深冷工藝是一種應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中的技術(shù),它主要是利用低溫度的物理性質(zhì)來達(dá)到各種不同的目的。這種技術(shù)可以被廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域,例如冶金、化學(xué)、航空航天、藥等。本文將會介紹其原理、優(yōu)勢、應(yīng)用以及未來發(fā)展趨勢。
一、原理
深冷工藝?yán)玫闹饕且旱鸵簹暹@兩種常見的超低溫物質(zhì)。這兩種物質(zhì)都可以在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,將溫度降到較低的程度。其中,液氮的沸點(diǎn)為-196℃,而液氬的沸點(diǎn)則為-152℃。核心原理就在于這種物質(zhì)的低溫能力以及所導(dǎo)致的相變效應(yīng)。
不同領(lǐng)域的深冷工藝,具體的原理和技術(shù)實(shí)現(xiàn)也不盡相同。例如在藥領(lǐng)域中,深冷技術(shù)可以用于制備凍干藥品,其原理是利用低溫將藥物水分凍結(jié)成固體,然后通過真空等其他手段將水分去除,制成干燥粉末狀的產(chǎn)品。這種技術(shù)主要是以液氮或者液氬為冷源,將藥品置于特定的容器中,然后通過一些特殊的處理手段來控制溫度和真空度,使得藥品保持在固態(tài)的同時突破細(xì)胞膜結(jié)構(gòu),從而讓水分盡可能的被去除。
工藝機(jī)理:
1、填補(bǔ)內(nèi)部空隙,使金屬表面積即耐磨面增大:深冷處理使得馬氏體填補(bǔ)內(nèi)部空隙,使得金屬表面更加密實(shí),使耐磨面積增加,晶格更小,合金成分析出均勻,淬火層深度增加,而且不僅僅是表面,使翻新次數(shù)增加,壽命提高。
2、消除殘余奧氏體:一般淬火回火后的殘余奧氏體在8~20%左右,殘余奧氏體會隨著時間的推移進(jìn)一步馬氏體化,在馬氏體轉(zhuǎn)變過程中,會引起體積的膨脹,從而影響到尺寸精度,并且使晶格內(nèi)部應(yīng)力增加,嚴(yán)重影響到金屬性能,深冷處理一般能使殘余奧氏體降低到2%以下,消除殘余奧氏體的影響。如果有較多的殘余奧氏體,強(qiáng)度降低,在周期應(yīng)力作用下,容易疲勞脫落,造成附近碳化物顆粒懸空,很快與基體脫落,產(chǎn)生剝落坑,形成較大粗糙度的表面。
3、析出碳化物顆粒:深冷處理不僅減少殘余馬氏體,還可以析出碳化物顆粒,而且可細(xì)化馬氏體孿晶,由于深冷時馬氏體的收縮迫使晶格減少,驅(qū)使碳原子的析出,而且由于低溫下碳原子擴(kuò)散困難,因而形成的碳化物尺寸達(dá)納米級,并附著在馬氏體孿晶帶上,增加硬度和韌性。深冷處理后金屬的磨損形態(tài)與未深冷的金屬顯著不同,說明它們的磨損機(jī)理不同。
二、技術(shù)優(yōu)勢具體表現(xiàn)在:
1、可以提高活塞的尺寸穩(wěn)定性,防止或減小工作中的變形量,提高活塞銷孔、活塞環(huán)槽上下的耐磨度;
2、提高活塞的耐磨度;防止或減少受力后變形量;
3、提高連桿強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性:
4、通過深冷處理,增加曲軸或凸輪軸的擾變形能力,提高強(qiáng)度和耐磨度,從而延長使用壽命。
三、深冷工藝的應(yīng)用領(lǐng)域廣,下面列舉一些常見的應(yīng)用舉例:
1、藥
除了凍干制品外,深冷技術(shù)在藥領(lǐng)域還可以用于保護(hù)人體細(xì)胞。例如,在某些手術(shù)中,將病人暴露在深低溫度中,可以減緩細(xì)胞的新陳代謝速度,從而讓生有更多的時間來處理問題。
2、化工
深冷還可以用于制備一些化學(xué)品,在處理高溫化學(xué)反應(yīng)時可以有一些顯著的優(yōu)勢。例如,人工合成新材料中的一些關(guān)鍵化學(xué)反應(yīng),需要在低溫度下進(jìn)行,才能保證材料的質(zhì)量和性能。
3、金屬加工
在一些金屬表面處理和冷壓成型的過程中,深冷技術(shù)也有一些應(yīng)用。例如,在太空科學(xué)中需要制備的一些高性能金屬和復(fù)合材料,在深低溫度下進(jìn)行冷卻,可以保證材料的性能和穩(wěn)定性。
三、未來發(fā)展趨勢
深冷處理依然是一個新興技術(shù),未來可以應(yīng)用于更多的領(lǐng)域,并且還存在一些潛在的應(yīng)用。目前,普及深冷技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)主要是成本方面,液氮和液氬等超低溫材料都是非常昂貴的,同時深冷設(shè)備本身的價格也比較高。但是,隨著技術(shù)的進(jìn)步和應(yīng)用范圍的擴(kuò)大,工藝成本逐漸降低也是必然的。
在未來,深冷工藝還可能與其他科技進(jìn)行融合,例如智能材料和3D打印等。深冷和3D打印技術(shù)結(jié)合應(yīng)用可以大大增加復(fù)雜結(jié)構(gòu)材料的可制備性和精密度;深冷和智能材料相結(jié)合應(yīng)用,則可以實(shí)現(xiàn)對材料性能的精密控制,從而為新型器件的制備提供支撐。