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现代表面技术 第一章 表面技术概论 表面技术的涵义 19世纪工业革命以来，材料品种日益繁多，为了适应高强度、高硬度和耐磨、耐高温、耐酸碱腐蚀等不同特殊要求，人们需要不断开发各种特殊的合金材料，但这些合金材料往往价格昂贵。因此，人们试图采用各种表面技术对普通钢材表面进行加工，以改变其表面性能，使其适应复杂的工作环境。另外，磨损、腐蚀等失效都是首先发生在材料表面，通过对材料表面进行有效处理，可以极大地提高材料寿命。因此，迫切需要开发出各种行之有效的表面技术，正是基于这样的背景，逐步形成了一门新兴学科——表面工程学。 表面工程技术的发展始于20世纪60年代末，近30年来发展尤为迅速。在传统的表面处理技术不断改进、不断完善的同时，又有科学技术逐渐渗透到该领域，各种表面技术相互融合，从而使现代表面技术进入了一个新的发展时期。 表面技术是一门博大精深、实用价值极高的技术。材料科学所面临的若干艰巨任务，如要求材料硬而不脆、耐磨而易车削、质高而价廉等间题，通过表面技术在相当程度上都可迎刃而解。除本文所提及的巨大作用外，用表面技术合成人工结构材料、复合材料及沉积非晶态涂层及制取复合涂层方面都显示了巨大的应用潜力。表面技术是一项能使产品获得高附加值的技术。英国产品每年靠表面技术估计增值100亿英镑，如果对表面技术进行全开发，有可能节省200。万到400亿埃居(约200亿英镑)，可见表面技术对国民经济的巨大作用。我国在湿法镀覆等方面取得了令人瞩目的成就，但在PVD和表面改性方面还有许多工作要做。这一方面要靠广大科技人员的才智与努力，同时有关领导部门在设备资金投入上给予有力的支持也至关重要。只有这样，我国的表面技术才能以新的面貌进入21世纪，全方位赶上和领先世界水平。 一、什么是表面技术 从广义上讲，表面技术是直接与各种表面现象或过程有关的，能为人类造福或被人们利用的技术。 任何表面在通常情况下实际上都是界面。两种不同相之间的交界，称为界面，在任何两相界面上都可以发生复杂的物理或化学现象，总称为表面现象。 固体材料的界面有三种： 表面―― 固体材料与气体或液体的分解面。 晶界（或亚晶界）―― 多晶体内部成分、结构相同而取向不同晶粒（或亚晶）之间的界面。 相界―― 固体材料中成分、结构不同的两相之间的界面。 它主要包括：表面覆盖（在材料的表面施加各种覆盖成）、表面改性、表面加工以及表面湿润、表面催化、膜技术等。 二、使用表面技术的目的 提高材料抵御环境的能力，同时具有装饰的效果。 通过使用表面技术，可以提高材料在各种介质（如空气、淡水、海水、土壤、酸、碱、盐等）中的耐蚀性，还可以提高材料表面的硬度，从而提高材料的耐磨性以及耐疲劳性。有不锈钢镜面板;不锈钢丝纹板;不锈钢刻花板;不锈钢彩色板;着色铝合金制品;彩色(有机涂层)钢板;金属表面的仿金电镀层;钟、表壳表面的离子镀金色氮化钦层，钢铁零、部件上的电镀黑镍层、黑铬层，电镀锌制品表面的彩色钝化膜等。 赋予材料表面某种功能特性。包括光、热、电、磁、声、吸附、分离等各种物理和化学特性。 实施特定的表面加工来制造构件、零部件和元器件等。 修补金属表面的缺陷和磨损 普遍采用热喷涂技术修复磨损件。刷镀是修补金属表面磨损比较廉价的手段。特点是设备简单，操作灵活，适于野外和现场修复，特别是对于大型、精密设备的现场不解体修复，更具有独特的优点。目前刷镀技术已广泛用于修复加工超差件，以及工件表面磨损、凹坑和斑蚀等缺陷部位。 三、表面技术实施的途径 表面涂覆（表面覆盖） 金属覆盖层： 电镀 化学镀 热浸镀 喷镀（喷涂） 真空溅射 离子镀 化学气相沉积 非金属覆盖层： 化学氧化 阳极氧化 磷酸盐处理 铬酸盐处理 涂料覆盖 玻璃钢衬里 橡胶衬里 搪瓷衬里 防锈油脂 陶瓷衬里 表面改性 用机械、物理和化学的方法，改变材料表面的形貌、化学成分、相组成、微观结构、缺陷状态或应力状态。表面改性技术基本上有两大类型，即表面合金化过程与表面涂层过程。前者采用合金化元素改善合金原来的表面，如把碳或氮通过不同方法处理钢的表面;后者则是将新材料沉积在表面为之提供保护涂层。 表面改性技术主要有： 喷丸强化 表面热处理 化学热处理 等离子扩渗处理 激光表面处理 电子束表面处理 高密度太阳能表面处理 离子注入表面改性 表面加工：通过物理化学方法使金属表面的形貌发生改变，但不改变金属表面的金相组织和化学成分。 表面微细加工、抛光、蚀刻、整体包覆 第二节 表面技术的应用 表面技术应用的广泛性和重要性 1、广泛性 目前，表面技术的应用遍及各行各业，包含的内容也十分广泛 工业领域：可用于耐蚀、耐磨、修复、强化、装饰等方面。 学科领域：涉及光、电、磁、声、热、化学、生物等方面的应用。 材料领域：表面技术涉及的基体材料不仅有金属材料