清洁成形与改性技术

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清洁成形与改性技术
   一、技术概述
3 O( @* N6 y, |; n& C$ J0 N    制造成形与改性技术是以物理、化学、冶金相平衡为基础理论，将热、电、光、声及化学现象散发出来的燃烧、压力、电阻、电弧、电感应、电子束、激光、超声波、等离子体等能量作用于成形及改性，使其产生熔化、凝固、结晶、塑性变形、扩散相变等物理化学性能的变化，以达到使工件成形与改性的目的，伴随这些过程，将产生大量污染物、高温和噪声，严重污染环境。
& T9 L# m8 C) L0 k2 E/ x3 @    清洁成形与改性技术是实现机械制造业自身清洁生产的重要举措，旨在成形与改性过程中，采用无毒、无害的原材料，利用率高的能源及高效、节能降耗的工艺与设备，使材料、能源消耗及排污最少，使先进的成形与改性技术与环境保护、生态系统协调发展，因而它是新的知识集约型技术，是21世纪科技发展的关键技术之一。其研究范畴与内容为：
    1.节能节材、无污染成形与改性技术
- W% p5 [" ~1 b8 E% Y% M    2.成形与改性过程“三废”治理及利用技术
    3.成形与改性设备的改造及延寿技术
   二、现状及国内外发展趋势
$ o! H) ?& ~$ v! E, n6 T1 S 清洁成形与改性技术是产品、零部件加工过程中具有与生态度环境相协调的先进实用技术，是目前全球关注的焦点，我国亦给予了足够的重视。“九五”期间已开始强调从设计、原材料、工艺、生产过程及产品的回收等各个环节皆要做到：排污少，材料、能源利用率高，与环境协调发展。
    1．成形与改性技术清洁化
    在铸造成形清洁化中，为控制其大量的有害气体和粉尘的产生，先后开发并应用了多种诸如压铸、金属型、金属型复砂等少无型砂铸造工艺，在砂型铸造中采用无毒CO2硬化的树脂砂制芯，减少树脂中游离和游离甲醛含量，解决了造型、制芯砂溃散性差的难点，开发各种类型的水玻璃旧吵干法及湿法再生装置，使高性能旧砂获得再生和回收，控制了环境污染，并达到节能、节材的目的。
    在接成形清洁化过程中，不用填充材料的摩擦焊,已趋向于大型化，其最大功率达700KW，最大焊接截面积为20000mm2，焊接机的焊接控制已实现了数字化，电子束焊可不开坡口、不加填料，其耗电量为手工焊接的23％，埋弧焊的58％，CO2气焊的76％，是节能节材、少无污染的焊接工艺。
    清洁表面改性技术，重点开发无污染、低能耗、排污少、高效能的新型涂料，如：水性涂料，粉末涂料，高固分涂料等，特别是水性涂料，具有无污染、性能优良的特点，视为大型工业涂装生产线首选涂料。国际上解决表面处理污染问题采用的方法，一是采用低毒或无毒化工原料；其二是采用封闭式生产，使产生的废水、废气在工厂再生循环使用。以德国Aachen大学和瑞士公司为代表开发的水热喷涂技术是90年代新兴的热喷涂工艺方法，水下喷涂避免了噪声辐射和烟尘的污染，可较好地控制喷涂中的成分，以防止喷涂材料的氧化等。这些无污染的新技术都有助于生态环境的保护。
( m8 ]# g3 Q& n7 X7 K    2．开发新能源及节能、节材新工艺
2 Q% w8 ^) K$ p4 }7 ~8 K    激光作为一种新的能源，近年来在国际上发展迅猛，国外激光焊接已进入应用阶段，全世界拥有1KW以上的激光加工设备超过10000台，其中1／3用于焊接，美国占48％，工业发达国家焊机功率为10－30KW，焊接厚度已超过100m/m，应用十分广泛。
& e. S6 K& T. l7 J2 o) n5 \' G- T# y+ c    国际热处理联合会（IFHT）预测，真空热处理在欧洲工业国家有完全取代污染严重的盐浴炉的趋势，美国真空热处理已占15％。这一发展趋势今后将进一步增长。我国真空热处理技术的发展趋势和国际热处理工业的发展趋势同步。我国今后10年内应优先发展真空热处理技术。
    3．三废治理与综合利用技术占有重要地位
    近年来出现了几种改型的真空脱脂清洗技术，整个过程由可编程序控制器（PLC）自动控制，技术先进，自动化程度高。
  c, u3 c/ n$ K    铸造行业水玻璃砂再生的应用发展迅速，水玻璃具有无毒、成本低的特点。它比树脂砂成本低，来源广，造型（芯）工艺易掌握，我国目前年产铸件1200万吨，其中应用水玻璃砂（CO2法、VRH法、酯硬化法）生产的约150~ 170万吨，旧砂如不回用，将严重污染环境。若再生利用，直接经济效益可达12~14亿元，目前已有研究将造型废砂与其它材料混合制造建筑用材。所以综合利用技术在改性与成形技术中占据重要位置
% {! Q+ q/ X! G/ ]7 o. M" a2 q  三、“十五”目标及主要研究内容
  f7 q) c- C: Y' w  1．目标
    清洁成形与改性技术涉及能源、材料、制造、环境与管理等领域，改变大量消耗能源、粗放经营的传统模式，组建新的生产模式，采用清洁工艺，以节能、降耗、减污为目标，在热加工过程中实施全过程控制，杜绝污染源的产生，实现机械生产与环境协调发展。
4 ~, A  ]/ S3 b  \: }( c    2．主要研究内容
    （1）节能节材及少无污染成形与改性技术
   包括低毒或无毒CO2硬化的树脂砂高效制芯工艺；焊接锰尘防治技术；真空高压气淬热处理及智能控制系统；节能型超音速火焰喷涂技术；水下热喷涂技术；低污染节能自泳涂装技术。
    （2）成形及改性过程“三废”治理及综合利用
+ Q: ?2 l, Q9 t    采用生产过程控制技术，减少废物、废水的排放，实现水耗降低40％，循环利用率提高到80％，能耗降低30％，废物利用率达到60％。如冲火炉废气利用的研究；铸造水玻璃砂的再生回用工艺技术研究；无污染处理电镀废水及其它污水处理新技术；无公害真空脱脂清洗技术等。
7 x$ X& l8 i6 s$ x. O) m) H3 `    （3）成形与改性设备改造及延寿技术
) O: e- [* n. k% i& X    包括关键部件在运行过程中材料的蜕化、破坏及失效机理研究；提出关键部件的失效判据、诊断方法、监控措施、关键部件的维护、改造及延寿的可行性和方法；设备失效分析和破损机理的交互作用及耦合研究，寿命估算判据和方法的集成，维修管理决策系统的研究，复合表面工程技术的研究和推广；设备寿命评估、失效机理的研究；寿命估算法和集成；维修管理决策系统的研究。
( A* l9 n+ c( |& ]& g    延寿技术研究的重点是表面强化及复合表面技术及表面工程设备自动化与质量控制技术。