绿色镀膜技术发展现状与趋势
范多旺
（国家绿色镀膜技术与装备工程技术研究中心 兰州 730070）
摘要：随着世界各国对环境保护的重视，环保法令日趋严格。社会经济的发展向传统高消耗、重污染的电镀行业提出了新的要求，而电镀行业是一个基础行业，涉及面广，不能被直接取缔，因此需要对其进行技术的升级换代。由兰州交通大学科技人员首先提出的绿色镀膜技术是表面工程领域的新技术，能够替代或者部分替代传统的化学电镀技术，能够解决可持续发展与环境友好的矛盾。本文简述了绿色镀膜技术的概念及特点，同时就目前绿色镀膜技术的发展现状做了简要的介绍，并就绿色镀膜技术的未来发展趋势做了扼要的展望。
关键词：绿色镀膜 现状 趋势
1 绿色镀膜技术
绿色镀膜概念是由兰州交通大学科技人员在国内外首先提出的表面工程领域的新技术概念，就是采用真空复合镀膜集成技术替代或者部分替代传统的化学电镀技术，达到保护环境、降耗、减排、根除电镀三废污染的目的，解决可持续发展与环境友好的矛盾，切实建设环境友好型和资源节约型社会。绿色镀膜技术包括真空离子镀膜、磁控溅射镀膜、蒸发镀膜、离子注入、离子清洁等一系列单项技术及其多项复合技术的集成，涉及真空、机械、控制、光电子、材料改性、表面工程、信息等光机电控一体化多学科领域。
1．1常用真空镀膜技术
真空蒸镀是在真空条件下，使金属、金属合金或化合物蒸发，然后沉积在基体表面上，常用电阻加热，高频感应加热，电子束、激光束、离子束高能等轰击镀料，蒸发镀膜，真空蒸镀是PVD法中使用最早的技术。
溅射镀是在充氩（Ar）气的真空条件下，使氩气进行辉光放电，氩（Ar）原子电离成氩离子（Ar＋），氩离子在电场力的作用下，加速轰击阴极靶材，靶材被溅射出来而沉积到工件表面。根据辉光放电产生的方式不同，分为直流溅射，射频溅射，磁控溅射。
电弧等离子体镀是在真空条件下，用引弧针引弧，使真空室壁（阳极）和镀材（阴极）之间进行弧光放电，阴极表面快速移动着多个阴极弧斑，不断迅速蒸发甚至“升华”镀料，使之电离成以镀料为主要成分的电弧等离子体，并能迅速将镀料沉积于基体。因为有多弧斑，所以也称多弧蒸发离化过程。
离子镀是在真空条件下，采用某种等离子体电离技术，使镀料原子部分电离成离子，同时产生许多高能量的中性原子，在被镀基体上加负偏压。这样在深度负偏压的作用下，离子沉积于基体表面形成薄膜。
1．2绿色镀膜技术较传统电镀技术的优势
过去的镀膜多采用电镀法和化学镀法，不仅存在着厚度难以控制，膜层均匀性差，附着力差等问题，三废污染特别严重，在人们环保意识逐步加强的今天，它的发展，已受到了各方面的制约。
绿色镀膜技术工艺过程简单，对环境改善，无污染，耗材少，成膜均匀致密，与基体的结合力强。与传统的电镀法相比，真空镀膜技术具有很多的优点，如装饰效果好，金属质感强，成本低（约为传统电镀的1／3～1／2），易于操作等。特别在非金属物件的应用上，有着传统电镀无法比拟的优势。鉴于此，真空镀膜已被广泛应用于各种塑料、陶瓷、玻璃、蜡、木材等制品的表面金属化。近年来功能材料薄膜和复合薄膜也有很大发展。镀膜技术及薄膜产品广泛应用于航空航天、电子、光学、机械、建筑、轻工、冶金、材料等领域，可制备具有耐磨、耐腐饰、装饰、导电、绝缘、光导、压电、磁性、润滑、超导等特性的膜层。随着高科技及新兴工业发展，真空镀膜技术出现了不少新的先进的亮点，如多弧离子镀与磁控溅射复合技术。大型矩形长弧靶和溅射靶，非平衡磁控溅射靶，孪生靶技术，带状泡沫多弧沉积卷绕镀层技术。条状纤维织物卷绕镀层技术等，镀膜设备向计算机全自动，大型化工业规模方向发展。
2 绿色镀膜技术的应用现状
绿色镀膜技术是真空应用技术的一个重要分支，它已广泛地应用于光学、电子学、能源开发、理化仪器、建筑机械、包装、民用制品、表面科学以及科学研究等领域中。真空镀膜是最有发展前景的表面涂覆应用技术，它具有一系列其它工艺不可取代的优点：不受被镀元件的材料及形状的影响。镀膜的厚度可以控制、一般为十分之几或百分之几微米；可镀功能性表面镀层。无须像化学镀银那样进行补充抛光。
2．1光学工业的应用
光学玻璃或石英表面镀一层或几层不同物质的薄膜后，即可成为高反射或增透膜或者作任何预期比例的反射或透射材料，也可以作成对某种波长的吸收，而对另一种波长的透射的滤色片。高反射膜从大口径的天文望远镜和各种激光器开始、一直到新型建筑物的大窗镀膜玻璃，都很需要。增透膜大量用于照相和各种激光器开始、一直到新型建筑物的大窗镀膜玻璃等。根据光学性能的要求，真空镀膜就可以制备出增透膜、反光膜、分光膜、滤光膜、保护膜、装饰膜等。兰州交大国家绿色镀膜技术与装备工程技术研究中心的依托单位兰州大成自动化工程有限公司，在高端汽车灯具镀膜设备及工艺方面实现了产业化，高中档市场占有率超过了65．9％。
2．2电子工业的应用
电子工业方面绿色镀膜占有极为重要的地位。各种规模的集成电路。包括存贮器、运算器、告诉逻辑元件等都要采用导电膜、绝缘膜和保护膜。作为制备电路的掩膜则用到铬膜。磁带、磁盘、半导体激光器，约瑟夫逊器件、电荷耦合器件也都用到各种薄膜。在显示器件方面，录象磁头、高密度录象带以及平面显示装置的透明导电膜、摄像管光导膜、显示管荧光屏的铝衬等也都是采用真空镀膜法制备。这些薄膜包括透明导电膜、导电加热膜、电极膜以及机能膜等的制备。
2．3机械工业的应用
真空镀膜在机械工业中的应用主要包括以下种类的薄膜：
超硬膜：在切削工具如钻头、铣刀、插滚齿刀等表面，真空镀上氮化钛等超硬膜层，可大大提高切削工具的使用寿命、效率、精度。
功能膜：在机械零件表面真空镀耐高温、防腐蚀、自润滑等机能的功能膜，可大大提高机械零件的使用功能及使用寿命。如汽轮机叶片、枪炮内腔来复线等镀上高熔点合金膜。
装饰功能膜：金属表壳、表链等有装饰作用的表面，真空镀以氨化钛等膜层，即有逼真的仿金色，又有耐磨、防汗、防潮、防锈功能。
金刚石膜：金刚石是一种超硬、超强、自润滑性好、耐磨防腐的物质。真空镀金刚石膜也已获得成功。金刚石膜层因其固有的特性，其用途极为广泛，除在机械工业可大量应用外，因其具有半导体特性和红外光区透明特性，所以在电子工业和红外器件中也有广泛前途。
2．4塑料工业的应用
在塑料制品上真空镀膜，是近年来才发展起来的，并且发展速度很快，已成为真空镀膜的一个巨大的应用领域。塑料制品的真空镀膜，即可镀铝、铜等金属，也可镀氮化钛、氧化钛、氟化镁等。兰州大成自动化工程有限公司在塑料包装材料卷绕镀膜方面目前处于国内领先水平，镀膜速度达到了600m／min。
2．5其他应用
真空镀膜在汽车工业中轮毂表面绿色镀膜处理。目前国内出口的高档汽车轮毂几乎都采用传统电镀铬，随着RoSH法令、WEEE指令的生效，已经受到欧盟等国绿色贸易壁垒的限制，而绿色镀膜处理技术则能有效的解决上述问题：在可再生能源方面的应用，如太阳能用多晶硅电池的制备，电极、多晶硅薄膜的低温制备等；镁合金材料的防护等方面。
3绿色镀膜技术的发展趋势
生命科学、环保科技、材料科学和纳米科技等领域的不断发展带动了真空镀膜技术的新的发展趋势。
（1）新工艺和新设备的复合应用趋势
如IBAD、PCVD与空心阴极多弧复合离子镀膜装置、离子注入与油溅射镀或蒸镀的复合装置、等离子体浸没式离子注装置等多种工艺和设备的复合应用成为新趋势。
（2）纳米薄膜的发展
下个世纪的基本元件将是纳米电子集成电路。它是微电子器件的下一代，有自己的理论、技术和材料。因此，纳米薄膜将成为未来集成电路发展的最佳途径。
（3）多元多层复合薄膜的发展需求
单一的表面涂层不能满足表面工程设计中苛刻的工况条件，任何表面处理均有其不同的优缺点，因为利用不同涂层材料的性能优点，在基体表面形成多元多层复合涂层具有重大的意义。因为复合涂层技术具有抗磨损、抗高温氧化腐蚀、隔热等功能，能扩大涂层制品使用范围，延长使用寿命，是一项在本世纪会得到迅速发展的技术。
国产蒸汽干燥机在铜冶炼行业中的应用与实践
赵福生
（甘肃省金昌市金川集团公司 金昌 737100）
摘要：本文介绍了蒸汽干燥技术的现状、特点以及流程方案，介绍了铜合成炉节能降耗项目中研制开发国产蒸汽干燥机的过程和应用与实践。
关键词：密闭 蒸汽干燥 装备 开发
1前言
在铜闪速熔炼工艺中，入炉铜精矿的水分要达0．3％以下。目前，国内外铜精矿的深度干燥工艺主要有回转窑干燥、喷雾干燥、气流干燥，蒸汽干燥。随着蒸汽干燥技术的日益成熟和它具有不可比拟的优点，近年来采用蒸汽干燥工艺进行新建或改造的铜冶炼厂不断增多。但是国内目前尚无设计制造蒸汽干燥机的厂家，国际上也只有几家跨国大公司可以生产，如：芬兰的库迈拉（Kumera）公司、澳大利亚的奥托昆普（Outokumpu）公司，且都存在着干燥装置的价、运输困难和技术壁垒等问题。金川集团公司在铜合成炉节能降耗技术改造项目中与天华化工机械及自动化研究设计院（以下简称天华院）共同研制开发出了一种适用于铜精矿深度干燥的大型蒸汽干燥机，并且首次应用于工业生产中。经过近两年的使用，这种在国内首次开发制造的蒸汽干燥机使用效果良好。本文就该蒸汽干燥技术及装备的研究开发与运用做一介绍。
2铜精矿蒸汽干燥技术现状
目前国内外的铜精矿蒸汽干燥装置大都采用的是管束旋转型干燥机，即在与旋转圆筒内部等长的同心圆内藏式排列3～8列的加热管。加热列管间进行传热干燥，这种装置是间接加热方式旋转干燥机的代表。1950年起，随石油化学工业发展，这种干燥机开始用于处理大批量的对苯二甲酸，聚氯乙烯，聚苯乙烯等聚合物的干燥，广泛应用于一般化工领域。国外的几个厂家也是近年将这种技术应用在冶金行业，制造出了大型的蒸汽干燥机，在奥托昆普公司、北德铜厂等几家铜冶炼企业中使用。在国内，贵溪冶炼厂于1999年从挪威引进蒸汽干燥系统，但由于该系统有较多的技术问题，目前该厂所使用的干燥装置已经停止生产；铜陵金隆公司和山东祥光铜业公司2005年从芬兰库迈拉（Kumera）公司引进的蒸汽干燥机，目前在设备安装调试阶段。金川集团公司2003年在铜合成炉节能降耗技术改造项目中与天华院共同研制开发出了首台拥有自主知识产权的蒸汽干燥机，并且首次在金川集团公司铜合成炉工程中得到了应用。
综合国内外铜冶炼厂蒸汽干燥技术的应用。我们可以看出蒸汽干燥装置都是利用铜冶炼炉窑的余热锅炉产生的蒸汽，采用回转式蒸汽干燥机干燥湿精矿的工艺流程。蒸汽干燥机组可以很好地利用余热锅炉产生的蒸汽，同时蒸汽干燥所产生的尾气是空气和水蒸气，而且尾气量小，温度低，采用布袋收尘器处理即可，有利于环境保护，避免环境污染，且不存在精矿在干燥系统中的结硫和脱硫等问题。
3铜精矿蒸汽干燥技术特点研究
铜精矿蒸汽干燥技术与传统干燥技术相比最大的优点是充分利用冶炼生产过程中产生的余热，因此，不再消耗额外的燃料，从而无有害尾气排放。 同时，将蒸汽作为干燥介质的回转式蒸汽干燥机还有以下特点：
3．1单位容积处理量大
蒸汽干燥机为内部设置加热管，因搅拌过程中与物料直接接触，传热面积和传热系数大。单位容积传热量是一般直接加热方式干燥机的4倍。其容积传热系数可达60～130kcal／m3．h．℃。根据需要设计制造大容量干燥机，如直径3．6～4．2m，长度10～36m的干燥机，传热面积为700～3000㎡，可连续处理大量的含水高的物料。
3．2热效率高
干燥时不需燃烧加热的空气，故精矿中水分所带走的热损失很小，机体表面散热损失也很小，整体效率达80％～90％，与直接加热的旋转干燥机热效率比较，蒸汽干燥机具有高的经济性。特别是蒸汽压力在1．2MPa、操作温度在150℃以下时，热效率最高。
3．3干燥温度控制方便、迅速
在蒸汽干燥过程中，加热管的温度可以根据蒸汽压力设定。在蒸汽进口阀组上设有调压装置，压力可通过DCS进行自动调节或现场手动调节。即使处理量和含水率变动大也可以调节蒸汽压力的高低，而使出料温度保持在规定范围内。
