专家解读表面工程技术领域的进展和发展趋势.docVIP

焊接 表面工程技术形成一门独立的学科虽然只是近20年的事，但其发展之快、涉及范围之广、对人们生产生活影响之大是当初大多数人所始料未及的。以1983年表面工程的概念被首次提出、1986年国际热处理联合会更名为国际热处理与表面工程联合会、1987年中国机械工程学会表面工程研究所成立、1988年《表面工程》杂志创刊为标志，表面工程在我国迅速发展。2000年，全国焊接学会将原来的“堆焊与热喷涂专业委员会”正式更名为“堆焊及表面工程专业委员会”。表面工程已经发展成为横跨材料学、摩擦学、物理学、化学、界面力学和表面力学、材料失效与防护、金属热处理学、焊接学、腐蚀与防护学、光电子学等学科的边缘性、综合性、复合型学科。 表面工程具有学科的综合性，手段的多样性，广泛的功能性、潜在的创新性、环境的保护性，很强的实用性和巨大的增效性，因而受到各行各业的重视。其产生的经济效益更是令人瞩目。目前，我国技术门类齐全，部分表面技术的设备、材料和工艺已达到了国际先进水平。据不完全统计，仅我国自第6个五年计划以来，通过表面工程在设备维修领域和制造领域推广应用，已取得了几百亿元的经济效益。 回顾表面工程自兴起以来的成长历程，大约可以从13个方面来概括其轨迹。而表面工程在21世纪的发展，以及它将对 21世纪科学技术总体水平和经济发展所起的促进作用，也应该从这条轨迹向前延伸。 1 表面工程新技术不断涌现 传统的表面技术，随着科学技术的进步而不断创新。在电弧喷涂方面，发展了高速电弧喷涂，使喷涂质量大大提高。在等离子喷涂方面，已研究出射频感应藕合式等离子喷涂、反应等离子喷涂、用三阴极枪等离子喷枪喷涂及微等离子喷涂。在电刷镀方面研究出摩擦电喷镀及复合电刷镀技术。在涂装技术方面开发出了粉末涂料技术。在粘结技术方面，开发了高性能环保型粘结技术、纳米胶粘结技术、微胶囊技术。在高能束应用方面发展了激光或电子束表面熔覆、表面淬火、表面合金化、表面熔凝等技术。在离子注入方面，继强流氮离子注入技术之后，又研究出强流金属离子注入技术和金属等离子体浸没注入技术。在解决产品表面工程问题时，新兴的表面技术与传统的表面技术相互补充，为表面工程工作者提供了宽广的选择余地。 2 研究复合表面技术 在单一表面技术发展的同时，综合运用两种或多种表面技术的复合表面技术(也称第二代表面技术)有了迅速的发展。复合表面技术通过多种工艺或技术的协同效应使工件材料表面体系在技术指标、可靠性、寿命、质量和经济性等方面获得最佳的效果，克服了单一表面技术存在的局限性，解决了一系列工业关键技术和高新技术发展中特殊的技术问题。强调多种表面工程技术的复合，是表面工程的重要特色之一[1]。 复合表面工程技术的研究和应用已取得了重大进展，如热喷涂和激光重熔的复合、热喷涂与刷镀的复合、化学热处理与电镀的复合等。 即使同一种表面技术，在其发展历程中也同样存在着博采众长与其它技术相互交叉的趋势。以离子注入为例： 在用于半导体材料搀杂的离子注入机基础上发展起来的束线离子注入技术可大大改善零件表面的耐磨性、耐疲劳性和光、电、磁性能。为了克服改性层比较薄的缺点，学者们将蒸镀、溅射镀膜技术与束线离子注入技术相结合发展了离子辅助镀膜(IAC)或离子束辅助沉积(IBAD)技术，既克服了一般镀膜技术中膜基结合不良的缺点，又将改性层厚度从原来的0.2micro;m提高到了几微米甚至几十微米。由于束线离子注入存在着固有的视线限制，无法处理形状复杂或者较为大型的零件，近10年来国内外兴起的等离子体浸没离子注入(PIII)技术，将工件浸没在等离子体中，能全方位处理形状复杂的零件，也能方便地处理大和重的工件。该技术在材料表面改性方面取得了巨大的成功。而沿着束线离子注入技术路线发展起来的MeVVA等离子体源，可以向金属表面注入金属离子，并在航空航天零部件的抗高温腐蚀方面取得了令人满意的效果。最近，一些研究者又综合了PIII和MeVVA二者的优点，实现了金属等离子体浸没离子注入与沉积(MePIIID)。这项技术既可进行纯金属等离子沉积，又可进行金属等离子体注入，还可任意改变二者的比例，为离子注入技术在表面改性方面的应用开拓了更为广阔的空间[2]。 3 完善表面工程技术设计体系 表面工程技术设计是针对工程对象的工况条件和设备中零部件等寿命的要求，综合分析可能的失效形式与表面工程的进展水平，正确选择表面技术或多种表面技术的复合，合理确定涂层材料及工艺，预测使用寿命，评估技术经济性，必要时进行模拟实验，并编写表面工程技术设计书和工艺卡片。 目前，表面工程技术设计仍基本停留在经验设计阶段。有些行业和企业针对自己的工程问题开发出了表面工程技术设计软件，但局限性很大。随着计算机技术、仿真技术和虚拟技术的发展，建立有我国特色的表面工程技术设计体系既有条件又迫在眉睫。 欲建