表面加工技术的发展与应用

表面加工技术的发展与应用

1第一次重大进展油、电、热喷油等材料表面加工技术正在不断发展和进步。特别是在20世纪60年代和70年代，电子束、离子束和激光束技术达到了实际应用，进入了材料表面加工技术领域，极大地提高了表面技术。1984年英国热处理学会更名为英国热处理与表面工程学会,并出版了国际性表面工程杂志;有关表面改性、薄膜、涂层以及表面工程综合性技术会议频频召开;表面工程已成为世界上80年代10项关键技术之一,90年代又成为加强研究的9项科技项目之一,形成了跨多种学科的边缘科学。这是现代表面加工技术的第一次重大进展,其显著标志是“三束”的进入,表面工程学的形成。随着表面工程在促进高技术进步、节约原材料、提高新产品性能、延长产品使用寿命、装饰环境、美化生活方面所发挥的作用越来越突出,现代化表面工程必将在21世纪出现第二次重大进展。它将进入各行各业重大工程或产品设计之中,成为整个工程或产品设计的重要组成部分。2激光喷射镀层复合镀层材料的优点20世纪60～70年代电子束、激光束、离子束技术的实用化并进入物体表面界面加工技术领域,使表面技术发生了突破性的进展。电子束是一种高能量密度的热源,其最大功率密度可达10激光束也是一种高能量密度的热源,可以起到电子束所起到的作用,对表面进行激光束改性可以得到新的表面性能,例如将激光与古典电镀相结合的激光电镀特点是:(1)沉积速度快,如激光镀金可达1μm/s,激光镀铜可达10μm/s,激光喷射镀金可达12μm/s,镀铜可达50μm/s;(2)金属沉积仅发生在激光照射区域,不屏蔽就可达到局部电镀的目的,可采用计算机控制镀层线路;(3)结合力很高;(4)容易实现自动控制等,这对微电子器件和大规模集成电路的生产和修补具有重大意义。20世纪60～70年代中期离子注入技术进入半导体材料表面改性领域。采用离子注入精细掺杂取代热扩散工艺,使半导体从单个管子加工而发展成为平面集成电路加工,进而发展到大规模集成电路、超大规模集成电路加工,以致形成了今天全新的电子工业。计算机和光通讯技术全面发展的新局面是离子束表面改性所获得的最为重大的成就。此外,还有离子束溅射物理气相沉积、射频离子镀、脉冲离子镀、离子束辅助物理气相沉积、双离子束溅射、离子簇集离子辅助物理气相沉积等表面工程技术的出现,使离子束等离子体在表面工程技术发展中还在不断延伸之中:如等离子体增强化学气相沉积技术、低压等离子体喷涂、微波等离子体化学气相沉积、离子束加热蒸发物理气相沉积、铝合金微弧等离子体阳极氧化技术、离子束外延技术、全方位沉浸离子注入技术等等极大地丰富了表面工程技术及其所形成的新表面层的特性。电子束、激光束和离子束的参与使表面工程技术出现了飞速发展。正是这些技术的发展及引发的表面工程的进步,形成了表面工程科学,构成了现代表面加工技术的第一次重大进展。表面工程技术的现代发展:3将表面工程纳入到产品设计的总体规划设计中,我国一般近30年来现代表面技术发展成了现代表面工程,产生了第一个重大飞跃,人们对表面及表面上可开展的工作已形成了共识:(1)任何物体都包含表面或界面;(2)任何工程,任何产品都不可能回避表面或界面;(3)表面,界面与基体是不可分割的;(4)现代表面工程技术可以对表面或界面作有效的改性;(5)任何重大工程或产品的设计与制造都应将表面与基体作为一个系统进行设计与制造才能获得理想的结果。基于上述共识英国认为英国的表面工程将在世纪冲击全球的制造业;笔者以为,21世纪表面工程将全面进入各行各业的工程与产品设计、制造之中,并发挥其特有的作用。换言之,任何工程、任何产品都应将表面工程包含进去进行表面设计、表面加工、表面装饰,赋予表面所需要的性能。这种预测可以从当今现代表面工程的重大进展、许多重大工程与产品中看出。新近在英国泰吾士河上建造的一座新的浮筒步行桥,就是表面与基体结合的精品,它优雅,具有开放式结构的桥面,具有许多刚刚触及水面色彩鲜艳的昆虫脚般的桥基,给人一种自由、广阔视野的新鲜感,涂层颜色新颖,令人遐想,寿命可达20年。我国三峡工程库区拥有34座大中型桥梁,每一座都是或将是优秀的艺术品。现代城市建筑越来越美,就是将建筑总体设计及美化装饰统一设计及大量使用各种涂层、薄膜的结果。我国的飞机设计与制造于90年代开始实施“飞机腐蚀控制系统工程”管理,从方案论证、结构设计、制造到使用维护全方位采取各种技术控制腐蚀,确保飞行安全,延长使用寿命。为此,已将大量的表面改性、膜层和涂层技术于实施两型号飞机。小型产品亦不例外,例如朝血栓位置输送释栓药物用的微小不锈钢管,将表面与基体作为一个整体进行设计,不仅可以设计好装药机构,还可以设计好表面:通过电化学抛光去掉毛刺(否则,会刺破血管)、增加光洁度(增加血液在管中的流动性);通过钝化处理,增加不锈钢在血液中的耐蚀性,防止腐蚀和腐蚀产物对血液污染。以上事实说明,现代表面工程技术已经发展到能够任意对表面进行改性,获得所期望的表面性能。现代各行各业重大工程和产品设计师要了解这种技术的进展,将表面设计纳入总体设计之中,使一个工程或一个产品在满足其功能的同时,延长使用寿命,改善运行性能,降低成本,美化外观,以取得最大的经济效益。一个工程、一个产品装点在地球上,是否给人们以美的享受关键就在于表面工程技术的应用是否得当。4表面工程技术20世纪内,人类在科学技术上取得了过去几千年都未能取得的成就和进步,表面工程技术与其他科学技术一样,以前所未有的速度在发展