現代表面技術的發展綜述

摘 要 本文對現代表面技術的研究現狀、應用領域、分類進行了概述，并重點介紹了表面涂覆技術、表面復合技術的發展前沿。

關鍵詞 表面技術;分類;發展

引言

表面技術應用廣泛，可用于耐蝕、耐磨、修復、強化、裝飾等，也可以應用在光、電、磁、聲、熱、化學、生物等方面。現在工業上應用的各種表面處理技術，包括電鍍、化學鍍、化學轉化膜、陽極氧化、電鑄、電泳和涂裝等濕法技術，并發展了物理氣相沉積（PVD）和化學氣相沉積（CVD）等干法技術[1]。

現代科學技術和工業的迅速發展，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，隨著材料科學和技術的發展也促進了表面科學和技術的發展。

1 表面技術分類

表面技術的發展主要是圍繞著表面修復和表面強化兩個方面而展開的[2]。表面修復技術主要是針對已經失效的零件表面進行處理，以恢復或部分恢復其表面性能，延長其表面壽命的工藝方法;表面強化技術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。表面技術的分類見表1[3]。

2 表面涂覆技術

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

2.1 加弧輝光離子滲鍍技術

加弧輝光離子滲鍍技術是一種新型表面涂層技術[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合起來，在被處理工件周圍設置輔助源極，利用輝光放電空心陰極效應使工件迅速升溫，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、滲鍍結合層，也可以合成各種化合物薄膜。加弧輝光離子滲鍍技術的特點有：①在工件表面形成金屬滲層、鍍層或滲鍍結合層，結合強度高;②滲鍍層致密、均勻;③設備簡單;④無污染。加弧輝光離子滲鍍技術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

磁控濺射是一種應用最廣的PVD技術，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]，是磁控濺射技術發展過程中一個里程碑式的創新，在采用這種磁場排列的設備中，用于放置被鍍工件的中心區域被連續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，且產生了相當理想的等離子密集區。用閉合場非平衡磁控濺射離子鍍設備可以產生非常理想的離子沉積環境，閉合場非平衡磁控濺射離子鍍設備的離子清洗效率有了顯著的提高，其直接結果便是鍍層與基體的結合強度得到顯著提高。

3 表面復合技術

在單一表面技術發展的同時，綜合運用兩種或多種表面技術的表面復合技術有了迅速發展。表面復合技術通過多種工藝或技術的協同效應使工件材料表面體系在技術指標、可靠性、壽命、質量和經濟性等方面獲得最佳的效果，克服了單一表面技術存在的局限性。

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

在用于半導體材料摻雜的離子注入基礎上發展起來的束線離子注入技術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，學者們將蒸鍍、濺射鍍膜技術與束線離子注入技術相結合發展了離子輔助鍍膜（IAC）或離子束輔助沉積（IBAD）技術，既克服了一般鍍膜技術中膜基結合不良的缺點，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，無法處理形狀復雜或者較為大型的零件，近10年來國內外興起的等離子體浸沒離子注入技術，將工件浸沒在等離子體中，能全方位處理形狀復雜的零件，也能方便地處理大和重的工件。

4 結束語

近年來人們對傳統表面技術進行一系列改進、復合和創新而發展出來的現代表面技術，不僅是光電子、微電子等許多先進產業的重要基礎，并且取得了巨大的效益，現代表面技術將成為21世紀占優勢地位的關鍵技術。

參考文獻

[1] 李金桂.現代表面工程的重大進展[J].材料保護，2000，33（1）：9-11.

[2] 顧迅.現代表面技術的應用[J].金屬熱處理，1999，（4）：1-6.

[3] 徐晉勇，張健全.現代先進表面技術的發展及應用[J].電子工藝技術，2006，27（3）：129-134.

[4] 潘俊德.加弧輝光離子滲鍍技術新進展[J].世界科技研究與發展，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在切削刀具上的應用[J].西安理工大學學報，2006，（22）：20-23.

[6] 劉家浚.復合表面技術研究的新進展[J].中國表面工程，1998， （1）：11-15.

作者簡介

謝薈（1988-），女，廣西壯族自治區來賓市人;碩士研究生，助理研究員，現就職單位：國家知識產權局專利局專利審查協作廣東中心，研究方向：復合材料與工程。