;长三角主要生产开发以出口为导向的中小型医疗器械,特别是骨科器械和牙科器械等;环渤海湾地区主要从事高技术数字化医疗器械的研发生产,在医用高分子耗材、医用金属及植入器械等方面具有优势。三个集聚区已分别占全行业企业总数的21.02%,销售额的80%以上(中国经济信息网,2010中国行业年度报告系列之医疗器械)。此外成都–重庆地区是新兴的产业集聚区,在组织诱导性材料、表面改性植入器械以及采血、储血(液)和输血器械方面具有优势。

*全球糖尿病联盟、The New England Journal of Medicine,March 25,2010和国元证券:公司调研报告,2008整理

*中投证券

(5)多元(品种)化生产的龙头企业已开始萌生

2009年我国医疗器械行业由16000余家企业构成,其中90%以上均为中小企业,年销售额大于1亿元的企业占企业总数不到1%,国内排名前10位的医疗器械企业所占行业市场份额仅18.45%,而国际排名前25位的公司占有全球市场份额的75%,行业集中度差,但与2005年国内排名前10位的公司仅占市场份额8.5%相比,情况正在逐步好转。通过拓宽和延伸产品生产线、

兼并其他企业和扩展海外市场,国内一些有实力的公司已开始实施多元化,即多品种生产,公司销售额复合增长率大大提高,近十家生物医用材料生产企业已在证券市场上市,一批年销售额逾或近10亿元的企业正在涌现。

(6)管理日趋规范和完善

生物医用材料的使用直接关系到人的生命安全,生物安全性和可靠性,是其临床应用关注的首要问题。我国政府十分重视医疗器械和生物医用材料产品的质量,国务院已于2000年颁布了《医疗器械监督管理条例》,国家食品药品监督管理总局制定了一系列规章和规范性文件,努力完善产品标准、市场准入及上市后监督管理规范,并尽量使之与国际接轨,促进行业的国际化和实现医疗器械国际贸易的真正平等。

为完善生物医用材料产品标准确保产品质量,国家已相继建立了13个与生物医用材料相关的技术标准化委员会,负责标准的制订和修订,已制订和颁布医疗器械行业标准629个、国家标准157个,特别是在组织工程化产品质量控制方面,我国已发布8个标准,和国际处于同一水平。我国早于20世纪80年代就是国际标准化组织(ISO)成员,享有直接参与对口国际标准草案投票的权利,国际标准取标率已近80%,促进了医疗器械产品标准的国际化。

医疗器械检测机构是行政管理的技术支撑。目前经国家药监局认可的医疗器械检测机构已达50家,基本满足了我国医疗器械检测和监督管理的需要。为确保产品质量的安全性和可靠性,从2008年起,国家食品药品监督管理总局对生物医学材料和植入器械的第三类医疗器械强制要求建立和执行GMP质量管理体系,使产品标准和生产质量管理符合国际规范,确保产品的质量和安全有效。

通过一系列措施的颁布和执行,我国生物医用材料的监督管理日趋规范,并正在加速与国际接轨。

2.2 存在的主要问题

(1)产业规模小、技术装备落后、规模化生产企业尚未形成、缺乏市场竞争力。

我国人口占全球总人口的23%,但2010年我国生物医用材料的市场仅占全球市场大约6.5%,人均医疗器械年耗仅6美元,低于美国人均年耗309美元,瑞士人均年耗519美元,远不能满足众多人口的需求。企业规模小、经济实力不强、相当部分的技术装备停留于上世纪80年代水平,不仅产品质量不能保证,且难于形成规模化生产。2010年我国从事生物医用材料生产的企业约2400家,年平均销售额约120万美元/家,不足2007年美国同类企业平均年销售额的14%,年销售额逾10亿元的企业仅寥寥数家,上亿元的企业仅30家左右,销售额排名前5位企业销售额总和所占国内生物医用材料总销售额仅约10.2%,而国际上达37%,规模化生产尚未形成,市场竞争力低下。

(2)科技成果转化能力低,产业技术创新能力不强,产品技术结构落后,技术高端产品70%以上依靠进口。

我国生物材料科学与工程研究虽已进入国际先进水平,但成果工程化、产业化水平低,80%~90%的成果仍待在实验室;企业规模小、研发经费缺乏,2010年本土企业研发经费平均仅占企业销售收入的1.77%。2011年医疗器械对外贸易出口额虽已达167亿美元,但外企占50%,三资企业占83%,且50%出自对外加工贸易。国内整个医疗器械市场份额的65%被低、中端产品占有,其他35%高端医用设备和植入器械,国内企业介入不多。国内基本生产中、低端产品,高、中端产品的关键核心技术基本上为外商所控制,70%的高端产品依靠进口。

(3)完整的产业链尚未形成。

如前所述,我国已向全球提供60%~70%的低值医用耗材,2011年占国内医疗器械出口额的24%(约35亿美元),其中一次性无菌注射器是国际最大生产国,年产85亿套,出口35亿套。但是迄今为止,我国一次性注射器及输液器所用的高分子材料仍主要为聚氯乙烯(PVC),其添加的增塑剂易从材料迁出进入人体,造成对肝脏、生殖系统、肾脏等多种器官的危害,我国食品行业早已禁用PVC作为食品包装,但却仍是医疗器械大宗使用的封装材料。与此同时,为保护环境,蒙特利尔公约规定2015年前全球禁用环氧乙烷和溴甲烷,我国PVC器械的灭菌消毒均使用环氧乙烷,如果采用辐射灭菌会导致其颜色变黄,物理性能下降,迄今尚无有效措施解决这一重大问题,这将对我国一次性注射器、输液器等的生产造成致命影响。除此之外尚无医用级金属、高分子及其他高分子等专门供应商,也无通用基础原材料的国家或行业标准,从源头上妨碍了产业链的形成,是产业链尚未完整形成的一个标志。此外,生物医用材料和植入器械产业创新链,应当是政、产、学、研、医相结合,此种结合体制我国尚未有效形成。

(4)缺乏产业化接轨机制,风险投资出口狭窄,融资渠道不畅通,缺乏成果产业化及企业技术改造资金。特别是相当长时间内,产业发展资金主要来源于国有商业银行,其主要投资方向是国有大型企业,而不是以中小型企业为主的生物材料及植入器械企业,导致生物医用材料新产品、新技术产业化困难,企业技术改造资金缺乏,进而导致生产装备落后,产品质量不高且稳定性差,影响了国产品的市场声誉。近年来,虽然风险投资渠道大有改善,但大宗来源于国外风险投资机构和大型跨国企业,结果是虽然引进了产品和技术,弥补了国内的不足,但发展稍好的民营企业如微创、蒙太因等陆续为外资兼并或控股,转变为外资企业,加之国外大企业及财团在中国大规模建厂实施就地生产,我国生物材料和植入器械产业外资化,已是十分需要关注的问题。

(5)管理部门缺乏协调机制,未能形成统一的全面规划和管理机制,重复立项,多头管理常有所见;政策法规不健全,产品注册时间长,处理效率低,一些政策规定和灰色的行规不利于中资企业的发展。

软包装环保材料的现状及发展趋势 篇8

目前，国内软包装生产所需原材料主要有PET、BOPP、PE等。在不同的应用领域，通常会把几种材料复合使用，以增加包装的应用性能。但复合材料也带来了过度包装的问题。而且，目前绝大多数软包装材料难以降解，造成了严重的“白色污染”，给环境带来了不可估量的危害。因此，软包装行业亟待开发出性能优越、易于降解的环保型包装材料，以减轻对环境的负担。下面，结合我公司的研发及应用情况，为大家介绍几种软包装环保材料及相关技术。

软包装材料减薄技术

软包装材料减薄技术是指软包装在满足保护内容物、实现产品促销功能等要求的同时，通过减少材料厚度来实现轻量化的目的，不仅可以节约资源和成本，而且可以减少包装废弃物。比如，卫生巾、纸尿裤等产品重量较轻，单层材料的强度就可以满足其包装需求，无需多层复合，因此完全可以通过减薄技术来实现包装环保目的。

下面，以卫生巾包装为例加以说明。常用的卫生巾包装材料为PE薄膜，厚度有55、50、45、40和35μm，表1为不同厚度PE薄膜的性能对比，从中可以看出，厚度为35μm的PE薄膜完全可以满足卫生巾包装的性能需求。显而易见，如果将卫生巾包装的厚度从50μm减薄至35μm，可以节省很多资源。

软包装材料减薄技术多年前就已经被提出，但为什么现在很多软包装不仅没有减薄反而增厚了，而且出现了越来越多的复合软包装材料？我认为主要有两个原因：第一，减薄材料的挺度不够，商品货架展示性差，因此必须要考虑提高减薄材料的挺度，比如在材料中添加发泡母料，以达到增挺效果，这项技术已经在国外得到了应用；第二，减薄材料容易拉伸，使印刷难度增大。

我公司在软包装材料减薄方面做了很多努力，在如图1所示，我公司生产的厚度为35μm的软包装袋已经被国外客户普遍接受，但在国内市场几乎看不到这种厚度的软包装袋。

可生物降解软包装材料

1.完全生物降解膜

完全生物降解膜在适当和可表明期限的自然环境条件下，能被微生物完全分解变成低分子化合物。这个概念在多年前就已被提出，目前已有多家供应商在做这方面的研究开发。虽然目前很多省市已经要求商家强制性使用可降解购物袋，但在食品、卫生用品、婴儿用品等包装方面，还没有使用完全生物降解膜，而这是一个每年几百亿元销售额的巨大市场。

表2为F-2113完全生物降解膜的性能参数，从中可以看出，其各项性能完全能够满足包装需求。而且，加工时使用的设备与普通PE薄膜一样，但需要注意以下细节。

（1）吹膜加工工艺

建议选用长径比（L/D）≥28：1的螺杆；模口与筒膜直径吹胀比>1：2.5；加工温度要比普通P E薄膜高5～10℃；吹膜厚度达到40μm以上，因为这种薄膜的挺度和强度与普通PE薄膜相比略有偏差，不适合吹得太薄；吹好的薄膜需要裸放24小时，以恢复其物理性能。

（2）印刷加工工艺

可用苯溶和醇溶油墨印刷，尽可能避免30%以下的网点印刷；注意收料及放料张力的控制；注意防水处理，避免薄膜受潮。

（3）制袋加工工艺

加工温度要比普通PE薄膜高5～10℃。

此外，在运输和储存时应注意密封和防潮，未用完的薄膜应注意密封存放；如发现薄膜含水量超标，应对其进行干燥处理后再使用，干燥时间2小时，温度105℃。

虽然完全生物降解膜可以满足一些商品的包装需求，但仍存在需要改进和提升的地方：①成本高，使其应用范围受限；②印刷效果特别是浅网部分的印刷效果比普通PE、BOPP、CPP薄膜差；③质地较软，挺度较差；④热封强度比PE薄膜低。

2.部分生物降解膜

部分生物降解膜可在自然环境下通过土壤堆肥进行分解，虽不能完全分解，但最终降解为小颗粒，不会出现大面积污染，可减少燃烧时产生的毒烟和酸性废气，减轻对环境的危害。

部分生物降解膜性能参数见表3，从中可以看出，其各项性能完全能满足卫生巾和纸尿裤的包装需求，图2为我公司生产的部分生物降解膜制成的软包装袋。部分生物降解膜的加工过程与完全生物降解膜相似，吹膜温度一般控制在170～180℃，吹胀比>1：2.5，但印刷时浅网转移效果较差，另外制袋温度和PE薄膜相似。

3.阻碍可生物降解软包装材料发展的因素

从目前来看，可生物降解软包装材料完全可以满足包装需求，但为什么在软包装行业难以推广呢？

（1）成本较高

虽然部分生物降解膜的价格与同类产品相比具有一定的竞争力，但完全生物降解膜的价格是普通PE、PP薄膜的2～3倍，成本偏高，因此被限制在高端、低容量市场。

（2）性能限制

可生物降解软包装材料的各项性能比普通材料差，导致包装效果受影响。

（3）缺乏立法保护

可生物降解软包装材料的推广应用需要立法等强制措施来保护和推动，以限制不可降解软包装材料的应用，但目前还没有商品化的可降解软包装材料来支撑立法。

镭射压印转移工艺在PE薄膜上的应用

镭射压印转移工艺通过UV固化技术可以在PE薄膜上实现全幅面、局部、多种图案的镭射效果（如图3所示），从而实现防伪和装饰的目的。

1.工艺优势

（1）镭射膜非常环保，且成本比传统的烫印箔低，种类更多。

（2）可实现局部镭射效果。

（3）工艺过程简单，废品率低。

（4）可在印刷机上一次性完成转移及剥离，不仅能降低生产成本，还能降低套印偏差，显著提高产品质量。

（5）可根据设计要求来选择不同的镭射效果，如水纹、彩虹等。

2.工艺注意事项

（1）UV光油必须具有良好的韧性和初黏力，才能保证其固化后与剥离层紧密结合在PE薄膜表面。此外，还要确保UV光油无毒、无异味、无重金属残留。

（2）转移剥离过程必须要快速、彻底、干净，避免出现掉点及转移不良现象。

（3）保证黏合压力大小适中，既要保证贴合的牢固度，又不能对PE薄膜表面造成破坏。