電磁強化技術是一種在室溫環境下，通過特定電磁場促進晶體微觀缺陷重新分布，提升微觀組織-力學均勻性，增加裂紋啟裂及擴展阻力，綜合改善材料抗磨損、抗疲勞及可靠性的材料處理技術。目前已在制造行業開展了大量應用，包括：在汽車制造、工程機械等裝備制造領域，通過電磁強化提高機械加工刀具使用壽命，為企業降本增效；在航空航天領域，通過電磁強化提高航空切削刀具、特種螺栓、軸承等關鍵航空基礎件的服役壽命和可靠性。
 

　　我院刀具&軸承電磁強化技術研究所（以下簡稱“刀具所”）創新性提出了一種基于磁場-微波場的多場復合處理技術（簡稱“波-場處理技術”），該技術即可用于溶液物質又可用于固體物質的性能改善。接下來請一起看看該技術是如何實現性能改善的吧~

科技研發

　　波-場處理技術是一種將特定頻率的微波場和一定強度的磁場耦合的新興處理技術，在化學反應處理、材料性能提升等方面有巨大的應用前景。微波和磁場如果處于恰當的匹配條件時，可以使低能級的電子恰好躍遷至高能級，從而使電子的自旋組態發生變化。以自由基反應為例，自由基對作為反應過程中的重要中間體，它的自旋組態影響了反應路徑，在加入波-場處理后，能夠通過影響自由基對的自旋組態來調控反應路徑、產物分布以及反應速率等。
原理
　　外加磁場可以通過Δg機制影響不同自旋態之間的系間竄越過程，進而導致化學反應的速率、反應產物分布改變?；谧杂苫鶎δＰ?，外加磁場使得含有未成對電子的粒子產生塞曼分裂現象，使得具有不同自旋構型的粒子之間產生能量差ΔE，若此時在磁場垂直的方向加一微波場，并且微波頻率恰好滿足

hv=△E

　　其中，h為普朗克常數，v為波場頻率。
　　那么處于低能級的電子便可以吸收微波能量躍遷到高能級，這一現象被稱為電子順磁共振現象。利用這一原理，磁場-微波復合處理可以進一步影響自由基反應過程和產率。
　　實驗中以二苯甲酮、異丙醇的光化學反應為研究對象，開展波-場技術對反應的催化作用，并就其機理進行討論。二苯甲酮-異丙醇這一反應體系被置于不同的波-場工藝下發生反應，得到了不同工藝條件下的合成產物。通過對反應后溶液、產物進行分析可以得到反應物相對濃度以及產物質量隨時間的變化關系。研究發現，在施加磁場和微波時，二苯甲酮-異丙醇體系的宏觀反應速率顯著增大，光化學反應加速，反應過程被“催化”，這一現象說明了使用波-場技術調控自由基反應的有效性。 
 

 
磁場與微波場耦合下自旋組態變化關系

多場復合作用下自由基反應試驗　　

科技創新

　　發現此現象后，刀具所基于食品釀造領域，以白酒溶液為應用對象，利用波-場處理技術研究白酒的催陳過程，實現發現該技術可以催化白酒中各物質的物理化學反應，加速白酒陳化的進程，相關研究成果已發表在英格蘭期刊《CyTA - Journal of Food》上，并獲得了廣泛關注。
　　具體為：白酒溶液在波-場技術處理后，水-乙醇的氫鍵結構減弱，分子間的氫鍵在這個過程中發生扭曲甚至斷裂，較大締合分子的結構發生解聚，形成更多結構的極性分子締合體，在氫鍵的締合作用下可使白酒辛辣味減少，進而使白酒的氣味和口感變得柔和。同時，磁場-微波作用下，提高酒體內分子活化能，并促進各種香味物質的化學反應的發生，使得白酒中多種醇類和酯類的濃度均有所增加，生成更多香味物質，使酒體更加醇厚香甜。
 

　　技術創新為科技研發帶來的更多可能性，波-場處理技術的應用積極促進了多個方向的科技研發與相關產業發展：
　　拓展了電磁強化技術的應用范圍，建立了特有磁場和固有頻率微波下的化學催化模型，研究了復合場作用下自由基對自旋組態的變化規律。
　　采用磁場-微波的非接觸式工藝體系，進行食品釀造領域的應用嘗試。在電磁場-微波耦合作用下，加快白酒締合和酯化速度，可顯著縮短人工催陳白酒生產周期。
　　針對陶瓷材料，位錯與障礙物之間形成類似自由基對的結構，磁場微波復合場作用下可影響其電子自旋行為，有可能成為陶瓷材料改性的全新工藝方案。

應用價值

01 食品釀造領域
　　例如白酒領域，成品酒經磁場微波的復合場處理后，香味幽雅、有焦香味、酸度高，經一段時間的醒酒后香氣更加平衡，入口飽滿、酒體厚重，空杯留香較好，諸味協調。刀具所創新研發的波-場處理技術可應用于定制化設備及工藝處理服務，提升食品釀造品質，服務大眾。
02 面向機械加工刀具領域
　　在機械加工刀具中，尤其是陶瓷基刀具，波-場處理技術可針對精密陶瓷刀具、立方氮化硼刀具進行相應處理，以進一步提高刀具使用壽命，提高被加工件表面質量，為企業降本增效。
 

刀具&軸承電磁強化技術研究所
　　刀具&軸承電磁強化技術研究所成立于2015年9月，專注電磁強化技術、電磁強化設備的研發和產業化應用工作，是國內領先的電磁強化技術研發與應用團隊。電磁強化技術，源于清華二十多年的技術積累，是清華大學首先提出的可大幅提升合金與金屬陶瓷構件的耐磨性、服役性能和可靠性的處理技術，該技術廣泛適用于各種硬質合金、高速鋼、金剛石、CBN等材料（含涂層）制成的機械加工刀具、軸承、螺栓、齒輪、液壓泵閥及其他有摩擦磨損的關鍵構件，具有不改變元件外觀與尺寸、無污染、高效、可帶包裝直接處理等特點，已經歷了多行業、多批次的實踐檢驗。研究團隊主要為清華大學博士、碩士及經驗豐富的工程師組成，團隊成員熱情而富有朝氣，具有極強的創新意識和合作精神，并秉持誠信務實的理念，為廣大客戶提供優質的服務。
 

技術對接、業務洽談
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來源|刀具&軸承電磁強化技術研究所
編輯|張澍
以上相關技術最終解釋權歸刀具&軸承電磁強化技術研究所所有