現(xiàn)代表面技術(shù)的發(fā)展綜述

摘 要 本文對現(xiàn)代表面技術(shù)的研究現(xiàn)狀、應(yīng)用領(lǐng)域、分類進(jìn)行了概述，并重點(diǎn)介紹了表面涂覆技術(shù)、表面復(fù)合技術(shù)的發(fā)展前沿。

關(guān)鍵詞 表面技術(shù);分類;發(fā)展

引言

表面技術(shù)應(yīng)用廣泛，可用于耐蝕、耐磨、修復(fù)、強(qiáng)化、裝飾等，也可以應(yīng)用在光、電、磁、聲、熱、化學(xué)、生物等方面?，F(xiàn)在工業(yè)上應(yīng)用的各種表面處理技術(shù)，包括電鍍、化學(xué)鍍、化學(xué)轉(zhuǎn)化膜、陽極氧化、電鑄、電泳和涂裝等濕法技術(shù)，并發(fā)展了物理氣相沉積（PVD）和化學(xué)氣相沉積（CVD）等干法技術(shù)[1]。

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和工業(yè)的迅速發(fā)展，對各種特殊性能的材料及材料表面，除要求更高的防腐蝕和裝飾性能外，還提出了各種各樣的功能性要求。因此，隨著材料科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展也促進(jìn)了表面科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展。

1 表面技術(shù)分類

表面技術(shù)的發(fā)展主要是圍繞著表面修復(fù)和表面強(qiáng)化兩個方面而展開的[2]。表面修復(fù)技術(shù)主要是針對已經(jīng)失效的零件表面進(jìn)行處理，以恢復(fù)或部分恢復(fù)其表面性能，延長其表面壽命的工藝方法;表面強(qiáng)化技術(shù)是針對零件表面性能不足進(jìn)行的各種表面處理提高使用壽命的工藝方法。表面技術(shù)的分類見表1[3]。

2 表面涂覆技術(shù)

表面涂覆是指通過對基材表面施加力學(xué)、物理和化學(xué)的作用，直接形成所需特性的表面層。加弧輝光離子滲鍍技術(shù)和閉合場非平衡磁控濺射離子鍍技術(shù)是目前研究較熱的表面涂覆技術(shù)。

2.1 加弧輝光離子滲鍍技術(shù)

加弧輝光離子滲鍍技術(shù)是一種新型表面涂層技術(shù)[4]，其特點(diǎn)是在雙層輝光離子滲金屬裝置中引入冷陰極電弧源，把輝光放電與弧光放電有機(jī)地結(jié)合起來，在被處理工件周圍設(shè)置輔助源極，利用輝光放電空心陰極效應(yīng)使工件迅速升溫，它既是加熱源又是欲滲元素的輔助供給源。依靠擴(kuò)散和離子轟擊作用快速滲入工件表面層，在工件表面可以形成滲層、鍍層、滲鍍結(jié)合層，也可以合成各種化合物薄膜。加弧輝光離子滲鍍技術(shù)的特點(diǎn)有：①在工件表面形成金屬滲層、鍍層或滲鍍結(jié)合層，結(jié)合強(qiáng)度高;②滲鍍層致密、均勻;③設(shè)備簡單;④無污染。加弧輝光離子滲鍍技術(shù)已成功地在鋼鐵材料、鈦合金和鎂合金材料表面形成致密、均勻、結(jié)合強(qiáng)度高的金屬和陶瓷薄膜。

2.2 閉合場非平衡磁控濺射離子鍍技術(shù)

磁控濺射是一種應(yīng)用最廣的PVD技術(shù)，把非平衡磁場的磁控管按相鄰磁極極性相反的方式組合工作[5]，是磁控濺射技術(shù)發(fā)展過程中一個里程碑式的創(chuàng)新，在采用這種磁場排列的設(shè)備中，用于放置被鍍工件的中心區(qū)域被連續(xù)閉合的磁力線所包圍，這就有效地防止了由于使Ar原子電離的電子逃逸，顯著地增加了等離子體，且產(chǎn)生了相當(dāng)理想的等離子密集區(qū)。用閉合場非平衡磁控濺射離子鍍設(shè)備可以產(chǎn)生非常理想的離子沉積環(huán)境，閉合場非平衡磁控濺射離子鍍設(shè)備的離子清洗效率有了顯著的提高，其直接結(jié)果便是鍍層與基體的結(jié)合強(qiáng)度得到顯著提高。

3 表面復(fù)合技術(shù)

在單一表面技術(shù)發(fā)展的同時，綜合運(yùn)用兩種或多種表面技術(shù)的表面復(fù)合技術(shù)有了迅速發(fā)展。表面復(fù)合技術(shù)通過多種工藝或技術(shù)的協(xié)同效應(yīng)使工件材料表面體系在技術(shù)指標(biāo)、可靠性、壽命、質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性等方面獲得最佳的效果，克服了單一表面技術(shù)存在的局限性。

表面復(fù)合技術(shù)目前取得的重大進(jìn)展有：熱噴涂和激光重熔的復(fù)合、熱噴涂與刷鍍的復(fù)合、化學(xué)熱處理與電鍍的復(fù)合等[6]。即使同一種表面技術(shù)，在其發(fā)展歷程中也同樣存在著與其他技術(shù)相互交叉的趨勢，以離子注入為例：

在用于半導(dǎo)體材料摻雜的離子注入基礎(chǔ)上發(fā)展起來的束線離子注入技術(shù)可大大改善零件表面的耐磨性、耐疲勞性和光、電、磁性能。為了克服改性層比較薄的缺點(diǎn)，學(xué)者們將蒸鍍、濺射鍍膜技術(shù)與束線離子注入技術(shù)相結(jié)合發(fā)展了離子輔助鍍膜（IAC）或離子束輔助沉積（IBAD）技術(shù)，既克服了一般鍍膜技術(shù)中膜基結(jié)合不良的缺點(diǎn)，又將改性層厚度從原來的0.2μm提高到了幾微米甚至幾十微米。由于束線離子注入存在著固有的視線限制，無法處理形狀復(fù)雜或者較為大型的零件，近10年來國內(nèi)外興起的等離子體浸沒離子注入技術(shù)，將工件浸沒在等離子體中，能全方位處理形狀復(fù)雜的零件，也能方便地處理大和重的工件。

4 結(jié)束語

近年來人們對傳統(tǒng)表面技術(shù)進(jìn)行一系列改進(jìn)、復(fù)合和創(chuàng)新而發(fā)展出來的現(xiàn)代表面技術(shù)，不僅是光電子、微電子等許多先進(jìn)產(chǎn)業(yè)的重要基礎(chǔ)，并且取得了巨大的效益，現(xiàn)代表面技術(shù)將成為21世紀(jì)占優(yōu)勢地位的關(guān)鍵技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 李金桂.現(xiàn)代表面工程的重大進(jìn)展[J].材料保護(hù)，2000，33（1）：9-11.

[2] 顧迅.現(xiàn)代表面技術(shù)的應(yīng)用[J].金屬熱處理，1999，（4）：1-6.

[3] 徐晉勇，張健全.現(xiàn)代先進(jìn)表面技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[J].電子工藝技術(shù)，2006，27（3）：129-134.

[4] 潘俊德.加弧輝光離子滲鍍技術(shù)新進(jìn)展[J].世界科技研究與發(fā)展，2002，（3）：32-35.

[5] 白力靜，李玉慶，肖繼明，等.閉合場非平衡磁控濺射離子鍍技術(shù)在切削刀具上的應(yīng)用[J].西安理工大學(xué)學(xué)報，2006，（22）：20-23.

[6] 劉家浚.復(fù)合表面技術(shù)研究的新進(jìn)展[J].中國表面工程，1998， （1）：11-15.

作者簡介

謝薈（1988-），女，廣西壯族自治區(qū)來賓市人;碩士研究生，助理研究員，現(xiàn)就職單位：國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心，研究方向：復(fù)合材料與工程。