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玻璃的反光率15% 折射率90%~100%
金属一般反射率60%~70%
至于地版和大理石只要有bitmap就可以了
大理石加10%的反光 打蜡的地板有5%的反光
这里是一些物质的物理特征，希望能帮到各位。
金属 颜色RGB 色彩亮度 光亮度 慢射 镜面 光泽度 反射 BMP(分形噪声)单位：英寸 凹凸%
铝箔 180,180,180 有 0 32 90 中 65 .0002,.00002,.0002 8
铝箔（钝) 180,180,180 有 0 50 45 低 35 .0002,.00002,.0002 15
铝 220,223,227 有 0 35 25 低 40 .0002,.00002,.0002 15
磨亮的铝 220,223,227 有 0 35 65 中 50 .0002,.00002,.0002 12
黄铜 191,173,111 有 0 40 40 中 40 .0002,.00002,.0002 20
磨亮的黄铜 191,173,111 有 0 40 65 中 50 .0002,.00002,.0002 10
镀铬合金 150,150,150 无 0 40 40 低 25 .0002,.00002,.0002 35
镀铬合金2 220,230,240 有 0 25 30 低 50 .0002,.00002,.0002 20
镀铬铝 220,230,240 有 0 15 60 中 65 .0002,.00002,.0002 15
镀铬塑料 220,230,240 有 0 15 60 低 50 .0002,.00002,.0002 15
镀铬钢
220,230,240 有 0 15 60 中 70 .0002,.00002,.0002 5
纯铬 220,230,240 有 0 15 60 低 85 .0002,.00002,.0002 5
铜 186,110,64 有 0 45 50 中 40 .0002,.00002,.0002 10
18K金 234,199,135 有 0 45 50 中 65 .0002,.00002,.0002 10
24K金 218,178,115 有 0 35 50 中 65 .0002,.00002,.0002 10
未精练的金 255,180,66 有 0 35 50 中 45 .0002,.00002,.0002 25
黄金 242,192,86 有 0 45 50 中 65 .0002,.00002,.0002 10
石墨 87,33,77 无 0 42 90 中 15 .0001,.0001,.0001 10
铁 118,119,120 有 0 35 50 低 25 .0002,.00002,.0002 20
铅锡锑合金 250,250,250 有 0 30 40 低 15 .0002,.00002,.0002 10
银 233,233,216 有 0 15 90 中 45 .0002,.00002,.0002 15
钠 250,250,250 有 0 50 90 低 25 .0002,.00002,.0002 10
废白铁罐 229,223,206 有 0 30 40 低 45 .0002,.00002,.0002 30
不锈钢 128,128,126 有 0 40 50 中 35 .0002,.00002,.0002 20
磨亮的不锈钢 220,220,220 有 0 35 50 低 25 .0002,.00002,.0002 35
锡 220,223,227 有 0 50 90 低 35 .0001,.0001,.0001 20



透明材质的折射率
材质 折射率
真空 10000
空气 10003
液态二氧化碳 12000
冰 13090
水 13333
丙酮 13600
乙醇 13600
糖溶液（30%） 13800
酒精 13900
萤石 14340
融化的石英 14600
Calspar2 14860
糖溶液（80%） 14900
玻璃 15000
玻璃，锌冠 15170
玻璃，冠 15200
氯化钠 15300
氯化钠（食盐）1 15440
聚苯乙烯 15500
石英2 15530
绿宝石 15700
轻火石玻璃 15750
青金石，杂青金石 16100
黄玉 16100
二硫化碳 16300
石英1 16440
氯化钠（食盐）2 16440
重火石玻璃 16500
Calspar2 16600
二碘甲烷 17400
红宝石 17700
蓝宝石 17700
超重火石玻璃 18900
水晶 20000
钻石 24170
氧化铬
27050
非晶质硒 22920
碘晶体 33400

以K为单位的光色度对照表
光源 K
烛焰 1500
家用白灯
2500-3000
60瓦的充气钨丝灯 2800
100瓦的钨丝灯 2950
1000瓦的钨丝灯 3000
500瓦的投影灯 2865
500瓦钨丝灯 3175
3200K的泛光灯 3200
琥珀闪光信号灯 3200
R32反射镜泛光灯 3200
锆制的浓弧光灯 3200
1号，2号，4号泛光灯，反射镜泛光灯 3400
暖色的白荧光灯 3500
切碎箔片，清晰闪光灯信号 3800
冷色的白荧光灯 4500
白昼的泛光灯 4800
白焰碳弧灯
5000
M2B闪光信号灯 5100
正午的日光 5400
高强度的太阳弧光灯 5550
夏季的直射太阳光 5800
早上10点到下午3点的直射太阳光 6000
蓝闪光信号灯 6000
白昼的荧光灯 6500
正午晴空的太阳光 6500
阴天的光线 6800-7000
高速电子闪光管 7000
来自灰蒙天空的光线 7500-8400
来自晴空蓝天的光线 10000-20000
在水域上空的晴朗蓝天 20000-27000
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铝 塑板在近几年已进入家庭装修，因其具有表面光 滑，色彩艳丽，耐冲击力强，清洁方便，坚固耐用，施工快捷而被广泛采用。铝塑板分外墙工程板和内墙装饰板二大类，家庭装修一般都使用后者。铝塑板分双面和 单面二种。双面铝塑板表面均为防锈高强度铝合金板。正面喷涂，反面铝板本色。{TodayHot}而单面铝塑板只有表面一层铝合金板，强度稍差，价格也便 宜些。表面喷漆质量，好的铝塑采用进口热压喷涂工艺，漆膜颜色均匀，附着力强，划碰后不易脱漆。
家庭装修用铝塑板一般应用在餐厅、厨房、浴室及房间暖气罩、隔断等造型上，施工时，首先板材基面要干燥平整，最好用多层板、细木工板做底层，防止发生开裂 变形。其次在粘贴铝塑板时要注意涂胶一定要均匀，待强力胶稀释剂挥发用手摸不粘手即可粘贴，用木锤敲击压实。第三，铝塑板在使用时注意按设计要求分割成若 干块。不宜整张或大面积使用，否则容易引起空鼓开胶。第四，铝塑板接缝企口一般用玻璃胶封口，要求玻璃胶注封时一定要均匀饱满，干透后要将表面清理干净， 使线条粗细一致。
铝塑板的特点
铝塑板是易于加工、成型的好材料。更是为追求效率、争取时间的优良产品，它能缩短工期、降低成本。铝塑板可以切割、裁切、开槽、带锯、钻孔、加工埋头，也可以冷弯、冷折、冷轧，还可以铆接、螺丝连接或胶合粘接等。
常见的质量问题分析
塑板的变色、脱色
铝塑板产生变色、脱色，主要是由于板材选用不当造成的。铝塑板分为室内用板和室外用板，两种板材的表面涂层不同，决定了其适用的不同场合。室内所用的板 材，其表面一般喷涂树脂涂层，这种涂层适应不了室外恶劣的自然环境，如果用在了室外，自然会加速其老化过程，引起了变色脱色现象。室外铝塑板的表面涂层一 般选用抗老化、抗紫外线能力较强的聚氟弹脂涂层，这种板材的价格昂贵。有些施工单位欺骗业主，以室内用的板材冒充抗老化、抗腐蚀的优质氟碳板材，榨取不合 理的利润，因而造成工程上所用的铝板出现严重的变色、脱色现象。 {HotTag}
塑板的开胶、脱落
铝塑板开胶、脱落，主要是由于粘结剂选用不当的。作为室外铝塑板工程的理想粘结剂，硅酮胶有着得天独厚的优越条件。以前，我国的硅酮胶主要依赖进口，其身 价令很多人望而却步，只有那些高层建筑上身价不菲的幕墙工程才敢于问津。现在，我国的郑州、广东、杭州等地都先后投产了不同品牌的硅酮胶，致使价格大跌。 现在，在购买铝塑板的时候，销售商会推荐那种专用的快干胶。这种胶在室内使用尚可，用在气候变化无常的室外，便出现板材开胶、脱落的现象。
铝塑板表面的变形、起鼓
随便在哪个城市中逛上一圈，都不难发现一些铝塑板表面变形、起鼓的那些大煞风景的工程。小小的门面装修工程上这种现象，大型高层建筑上也有这种现象。以前 在施工中，出现过这种质量问题，我们曾认为是板材本身的质量原因；后来，经过大家的集中分析才发现，主要问题出在粘贴铝塑板的基层板材上，其次才是铝塑板 本身的质量问题。经销商经常给我们提供铝塑板的施工工艺，其推荐使用的基层材料主要是高密度板、木工板之类。其实，这类材料在室外使用时，其使用寿命是很 脆弱的，经过风吹、日晒、雨淋后，必然会产生变形。既然基层材料都变形了，那末作为面层的铝塑板那有不变形之理？可见，理想的室外基层材料应经过防锈处理 后角钢、方钢管结成骨架为佳。如果条件允许的话，采用铝型材作为骨架就更为理想了。这类金属材料制作的骨架，其成本并不比木龙骨、高密板高出许多，可确实 保证了工程质量。
铝塑板胶缝整齐
铝塑板在装修建筑物表面时，板块之间一般都有一定宽度的缝隙。为了美观的需要，一般都要在缝隙中充填黑色的密封胶。在打胶时有些施工人员为了省时的需要， 不用纸胶带来保证打胶的整齐、规矩，而是利用铝塑板表面的保护膜作为替代品。由于铝塑板在切割时，保护膜会产生不同程度的撕裂情况，所以用它来做保护胶带 的替代品，不可能把胶缝收拾得整整齐齐。
材料包括：
铝塑板主要技术指标：涂层厚度、光泽度偏差、铅笔硬度、附着力、耐冲击力性、耐酸、碱、油、溶剂性等
材料费铝塑板目前市场价约60-100元一张（1220X2440mm）每平方米20-30元左右，厚度3mm，铝板厚度0.05毫米左右
人工费：铝塑板吊顶包括木龙骨、挖灯孔、中纤板基层、铝塑板胶粘（龙骨间距400-600MM）18元/平方米其中型轻钢龙骨包括搭架、放线、拌料、龙骨制作安装、天花层高3M以11元/平方米；木龙骨10元/平方米。
木龙骨或轻钢龙骨上封纸面包括封板、挖灯孔4元/平方米
木龙骨上铝塑板面层包括安装、挖灯孔4元/平方米。
硅酮建筑密封胶未计。
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丁文汇 王渠东 刘满平
（上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心）


　 　　铝、镁、钛等金属的密度小，分别为2.7g/cm3、1.7g/cm3、和4.5g/cm3、，因此，这几种金属通常被称为轻金属，其相应的铝合金、 镁合金、钛合金则称为轻合金[1,2]。铝合金具有比重小、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[3~5]。镁合金具有比重小，比强度、比刚度高，阻尼性、切削加工性、导热性好，电磁屏蔽能力强，尺寸稳定，资源丰富， 易回收，无污染等优点，因此，在汽车工业、通信电子工业和航空航天工业等领域正得到日益广泛的应用，近年来全世界镁合金产量的年增长率高达20％，显示出 了极为广泛的应用前景[1,15]。钛合金比重小、耐蚀性好、耐热性高、比刚度和比强度高，是航天航空、石油化工、生物医学等领域的理想材料；同时，钛的 无磁性、钛铌合金的超导性、钛铁合金的储氢能力等特性，使得钛合金在尖端科学和高技术方面发挥着重要作用[1,32]。
　　本文简要综述目前国内外在轻合金方面的研究开发、应用现状及最新进展，分析了我国在轻合金材料发展及其应用方面存在的问题，提出了今后一段时间我国在轻合金材料研究、开发与应用方面的对策。


－、铝合金


　　1.铝合金的发展
　 　铝合金是一种较年轻的金属材料，在20世纪初才开始工业应用。第二次世界大战期间，铝材主要用于制造军用飞机。战后，由于军事工业对铝材的需求量骤减， 铝工业界便着手开发民用铝合金，使其应用范围由航空工业扩展到建筑业、容器包装业、交通运输业、电力和电子工业、机械制造业和石油化工等国民经济各部门， 应用到人们的日常生活当中。现在，铝材的用量之多，范围之广，仅次于钢铁，成为第二大金属材料。铝材应用的迅速发展是世界铝工业界不断开发新的铝合金材料 的结果[3~5]。表1列出了铝合金的特性及主要应用领域[2]。


　　铝合金的发展可追溯到1906年时效强化现象在柏林被 Alfred Wilm偶然发现，硬铝Duralumin、随之研制成功并用于飞机结构件上[7]。在此基础上随后开发出的Al-Cu-Mg系合金，如2014和 2024，其抗拉强度为350~480MPa'，至今仍在使用。第二次世界大战期间，由于军用航空材料的需要，抗拉强度超过500ＭＰ'的Al- Zn_Mg_Cu.合金发展起来，其中最著名的合金是7075[6]。第二次世界大战后，－系列新合金（尤其是7000系），如7050、7010、 7475和7055等研制成功。这些铝合金的研制，在不断提高强度的同时，更加注重改善其抗应力腐蚀性能和断裂韧性，以提高构件的工作可靠性[1]。目 前，高强、高韧是铝合金发展的主要方向。
　　2.铝合金的新进展
　　（1）Al-Cu-Mg合金系（2000）。
　　为提高2024的断裂韧性，通过控制合金中的Fe、Si杂质量并调整溶质元素的量，美国研制出了2124、2048和2524等合金[1,10]。其中新合金2524已广泛用于B777机身，在强度相当的条件下，其断裂韧性和抗疲劳能力明显优于2024[7]。
　 　2000系合金的高温蠕变强度很高，典型合金有2618和2219。其中2219合金是一种焊接性、耐热性、韧性都很好的合金，主要用作航空油箱材料。 进一步降低2219合金中的Fe、Si杂质量，提高Cu含量使之超过固溶极限以上，开发了韧性更高的2419、2021及2004合金，而且2004 合金超塑性能良好[10]。　　研究发现，微量Ag(~0.1at.%)可促进所有含Mg铝合金的时效强化。由此开发出的典型合金有Al-4Cu- 0.3Mg-0.4Ag和Al-6.3Cu-0.4Mg-0.4Ag-0.3Mn-0.2Zr。与其他2000系合金相比，前者具有优良的蠕变性能；后者 既具有较高的室温强度，又提高了高温和蠕变性能[1]。最近，法国也发明了一种高蠕变强度的含Ag铝合金（芙国专利No.5738735）[12]。
　　（2）Al-Zn-Mg-(Cu)合金系（7000）。
　 　对于7000系合金，长期困扰的问题是7079-T6和7075-T6等合金抗应力腐蚀开裂性差，为此开发了T73热处理工艺。T73热处理对防止应力 腐蚀很有效，但与T6处理相比，材料强度降低了15％[1]。　　因此，很多研究都围绕着如何既获得T6的强度又具有T73的抗应力腐蚀性能。通过调整成 分和工艺，出现了7049、7050、7150和7033等合金；添加Zr代替Cr，开发了7010和7012合金；在T73之前对合金进行热变形；采用 T77处理工艺的合金，如7055-T7751，用于B-777客机以承受压缩载荷为主的上机翼翼面，使其重量减少了635kg[1,6,10]；英国开 发、1999年6月在美国注册的7034合金，则具有优秀的损伤容限[13]。
　　（3）Al-Li合金系。
　　铝锂合金作为一种低密度、高弹性模量、高比强度和高比刚度的铝合金，在航空航天领域显示出了广阔的应用前景。例如，美国1998年用2195铝锂合金代替2219合金，制造奋进号航天飞机的液氢液氧外推进剂贮箱，减轻重量约3500ｋｇ，获得巨大效益[6~8]。
　 　按时间顺序和性能特点可将铝锤合金划分为三代。第一代以1957年美国Alcoa公司研究成功的2020合金为代表，但其塑韧性水乎太低。第二代为 20世纪70~80年代发展起来的铝锂合金，其中具有代表性的合金有.苏联的1420，美国的2090，英国的8090和8091，法国的2091等，这 些合金具有密度低、弹性模量高等优点，都已获得了一定的应用，其中1420是目前最为成熟的铝锂合金[8,11]。进入20世纪90年代以后，人们针对第 二代铝锂合金本身存在的各向异性、不可焊、塑韧性及强度水平较低等问题，开发出了一些具有特殊优势的第三代新型铝锂合金。如高强可焊的1460和 Weldalite系列合金，低各向异性的AF/C489和AF/C458台金，高韧的2097和2197合金，高抗疲劳裂纹的C-155合金，及经特殊 真空的XT系列合金，超轻的8024Al-Li_zr合金（1999年注册）等[10,13]。其中对高强可焊合金和低各向异性合金的研究最多，是第三代 铝锂合金的发展方向。表2为第三代主要铝锂合金的典型性能[8,13]。


　　（４）铸造铝合金。
　　开发能够替代部分变 形铝合金的高强韧铸造铝合金可以缩短制造周期，降低成本。国外最著名的高强韧铸造铝合金有法国的A-U5GT，美国的201.0，这些合金都具有很好的力 学性能。我国的ZL205A，抗拉强度为510MPa，延伸率可达13％。最近；北京航空材料研究院研制出一种与ZL205A成分相近、韧性特别好的铸造 铝合金，其延伸率达19％～23％，冲击韧性为ak181~304kJ/m2[9]。
　　近年来，铸造铝基复合材料发展较为迅速，例如，铸造Al-Si基SiC颗粒增强复合材料，提高了合金的性能，尤其是刚性和耐磨性，并已应用到航空、航天、汽车等领域。此外，一些新型的具有特种功能的铸造铝合金材料也处于研究应用阶段。
　　(5)快速凝固／粉末冶金铝合金和喷射沉积铝合金。
在 快速凝固／粉末冶金（RS／PM）铝合金方面，国内外已出现了几种典型的合金，如高强耐蚀的Al-Zn_Mg_Cu（7090、7091和X7093）系 铝合金，耐热的Al-Fe（8009、X8019和LG5）、Al-Cr.和Al-Ti系铝合金，低密度高模量的Al-Li-Cu-Mg-Zr铝合金，高 硅耐磨铝合金等[3]。
　　近几年来，喷射沉积铝合金工艺受到英国、法国、瑞士和日本等国家的高度重已用于生产2000系、7000系、AL-Li系、AL-Si系等合金，碳化硅颗粒增强铝合金复合材料[3]。
（6）其他新型铝合金及技术。其他近年来发展成功或正在研制的具有发展前景的新型铝合金及技术如表3所示[13].
二、镁合金


　　1.镁合金的发展
镁合金是实际应用中最轻的金属结构材料，但与铝合金相比，镁合金的研究和发展还很不充分，镁合金的应用也还很有限。目前，镁合金的产量只有铝合金的1％。镁合金作为结构应用的最大用途是铸件，其中90％以上是压铸件[14]。
　 　限制镁合金广泛应用的主要问题是：由于镁元素极为活泼，镁合金在熔炼和加工过程中极容易氧化燃烧，因此，镁合金的生产难度很大；镁合金的生产技术还不成 熟和完善，特别是镁合金成形技术有待进一步发展；镁合金的耐蚀性较差；现有工业镁合金的高温强度、蠕变性能较低，限制了镁合金在高温（150～350℃） 场合的应用；镁合金的常温力学性能，特别是强度和塑韧性有待进一步提高；镁合金的合金系列相对很少，变形镁合金的研究开发严重滞后，不能适应不同应用场合 的要求[14~19]。　　镁合金可分为铸造镁合金和变形镁合金。镁合金按合金组元不同主要有Mg-Al-Zn-Mn系（Az）、 Mg-Al -Mn系（AM）和Mg-Al-Si-Mn系（As）、Mg-Al-RE系（AE）、Mg-Zn-Zr n（ZK）、Mg-Zn-RE系（ｚＥ）等合金。常用铸造镁合金的牌号及性能见表４[2,14]。表5为常见变形镁合金的化学成分及基本特性 [2,20]。
　　我国具有丰富的镁资源，原镁产能、产量和出口均居世界首位。在镁和镁合金的研究和应用领域，我国与欧美等发达国家之间的差距还相当大'一方面，我国的原镁质量差，镁合金锭的质量也不尽如人意，出口缺乏竞争力，作为结构材料应用


的 镁在国内的消耗量又很少，只能作为初级原料低价出口，属典型的资源出口型工业，目前，国内的镁冶金企业大都处于亏损或面临倒闭；另一方面，我国对镁合金的 研究和应用更显薄弱。因此，如何利用我国的镁资源优势，将镁的资源优势转变为技术、经济优势，促进国民经济发展、增强我国镁衍业的国际竞争力，是摆在我们 面前的迫切任务[24]。
　　2.镁合金的新进展
　　（1）耐热镁合金。
　　耐热性差是阻碍镁合金广泛应用的主要原因之一，当温度升高时，它的强度和抗蠕变性能大幅度下降，使它难以作为关键零件（如发动机零件）材料在汽车等工业中得到更广泛的应用。
己开发的耐热镁合金中所采用的合金元素主要有稀土元素（RE）和硅（Si）。稀土是用来提高镁合金耐热性能的重要元素。含稀土的镁合金QE22和WE54具有与铝合金相当的高温强度，但是稀土合金的高成本是其被广泛应用的一大阻碍[18]。
　 　Mg-Al-Si（AS）系合金是德国大众汽车公司开发的压铸镁合金。175℃时，AS41合金的蠕变强度明显高于AZ91和AM60合金。但是， AS系镁合金由于在凝固过程中会形成粗大的汉字状Mg2Si相，损害了铸造性能和机械性能。研究发现，微量Ca的添加能够改善汉字状Mg2si相的形态， 细化Mg2si颗粒，握高AS系列镁合金的组织和性能[18]。
　　从20世纪80年代以来，国外致力于利用Ｃ·来提高镁合金的高温抗拉强度和蠕变性能。最近美国开发的ZAC8506（Mg-8Zn-5Al-0.6Ca），以及加拿大研究的Mg-5Al-0.8Ca等镁合金，其抗拉强度和蠕变性能都较好。
2001年，日本东北大学井上明久等采用快速凝固法制成的具有100~200nm晶粒尺寸的高强镁合金Mg-2at% Y-1at% Zn，其强度为超级铝合金的3倍，还具有超塑性、高耐热性和高耐蚀性。
　　（2）耐蚀镁合金。
　 　镁合金的耐蚀性问题可通过两个方面来解决：①严格限制镁合金中的Fe、Cu、Ｎi等杂质元素的含量。例如，高纯AZ91HP镁合金在盐雾试验中的耐蚀性 大约是AZ91C的100倍，超过了压铸铝合金A380，比低碳钢还好得多。②对镁合金进行表面处理。根据不同的耐蚀性要求，可选择化学表面处理、阳极氧 化处理、有机物涂覆、电镀、化学镀、热喷涂等方法处理。例如，经化学镀的镁合金，其耐蚀性超过了不锈钢[2]。
　　（3）阻燃镁合金。
　　镁合金在熔炼浇铸过程中容易发生剧烈的氧化燃烷。实践证明，熔剂保护法和SF6、SO2、CO2、Ar等气体保护法是行之有效的阻燃方法，但它们在应用中会产生严重的环境污染，并使得合金性能降低，设备投资增大。
纯镁中加钙能够大大提高镁液的抗氧化燃烧能力，但是由于添加大量钙会严重恶化镁合金的机械性能，使这一方法无法应用于生产实践。铰可以阻止镁合金进一步氧化，但是铰含量过高时，会引起晶粒粗化和增大热裂倾向。
最近，上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心通过同时加人几种元素，开发了一种阻燃性能和力学性能均良好的轿车用阻燃镁合金，成功地进行了轿车变速箱壳盖的工业试验，并生产出了手机壳体、ＭＰ3壳体等电子产品外壳[15]。
　　（４）高强高韧镁合金。
　 　现有镁合金的常温强度和塑韧性均有待进一步提高。在Ｍg-Ｚn和Ｍg-Ｙ合金中加人Ca、Zr可显著细化晶粒，提高其抗拉强度和屈服强度[1]；加人 Ag和Th能够提高Mg-RE-Zr合金的力学性能，如含Ag的QE22A合金具有高室温拉伸性能和抗蠕变性能，已广泛用作飞机、导弹的优质铸件；通过快 速凝固粉末冶金、高挤压比及等通道角挤（ECAE）等方法，可使镁合金的晶粒处理得很细，从而获得高强度、高塑性甚至超塑性[16,19]。
　　（5）变形镁合金。
　　虽然目前铸造镁合金产品用量大于变形镁合金，但经变形的镁合金材料可获得更高的强度，更好的延展性及更多样化的力学性能，可以满足不同场合结构件的使用要求。因此，开发变形合金，是其未来更长远的发展趋势[20]。
　 　新型变形镁合金及其成型工艺的开发，已受到国内外材料工作者的高度重视。美国成功研制了各种系列的变形镁合金产品，如通过挤压＋热处理后的ZK60高强 变形镁合金，其强度及断裂韧性可相当于时效状态的Al7075或Al7475合金，而采用快速凝固（RS）＋粉末冶金（PM）＋热挤压工艺开发的Mg- Al-Zn系EA55RS变形镁合金，成为迄今报道的性能最佳的镁合金，其性能不但大大超过常规镁合金，比强度甚至超过7075铝合金，且具有超塑性 （300℃，436％），腐蚀速率与2024-T6铝合金相当，还可同时加人SiCp等增强相，成为先进镁合金材料的典范。日本1999年开发出超高强度 的IM Mg-Y系变形镁合金材料，以及可以冷压加工的镁合金板材。英国开发出Mg-Al-B挤压镁合金，用于Magnox核反应堆燃料罐。以色列最近也研制出用 于航天飞行器上的兼具优良力学性能和耐蚀性能的变形镁合金，法国和俄罗斯开发了鱼雷动力源变形镁合金阳极薄板材料。
　　（6）镁合金成形技术。
　　镁合金成形分为变形和铸造两种方法[21,22]，当前主要使用铸造成形工艺。压铸是应用最广的镁合金成形方法。近年来发展起来的镁合金压铸新技术有真空压铸和充氧压铸，前者已成功生产出AM60B镁合金汽车轮毅和方向盘，后者也己开始用于生产汽车上的镁合金零件。
　 　镁合金半固态触变铸造（Thixo-Molding）成形新技术，近年来受到美国、日本和加拿大等国家的重视。与传统的压铸相比，触变铸造法无需熔炼、 浇注及气体保护，生产过程更加清洁、安全和节能。目前已研制出镁合金半固态触变铸造用压铸机，到1998年底，全世界已有超过100台机器投人运行，约有 40种标准镁合金半固态产品用于汽车、电子和其他消费品。但相对来说，半固态铸造镁合金材料的选择性小，目前应用的只有AZ91D合金，需要进一步发展适 用于半固态铸造的镁合金系。
　　其他正在发展的镁合金铸造成形新技术有镁合金消失模铸造、挤压铸造－低压铸造结合法、挤压铸造-流变铸造结合法和真空倾转法差压铸造等。
三、钛合金


　　1.钛合金的发展
　　钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到锨合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。
第 一个实用的钛合金是1954年美国研制成功的Ti-6Al-4V合金，由于它的耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性均较好，而 成为钛合金工业中的王牌合金，该合金使用量已占全部钛合金的75％～85％。其他许多钛合金都可以看做是Ti-6Al-4V合金的改型。
　　20 世纪50～60年代，主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金，70年代开发出一批耐蚀钛合金，80年代以来，耐蚀钛合金和高强钛合金得 到进一步发展。耐热钛合金的使用温度已从50年代的400℃提高到90年代的600～650℃。A2(Ti3Al)和r（TiAl）基合金的出现，使钛在 发动机的使用部位正由发动机的冷端（风扇和压气机）向发动机的热端（涡轮）方向推进。结构钛合金向高强、高塑、高强高韧、高模量和高损伤容限方向发展。
　　另外，20世纪70年代以来，还出现了Ti-Ni、Ti-Ni-Fe、Ti-Ni-Nb等形状记忆合金，并在工程上获得日益广泛的应用。
　 　目前，世界上已研制出的钛合金有数百种，最著名的合金有20～30种，如Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-2Al-2.5Zr、 Ti-32Mo、Ti-Mo-Ni、Ti-Pd、SP-700、Ti-6242、Ti-1023、Ti-10-5-3、Ti-1023、BT9、 BT20、IMI829、IMI834等[2,4]。
　　钛合金可以分为α、α+β、β型合金及钛铝金属间化合物（TixAl，此处x=1）四类。表6列出了四类典型钛合金及特点[2,4]。


　　2. 钛合金的新进展
　　近年来，各国正在开发低成本和高性能的新型钛合金，努力使钛合金进入具有巨大市场潜力的民用工业领域阳。国内外钛合金材料的研究新进展主要体现在以下几方面。
（1）高温钛合金。
　 　世界上第一个研制成功的高温钛合金是Ti-6Al-4V，使用温度为300-350℃。随后相继研制出使用温度达400℃的IMI550、BT3-1 等合金，以及使用温度为450~500℃的IMI679、IMI685、Ti-6246、Ti-6242等合金。目前已成功地应用在军用和民用飞机发动机 中的新型高温钛合金有.英国的ＩＭＩ８29、ＩＭＩ83４合金；美国的Ti-1100合金；俄罗斯的BT18Y、BT36合金等。表７为部分国家新型高温 钛合金的最高使用温度[26]。


　　近几年国外把采用快速凝固／粉末冶金技术、纤维或颗粒增强复合材料研制钛合金作为高温钛合金 的发展方向，使钛合金的使用温度可提高到650℃以上 [1,27,29,31]。美国麦道公司采用快速凝固／粉末冶金技术戚功地研制出一种高纯度、高致密性钛合金，在７60℃下其强度相当于目前室温下使用的 钛合金强度[26]。
　　（2）钛铝化合物为基的钛合金。
　　与一般钛合金相比，钛铝化合物为基钠Ti3Al（α2）和TiAl（γ）金 属间化合物的最大优点是高温性能好（最高使用温度分别为816和 982℃）、抗氧化能力强、抗蠕变性能好和重量轻（密度仅为镍基高温合金的1/2），这些优点使其成为未来航空发动机及飞机结构件最具竞争力的材料 [26]。
目前，已有两个Ti3Al为基的钛合金Ti-21Nb-14Al和Ti-24Al-14Nb-#v-0.5Mo在美国开始批量生产。其 他近年来发展的 Ti3Al为基的钛合金有Ti-24Al-11Nb、Ti25Al-17Nb-1Mo和Ti-25Al-10Nb-3V-1Mo等[29]。TiAl （γ）为基的钛合金受关注的成分范围为Ti-（46-52）Al-（1-10）M（at.％），此处Ｍ为ｖ、Cr、Mn、Nb、Mn、Mo和Ｗ中的至少一 种元素。最近，TiAl3为基的钛合金开始引起注意，如Ti-65Al-10Ni合金[1]。
　　（3）高强高韧β型钛合金。
　　β型钛 合金最早是20世纪50年代中期由美国Crucible公司研制出的B120VCA合金（Ti-13v-11Cr-3Al）。β型钛合金具有良好的冷热加 工性能，易锻造，可轧制、焊接，可通过固溶-时效处理获得较高的机械性能、良好的环境抗力及强度与断裂韧性的很好配合。新型高强高韧β型钛合金最具代表性 的有以下几种[26,30]:
　　Ti1023（Ti-10v-2Fe-#al），该合金与飞机结构件中常用的30CrMnSiA高强度结构钢性能相当，具有优异的锻造性能；
　　Ti153（Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn），该合金冷加工性能比工业纯钛还好，时效后的室温抗拉强度可达1000MPa以上；
　　β21S（Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si），该合金是由美国钛金属公司Timet分部研制的一种新型抗氧化、超高强钛合金，具有良好的抗氧化性能，冷热加工性能优良，可制成厚度为0.064mm的箔材；
日 本钢管公司（NKK）研制成功的SP-700（Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe）钛合金，该合金强度高，超塑性延伸率高达2000％，且超塑成形 温度比Ti-6Al-4V低140℃，可取代Ti-6Al-4V合金用超塑成型-扩散连接（SPF/DB）技术制造各种航空航天构件；
　　俄罗斯研制出的BT-22（TI-5v-5Mo-1Cr-5Al），其抗拉强度可达1105MPA以上
　 　（４）阻燃钛合金。常规钛合金在特定的条件下有燃烷的倾向，这在很大程度上限制了其应用。针对这种情况，各国都展开了对阻燃钛合金的研究并取得一定突 破。羌国研制出的Alloy c（也称为Ti-1720），名义成分为50Ti-35v-15Cr（质量分数），是一种对持续燃烧不敏感的阻燃钛合金，己用于F119发动机。BTT- 1和BTT-3为俄罗斯研制的阻燃钛合金，均为Ti-Cu-Al系合金，具有相当好的热变形工艺性能，可用其制成复杂的零件[26]。
　　（5）医用钛合金。
　 　钛无毒、质轻、强度高且具有优良的生物相容性，是非常理想的医用金属材料，可用作植人人体的植人物等。目前，在医学领域中广泛使用的仍是Ti-6Al -4v ELI合金。但后者会析出极微量的钒和铝离子，降低了其细胞适应性且有可能对人体造成危害，这一问题早已引起医学界的广泛关注。羌国早在20世纪80年代 中期便开始研制无铝、无钒、具有生物相容性的钛合金，将其用于矫形术。日本、英国等也在该方面做了大量的研究工作，并取得一些新的进展。例如，日本已开发 出一系列具有优良生物相容性的α+β钛合金，包括Ti-15Zr-4Nb_4ta-0.2Pd、Ti-15Zr-4Nb-aTa-0.2Pd- 0.20~0.05N、Ti-15Sn-4Nb-2Ta-0.2Pd和Ti-15Sn-4nb-2Ta-0.2Pd-0.20，这些合金的腐蚀强度、疲劳 强度和抗腐蚀性能均优于Ti-6Al-4v ELI。与α+β钛合金相比，β钛合金具有更高的强度水乎，以及更好的切口性能和韧性，更适于作为植入物植入人体。在美国，已有5种β钛合金被推荐至医学 领域，即TMZFTM（TI-12Mo-^Zr-2Fe）、Ti-13Nb-13Zr、Timetal 21SRx（TI-15Mo-2.5Nb-0.2Si）、Tiadyne 1610（Ti-16Nb-9.5Hf）和Ti-15Mo。估计在不久的将来，此类具有高强度、低弹性模量以及优异成形性和抗腐蚀性能的庐钛合金很有可能 取代目前医学领域中广泛使用的Ti-6Al-4V ELI合金[28,32]。
五、结语


　　将我国的镁铝钛资源优势转化 为产业优势和经济优势，是造福子孙后代、利国利民的一件大事，是关系到国家长远战略利益的一项重大工作。由于它涉及目标有近期、中长期，技术领域多，必须 由科技部牵头，统筹规划，从资源有效利用到深加工高附加值产品的系统开发；从关键制造技术与装备的突破到推广应用；从军工领域到民用领域；从合金性能的提 高到各种应用技术的研究，全面系统地制订一个目标，创造出自己的具有世界先进水乎的轻合金材料体系，实现轻合金材料领域的跨越式发展.
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製程能力指數Cp&Cpk─2001.04

製程能力指數﹝Process capability index─傳統上簡稱為Cp﹞，係統計製程管制SPC的一個很重要的指標。代表著我們產品製程的品質有多好或不良率是多少。

自從1950年代SPC普及以來，大抵使用Cp這樣的一個能力指數，來反映品質水準的狀況。但遂著時間的推移，電子產業的興起，以前的品質水準不良率以百分比%為單位就足以勝任，因為電子元件的數量龐大，百分比的不良率不敷使用
，所以演化成以PPM為不良率的單位。同時更自1980年代因為美國的汽車產業也不堪日本汽車業的競爭，從而將製程能力指數修正成Cpk，近年來電子產業多以追求Cpk為準。

深究Cpk的內容，你會發現它不是什麼新東西，只是舊瓶新酒，只是過去在談論SPC時，大家都假設實際品質特性值的中心值是和目標值一致的。傳統品管上針對這個問題是以Ca處理，但通常都帶過未加以刻意強調。而時下流行的Cpk只是對舊有的Cp做了中心值的修正。

需要注意的是傳統上Cp時代，我們對製程能力指數的要求是Cp=1，易言之，良品率是99.73%，而多年前Cpk出現時要求的是Cpk=1.33，而這兩年則要求提升到Cpk=1.67。而當Cpk=1.63時即可進入個位數的PPM世界。
公差 T
Cpk=( 1 - K ) * --------------- = ( 1 - K ) *-------------
六倍標準差 6* σ

註：上式中K即早期的Ca，但中心值處理部分加絕對值。

在品管實務上，中心值的調整，並不是一件很困難的，因此也就疏於重視它。對所有從事品管工作的同好來說，如何縮小品質特性值的變異﹝標準差﹞簡直就是夢饜，也是最艱鉅的挑戰，還好有若干方法可用。大家一起努力吧!
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MOTOROLA在推動其品質運動時期(1989年)有一段話頗值得我們深思玩味:客戶滿意是一切商業行為的基石.尤其是在現今高度競爭的時代,客戶們正 毫不留情地要求更高標準的產品品質,更低的價格,更好的服務及附加價值.這一些已然影響許多公司的營運策略及日常運作.

　　品質的源頭是製程,製程的變異是品質起伏變化的主要根源.在現今大量製造,分工精細的時代.如何聆聽到”製程微弱的聲音” 並下正確的判斷而獲致有效的控制?若是沒有足夠並正確的工具來得知事件的真相,那跟”瞎子摸象”有何差別?每個瞎子摸到的部位都不一樣,自然彼此見解也不 一樣,到時候團隊中充滿各種自以為是的爭辯,演變到後來變成誰在爭辯中機智反應比較快,態度比較堅持﹑強悍的,那他的解決方案便成為主流.這時在錯誤方向 下,越努力的人,所造成的損失越大.戴明博士(W. Edwards Deming)稱之為”努力挖掘自已的墳墓”.

　　為了不只是”work hard”,更要”work smart”,我們實在需要一個能聆聽”製程聲音”的工具,使自己真的能張開眼睛,看到未來正確的出路–品質精良;顧客滿意.Cpk和GRR就是這類工具 中兩個相當重要的成員.但是先提醒的是:同樣的工具,會因使用目的的不同,而有不同的使用方法.例如同樣使用尖嘴鉗,將電線剝絕緣皮或是整個剪斷, 使用手法便不同.

　　以下內容是根據敝人在所服務的光電製造工程處的內部訓練課程中編寫的講義加以演述而成.且讓我們以”紙上研討會”的方式來簡介今天的主題:Cpk & GRR.


圖1

　

　　若是少量生產,例如生產量為100個,不良率設定為2%以下, 而且品質的觀念尚停留在合規格即可的層次.要瞭解產品品質便很簡單,只要耐著性子把100產品都檢查完,不良品在2個以下便屬正常.但在現今一個訂單動輒 數十萬個,甚至數百萬個,以全檢方式及合格與否來瞭解製程已不太可行.更何況現今客戶的品質觀念已從”合格即可”轉變成”產品特性集中並趨近期望值”的模 式.

　　上述對產品特性的瞭解均須透過量測數據,問題是量測工具可靠嗎?它會不會扭曲”製程聲音”?它造成的影響有多少?

　　圖2示:從生產機具所生產的產品中取樣(數量通常少於100個),量取特性數據後, 透過Cpk的手法就可以瞭解品質問題的肇因方向.但量具需先通過GRR的驗證手法瞭解其數據可靠性.


圖2


　　圖2的”量具穩定”是指量具對同一個樣品重複量測數據間的差異很小.”量具容易使用則是指量具不會因不同的人使用而使數據有所差異.

圖3

　

　　圖3右邊的圖示是以Minitab軟體計算得來.其中製程能力指標Cpk電子業一般要求1.33, 即不良率63ppm(每百萬個產品中有63個不良品),但一些較先進的公司要求1.5即3.4ppm(如MOTOROLA).甚至1.67即 0.57ppm(如GM,Ford,Chrysler全美三大汽車廠).Cp較嚴格的要求則為2.一般說來Cp比k重要,因為k值不佳很可能只要調整機器 設定參數即可解決,但Cp差則是製程變異太大;變異是製程品質的大敵,較難以克服.　

圖4：

　　GRR的作法是以10個樣品,2~3人,每個樣品每人重複測2~3次,以所得數據求出GRR%(在此不做計算之講解).再以GRR%讀值大小判斷量具的優劣.但是在此強調的是:對一量具而言,沒有絕對的優劣判定,端看使用目的及要求精度了.　

　

圖5

　

　　最後以Q&T(問題與思考)探討一些實際工作上碰到的問題並透過思考得到更深一層的瞭解.許多問題是沒有絕對的答案,但敝人嘗試在此提出個人的見解,以期達到拋磚引玉的效果.並歡迎先進們給予寶貴的意見.

　
Q1.此種合不合格(go-nogo)的數據,樣品數量太少時是無意義的.MOTOROLA建議此種數據必須在2000筆以上.那是個很大的負擔,況且此種數據並不能告訴你改善的方向.

Q2.那可不一定!取決於你如何取樣.建議要監控30~60天,才能下決論.

Q3.可能有問題!當 C 是由 A 和 B 所組成, C 的變異等於 A 和 B 變異的幾何平均 (DRSS/Dynamic Root-Sum-of-Squares 分析).

Q4.GRR跟量具的準確性無關,它只保證量具的穩定性,所以當然要校正.一個實際是2公尺的木頭,用某一根尺重複量長度,每次的結果都是1.8公尺, GRR很好,但根本不準確,不堪使用.所以量具的驗證除了GRR(穩定),還要驗證Cpk(準確).

Q5.可不一定!若是此量具是用來解讀製程數據,而你的製程Cp又非常好,“製程聲音”一樣會被扭曲.

Q6.第一. 你必須先找出產品本身的變異,並從GRR的repeatability項中減去.例如LED:同一顆LED的電性,亮度特性在每一秒都會有些微的不同,這 就是所謂產品本身的變異.第二.產品規格公差=可出貨之最小bin寬.因為此分bin機台的任務是對bin的辨識能力,此時不得使用可出貨之總bin寬, 例如可出a,b,c三個bin,產品規格公差=min(a,b,c)?(a bin上限 - c bin下限).第三.不得使用定義:GRR=s ( proceess ) / s (gage),因為此分bin機台的任務不是拿來了解製程能力的.
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拋光 polishing

安装 to assemble

扳手 wrench

半机械化 semi-mechanization; semi-mechanized

半自动滚刀磨床 semi-automatic hob grinder

半自动化 semi-automation; semi-automatic

备件 spare parts

边刨床 side planer

变速箱 transmission gear

柄轴 arbor

部件 units; assembly parts

插床 slotting machine

拆卸 to disassemble

超高速内圆磨床 ultra-high-speed internal grinder

车床 lathe; turning lathe

车刀 lathe tool

车轮车床 car wheel lathe

车削 turning

车轴 axle

衬套 bushing 按英文字母排序

3-Jaws indexing spacers 三爪、分割工具头
A.T.C.system 加工中心机刀库
Aluminum continuous melting & holding furnaces 连续溶解保温炉
Balancing equipment 平衡设备
Bayonet 卡口
Bearing fittings 轴承配件
Bearing processing equipment 轴承加工机
Bearings 轴承
Belt drive 带传动
Bending machines 弯曲机
Blades 刀片
Blades,saw 锯片
Bolts,screws & nuts 螺栓,螺帽及螺丝
Boring heads 搪孔头
Boring machines 镗床
Cable making tools 造线机
Casting,aluminium 铸铝
Casting,copper 铸铜
Casting,gray iron 铸灰口铁
Casting,malleable iron 可锻铸铁
Casting,other 其他铸造
Casting,steel 铸钢
Chain drive 链传动
Chain making tools 造链机
Chamfer machines 倒角机
Chucks 夹盘
Clamping/holding systems 夹具/支持系统
CNC bending presses 电脑数控弯折机
CNC boring machines 电脑数控镗床
CNC drilling machines 电脑数控钻床
CNC EDM wire-cutting machines 电脑数控电火花线切削机
CNC electric discharge machines 电脑数控电火花机
CNC engraving machines 电脑数控雕刻机
CNC grinding machines 电脑数控磨床
CNC lathes 电脑数控车床
CNC machine tool fittings 电脑数控机床配件
CNC milling machines 电脑数控铣床
CNC shearing machines 电脑数控剪切机
CNC toolings CNC刀杆
CNC wire-cutting machines 电脑数控线切削机
Conveying chains 输送链
Coolers 冷却机
Coupling 联轴器
Crimping tools 卷边工具
Cutters 刀具
Cutting-off machines 切断机
Diamond cutters 钻石刀具
Dicing saws 晶圆切割机
Die casting dies 压铸冲模
Die casting machines 压铸机
Dies-progressive 连续冲模
Disposable toolholder bits 舍弃式刀头
Drawing machines 拔丝机
Drilling machines 钻床
Drilling machines bench 钻床工作台
Drilling machines,high-speed 高速钻床
Drilling machines,multi-spindle 多轴钻床
Drilling machines,radial 摇臂钻床
Drilling machines,vertical 立式钻床
drills 钻头
Electric discharge machines(EDM) 电火花机
Electric power tools 电动刀具
Engraving machines 雕刻机
Engraving machines,laser 激光雕刻机
Etching machines 蚀刻机
Finishing machines 修整机
Fixture 夹具
Forging dies 锻模
Forging,aluminium 锻铝
Forging,cold 冷锻
Forging,copper 铜锻
Forging,other 其他锻造
Forging,steel 钢锻
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Bewise Inc. www.tool-tool.com

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Reference source from the internet.
橡 胶加工工业中，模具结垢问题是一个常见的现象。硫化过程中模具壁面上形成一层沉积物，并在随后的生产循环中逐渐积累。先前的文献论述过引起模具结垢的各种 因素的影响。现在发现：对于在聚合体橡胶混合物中所包含的各种硫化物（和氧化锌）来说，硫化锌是硫化过程中引起结垢的最烦人的反应副产物。 {TodayHot}没有一种半-永久的脱模剂或永久性的（金属）覆盖层可以避免这种沉积。结论是：结垢最初是由附着在模具上的硫化锌（无机的沉积物）引 起的，并形成一个灰色的沉积层。作为温度的函数，混合物中低分子量的成份附着在硫化锌的微晶体上，并引起第二阶段的沉积（有机沉积）。在一定时间内形成氧 化产物，并引起碳的沉积。


有两种可能的解决办法来防止或减少污垢的形成:改变混合物的成份或改进模子的表面。

改变混合物成份减少模垢

由于氧化锌或硫化合而引起的模垢必须减少或被消除。大多数的沉积物与高含量的硫化物和氧化锌有关，而这些成份又通常要在轮胎橡胶产品中应用。按体积计，轮 胎是全球橡胶产品中最大的一种（达到75%）。因此，大多数的实验是用常用于轮胎生产中的NR/BR化合物和SBR化合物的混合料来进行的。在通过改变 {HotTag}混合物成份减少模垢方面，考察了硫化锌的影响、短期的硫化实验、和化合物成份的影响。


本研究从考察硫化锌的形成开始，这是产生最初的污垢的根源。硫化实验显示有硫化锌在金属表面形成。通过放大1000倍的显微镜检测内插件的沉积物，确定可 见的最初微晶体，然后用RMA方法（Rontgen micro analysis）分析，如图1所示。RMA元素分析检测到有锌和硫的存在。根据检测到的硫和锌的比例得出结论：微晶主要是由不可溶解的硫化锌组成的（图 2）。为了确定的硫化锌的存在，用一种物理的分析方法（AP-TPR）分析硫化后混合物中H2S的含量（间接方法）。一个模压硫化实验用来确定在有铁存在 的情况下硫化锌的形成过程，该实验是在密闭管道中在200℃和无氧的条件下进行的，试管中含有异三十烷、氧化锌、硫和高表面积的元素铁。在该实验中，借助 RMA同样检测到硫化锌。正如期待的一样，两个实验都得出有硫化锌形成的结果。然而，没有证据表明，硫化锌是在混合物和模子的界面上形成的，或者ZnS是 在硫化过程中作为锌和硫的反应副产物而形成的。

为了确定橡胶混合物中硫化锌的含量，应用了另外一种方法。模压的橡胶在低温下磨碎，制成小颗粒，再用丙酮提取，并用盐酸和乙酸的混合物处理，金属硫化物就 分解了。产生的硫化氢用醋酸镉缓冲溶液吸收，用碘量法测定所形成的硫化镉。此外，将被萃取的橡胶在微波炉中在硫酸和硝酸中水解。水解液用ICP-ES进行 元素扫描。


最可接受的假设是：硫化锌是作为氧化锌和硫的反应产物形成的。这种普通的化学反应在各种橡胶手册中都有描述。一种简化的反应机制是：

2RH+Sx + ZnO + (催化剂) R-S(x-1)-R + ZnS + H2O

大多数轮胎混合物每100份中含有5份氧化锌和大约2份硫。对于一种轮胎混合物，可以计算：一个以100份橡胶（总量大约175份）为基础的配方，含有 2.8%(重量)的氧化锌和1.1%（重量）硫。从反应式可计算出每1克氧化锌大约生成0.6克硫化锌。显然，可产生相当数量的硫化锌。实际上，只有存在 于轮胎上层的硫化锌是硫化锌的微晶（可能是由金属表面引起的）。在模具必须进行清洗操作前，大约可执行500次的模压。


已经知道：用来作为模具表面的插入件（小金属片）原则上可以很容易地通过RMA方法分析是否含有硫化锌微晶体，但是，这是一种相当昂贵的测试。因此，开发 了一种简单的测试方法来测定插入件上最初的（可见）的微晶。借助500放大倍数的光学显微镜，可以看到0.5到1微米的单个微晶。为了使之产生微晶，对不 同的混合物、不同的温度和时间进行硫化实验。选出了两种混合物，并在表1中显示，其中包括基于s-SBR的轮胎面的混合料和基于NR/BR的混合物的中间 混合料。两种混合料都被用来作为进行各种硫化实验的母炼胶。

为了进行硫化实验，制造了一个简单的压模，适用于最多8个插入件，这种压模是为了进行最多20个周期的短期实验而制造的。在每5个连续的周期以后目测检查 插入件。这样，各种参数，诸如不同添加剂的混合物参数，或者关于插入件的参数—如金属的选择，粗糙度，或镀层等，可以检测。在两种基本的轮胎混合料上进行 了初步的实验,轮胎混合料在160℃下硫化20分钟，并在200℃下硫化2分钟（数据是从流变仪曲线计算得到的）。结果显示：目测发现的硫化锌微晶体的数 量没有什么区别。为了压缩时间，所有的进一步实验都在200℃下进行。在短期运行20次硫化实验后，借助注射成型作更进一步的实验，最多到500次硫化。

▲ 锌的选择

在混合物的组成方面进行了实验。正如已经显示的，硫化锌是作为氧化锌（或者含锌的组份）和硫的反应产物而形成的。想将硫或者硫化锌从配方中消除，不是很容 易的。因为这两种组份在橡胶配方中都是必须的。天然的硫能提高机械力和胶接作用，而氧化锌可激活硫化体系。
流变仪实验显示：在不改变流变仪最大扭矩的情况下，氧化锌的水平可以从5份降至3份(每100份橡胶），几乎可以以2倍的因子降低。然而，即使随着这种水 平的降低，硫化锌的沉积物还是没有明显的变化(表2)。同样，用一种粒度较小的氧化锌取代，与使用氧化锌（RS）相比较，沉积物也没有什么明显的不同。

但是，用0.25份的纳米氧化锌代替40nm粒度值的氧化锌（相同的流变仪最大值），氧化锌水平可降低20倍，沉积物的差别是明显的。用纳米氧化锌的短期硫化实验，压模使用次数直到20个循环，没有显示硫化锌沉积。


由其它的金属氧化物如氧化钙或者氧化镁取代氧化锌，不是一个解决办法，因为，在那种情况下会形成硫化钙或者硫化镁，形成另外的模垢。（表3）
与氧化锌比较，胺是一种催化剂，也对它进行了研究。为这个目的，在混合物中加入了多个官能团的胺（MFA= Duomeen TDO, Akzo），此外，通过加入0.2 份ZBEC使硫化体系最优化。插入件上没有明显的微晶体或者其它沉积物。在短期硫化实验中，这种低浓度的ZBEC没有引起硫化锌的沉积。然而，因为胺的气 味难闻和毒性(依赖于类型)，所以它的使用并不可取。在轮胎模子上没有进行这些混合物的实验。

在抑制剂方面进行一些附加的实验。有人声称：抑制剂是防止或降低模垢的材料。测试了不同种类的抑制剂，例如乙二胺四乙酸（EDTA）、十二醇嘧啶氯化物 (LPC)、2-氨基-2甲基-1丙醇(AMP)和苯并三唑(BTZ)。在所研究的这些化学品中，没有一个能够降低硫化锌的沉积。

▲ 减少氧化锌对环境的好处

减少氧化锌，用纳米氧化锌作为催化剂体系的一部分替代，以及采用可供选择的硫化体系都可降低模子上的沉积物。这将会使模子的经受时间较长（设想至少可达到10倍），因此，在模子清洗操作中可降低成本。

氧化锌的减少对环境也是有利的。轮胎与地面摩擦产生的橡胶污染也会引起一个环境问题。从轮胎橡胶里跑出去的锌化合物进入地表水，会干扰和毁坏水环境中的微生物平衡。

然而，轮胎制造商不愿意降低橡胶中的氧化锌含量。原因是那样的混合物呈现出低的性质，诸如：回复性、转动阻力和热量积累。那些性质与氧化锌的水平是（密 切）相关的，但是直到现在还没有进行一个可比较的研究。从（欧洲）政府的观点，由于氧化锌在水环境中的生态毒性行为，强烈推荐在橡胶中降低氧化锌的水平。


◆ 引言

改进模具减少模子结垢，是通过对涂层的研究来进行的。已经表明：大多数永久性的覆盖层，例如，铬或者钒，是以金属为基础，厚度为5到10微米。早期的研究 表明：结垢的大多数原因在硫化锌。在基于聚四氟乙烯（PTFE）的聚合物涂层上没有发现污垢。然而，涂层在加工处理温度较高时变得脆弱，并且由于在注射橡 胶的过程中的高的剪切应力，经过一些周期后，涂层会部分损坏。所以，对涂层的研究和密切的观察能对模垢行为给出一个新的见解。本研究中考察了模具参数、非 金属涂层和磁性覆盖层的影响。

◆ 模子参数的影响

在短期的运行实验中考查了不同的参数。不锈钢从0.1Ra 到2.0Ra不同的粗糙度，模垢没有显著的减少。对各种金属的密切观察能给出新的观点。在短期运行实验中也考查了一系列由不同的金属制成的插入件，选择具 有不同的电势的各种金属。在负电势的系列中选择了镁、锌、铝、镉、铁和镍；从正电势系列中选择了铜和银。在压模中200℃/2分钟的条件下NR/BR混合 料硫化20次。每5次硫化循环后对插入件样品进行目测检查，然后用RMA对插入件进行元素分析。表4结果表明：基于镁、铝、锌、铁和镉元素的非-贵金属的 表现 — 在插入件上出现了硫化锌微晶体，并且其粒径从镁到铁依次增加。在正电势系列方面，硫化银也形成了。橡胶混合料部分地在镍和铜金属的表面上粘结。该现象被称 为是将混合料粘接在金属上的表面硫化作用。结论是：将铁或者不锈钢的模子改变成其它金属的模子不能解决模垢问题。

也进行了一个有趣的研究, 通过对模子施加电压，影响模子的电化学电势，硫化锌的沉积可能减少。TNO Coatings声称：硫化锌可能是不同的模子结构材料在界面上的腐蚀反应。通过电流的应用，测量界面上的极化反应是可能的。

极化测量法在从-5V到+5V范围内进行。在硫化反应期间，检测到的电流为1安培。然而，与标准的硫化实验相比，看不出沉积物（例如硫化锌）有什么显著的不同。根据这些结果，在界面上发生电化学反应是不太可能的。

◆ 非金属覆盖层

上文所述，金属覆盖层不能用来减少模垢。然而，考查了其它的覆盖物，覆盖物可被分成不同的材料组，例如，混杂覆盖层、PVD或CVD覆盖层（这些覆盖层是 从物理或者化学蒸汽的湿润过程中准备的）、金刚石覆盖层（DLC）、陶瓷覆盖层(瓷釉)和诸如聚苯硫（PPS）和PTFE的塑料覆盖层。从每一组里选择1 -2个覆盖物来进行短期的硫化实验，经过5，10，15和20个硫化循环后，插入件通过使用放大率为500倍的光学显微镜来进行视觉观察，然后，进行 RAM分析，其中也包括不锈钢对照样。结果显示，由于随后的橡胶的粘接，DLC覆盖层失效。在这些短期运行实验后，在注射成型机上进行了长期运行的实验。

为了注射成型实验，建造了一种多功能的模具。用这种模具，可以评估8个不同的插入件，每个都很容易替换。插入件的涂层由专门的模子制造者或职业涂料工制 作。模具是可以自动脱模的，空腔从中间注射。注模温度是210℃，循环时间约45秒。通过这种方式，每班大约可以进行500次循环。硫化样品的表面损伤进 行检测，然后，用RMA分析插入件，以确定有没有结垢。结果表明，混杂覆盖层A和混杂覆盖层F（氟），PVD覆盖层，CrN(氮化镉)和Cr/CrN (多层)均显示有硫化锌微晶体。同样，PPS(聚苯硫)涂层和薄PTFE（聚四氟乙烯）涂层显示有微晶体。在这个案例中，涂层是多孔的，微晶体在孔中形 成。只有瓷釉(陶瓷)和厚的PTFE涂层显示没有微晶体，并在金属表面形成了一个封闭的屏障。

所有的薄的涂层都显示有微晶体。对于轮胎模具，由于要考虑截面设计和通风透气性，厚的陶瓷（瓷釉）覆盖层和PTFE涂层不适用。另外一个问题是从模子（通 过涂层）到橡胶混合物的传热差。对于轮胎模具，薄的覆盖层是可用的。因此，研究薄而无孔的、表面封闭的覆盖层，应当可以解决结垢问题。


正如已考查过的，所研究的电化学机制不能解释硫化锌的形成。这就暗示 ：在模子和橡胶混合物界面上形成的硫化锌是由模子表面的某种物理化学反应引起的，（界面上的硫化锌微晶体）是硫化过程中氧化锌和硫的反应生成物。

高温下的硫化实验证实：在模具表面硫化锌是以晶体形成的。也已经表明纳米尺寸的硫化锌微晶体是在橡胶中形成的（硫化锌的测定），并从橡胶混合物中扩散到模 具表面，在那里，与在表面上存在的铁（Fe2O3）按摩尔量相互作用，并形成ZnSFe晶格。然后，它可以在硫化锌晶体生长中起接枝点的作用。为了证明或 反驳这种假说，可以期望 ：这种形成机制是以金属模子表面存在氧化了的或硫化了的铁原子为前提的。

因此，目标是改变铁，同时仍然允许表面参加物理化学反应。将三氧化二铁的表面氧化成四氧化三铁应当是有可能的。众所周知，在中央暖气系统或锅炉中，磁性覆 盖层被用来防止腐蚀。既然这样，准备了一个钝化过的铁制模具（插入件）。钝化可以用化学方法（碱）或物理方法（蒸汽）进行。起初，进行了短期运行的硫化实 验，然后借助注射成型机进行了大规模运行的考查。表明：模子的表面没有明显的硫化锌微晶体。不但硫化锌（模具结垢）的形成情况改良了，而且模子的脱模性能 也改进了。在表5中，研究了少数最感兴趣的覆盖层的结垢和脱模性能（用注射成型机）。考查了两种都是基于用碱的表面准备方法的不同的磁性覆盖层，以及两种 PTFE涂层。不锈钢镀层是个对照物，从表中我们可以看到，500次循环后，在磁性覆盖层和PTFE涂层上都没有明显的结垢。在PPS覆盖层和多层的铬/ 氮化铬覆盖层上可以见到一些微晶体。在硫化实验中所有的覆盖层都表现出好的脱模性能。

结论

◆ 模具结垢的机制

在铁制模具表面形成硫化锌晶体方面得出以下结论：混合物中硫化锌的原位形成是硫化过程中的反应产物；纳米尺寸的硫化锌晶体扩散到赤铁矿型铁制模具的氧化表 面，形成ZnSFe 型的一层；或者在同一硫化过程中，或者在后续的硫化过程中，经过额外的纳米尺寸的硫化锌晶体的沉积，这种晶体进一步生长，形成微米级尺寸的硫化锌晶体。

◆ 混合物

在橡胶混合物中降低氧化锌的水平可以减少模具结垢；使用纳米尺寸的氧化锌可以消除或者减少模具结垢，然而，为了达到最优的机械和动力性能，必须进行更多的 研究；其它的金属氧化物催化剂不能解决模具结垢问题；可供选择的催化剂，如胺或者MFAs，也能减少模具结垢，然而，那些催化剂/加速剂有难闻的味道，并 且有些是有毒的。此外，为了得到相当的硫化速度，还必须使用另外的锌催化剂（ZBEC）。

◆ 涂层

在模具结垢问题的解决办法中不涉及电化学反应；金属镀层对减少模具结垢没有帮助，在模具表面必须形成封闭的一道屏障；塑料涂层，如PTFE型，能解决结 垢。但是，由于手工铺设问题和空间不稳定性，这些涂层不能应用在轮胎模具中；磁铁矿（Fe3O4）涂层是有可能的候选物。结果应当是非常有前途的，但是为 了证实磁铁矿（Fe3O4）涂层防止结垢的能力，必须在轮胎模具上进行实验。
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