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(gè)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(gè)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(shí)深冷設(shè)備本身的價(jià)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。
