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、分類進行了概述，并重點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)、強化、裝飾等，也可以應(yīng)用在光、電、磁、聲、熱、化學(xué)、生物等方面。現(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;表面強化技術(shù)是針對零件表面性能不足進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、可靠性、壽命、質(zhì)量和經(jīng)濟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，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，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)進行一系列改進、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世紀占優(yōu)勢地位的關(guān)鍵技術(shù)。

參考文獻

[1] 李金桂.現(xiàn)代表面工程的重大進展[J].材料保護，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。