淺析表面處理技術(shù)發(fā)展趨勢

1、 淺析表面處理技術(shù)發(fā)展趨勢 摘要：表面技術(shù)為國際性的關(guān)鍵技術(shù)之一，是新材料、光電子、微電子、3c等許多先.進(jìn)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)技術(shù)。大量表面技術(shù)屬于高技術(shù)范疇，在今后知識經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展過程中將占有重要的地位。人們使用表面技術(shù)已有幾千年的歷史，但表面技術(shù)的迅速發(fā)展是從19世紀(jì)工業(yè)革命開始的，最近30多年則發(fā)展得更為迅速。一方面人們在廣泛使用和不斷試驗摸索過程中積累了豐富的經(jīng)驗，另一方面60年代末形成的表面科學(xué)給預(yù)了有力的促進(jìn)，從而使表面技術(shù)進(jìn)入了一個新的發(fā)展時期。關(guān)鍵字：淺析、表面處理技術(shù)、發(fā)展、趨勢1. 引言表面處理技術(shù)是一個宏大的概念，涉及的領(lǐng)域非常廣泛,包括的面也十分寬廣，應(yīng)用行業(yè)更是無限。但表面處

2、理作為- -個特殊的邊緣科學(xué)，其概念、范疇、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢目前集團(tuán)的許多同仁還不太清楚，對集團(tuán)的應(yīng)用和未來前景也還不是很了解，對此，本人就自己這些年來對這一領(lǐng)域的關(guān)注和研究的心得作一介紹，供高層主管們在規(guī)劃集團(tuán)未來技術(shù)發(fā)展方向時參考，也希望本文能給對此問題感興趣的同仁有所幫助。比如說：沉鎳金處理工藝能夠保證表面平整，厚度均勻，可與無鉛焊料和免清洗助焊劑匹配。但是表面處理后若受到污染易產(chǎn)生焊接不良，而且成本也比較高。電錫處理工藝能夠保證表面平整,但有一定的厚度差，也可與無鉛焊料和免清洗助焊劑匹配，但是在焊接時有可能出現(xiàn)聚錫現(xiàn)象。二、最新表面處理技術(shù)概述新型表面功能覆層技術(shù)，包括低溫化學(xué)表面涂層技

3、術(shù)及超深層表面改性技術(shù)，它運(yùn)用物理、化學(xué)或物理化學(xué)等技術(shù)手段來改變材料及其制件表面成份和組織結(jié)構(gòu)，其特點是保持基體材料固有的特征，又賦予表面化所要求的各種性能，從而適應(yīng)各種技術(shù)和服役環(huán)境對材料的特殊要求，因而它是制造和材料學(xué)科最為活躍的技術(shù)領(lǐng)域，又是涉及表面處理與涂層技術(shù)的交叉學(xué)科。其最大的優(yōu)勢在于能以極少的材料和能源消耗制備出基體材料難以甚至無法獲得的性能優(yōu)異的表面薄層，從而獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益，它是一種優(yōu)質(zhì)高效的表面改性與涂層技術(shù)。優(yōu)質(zhì)、高效的表面改性與涂層技術(shù)其范圍廣闊：如熱化學(xué)表面技術(shù);物理氣相沉積;化學(xué)氣相沉積;物理化學(xué)氣相沉積技術(shù);高能等離體表面涂層技術(shù);金剛石薄膜涂層;多元多層復(fù)合

4、涂層技術(shù);表面改性及涂層性能預(yù)測及剪裁技術(shù);性能測試與壽命評估等等。新型低溫化學(xué)氣相沉積技術(shù)引入等離子體增強(qiáng)技術(shù)，使其溫度降至600度以下，獲得硬質(zhì)耐磨涂層新工藝，所生產(chǎn)的高強(qiáng)度、高性能的涂層工藝，在高速、重負(fù)荷、難加工領(lǐng)域中有其特殊的作用。超深層表面改性技術(shù)可應(yīng)用于絕大多數(shù)熱處理件和表面處理件，可替代高頻淬火，碳氮共滲，離子滲氮等工藝，得到更深的滲層，更高的耐磨性，產(chǎn)品壽命劇增，可產(chǎn)生突破性的功能變化。三、熱化學(xué)表面改性技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢國外近年來重視對可控氣氛條件和真空條件下的滲碳，碳氮共滲等技術(shù)的研究，并已實現(xiàn)工業(yè)化。而在我國應(yīng)用很少，相關(guān)的技術(shù)研究工作亦不夠?？煽貧夥諠B碳和真空滲碳技術(shù)

5、是顯著縮短生產(chǎn)周期，節(jié)能、省時，同時可提高工件質(zhì)量，不氧化、不脫碳，保證零件表面耐腐蝕和抗疲勞性，并減少熱處理后機(jī)加工余量及清理工時。目前國際上碳勢控制和監(jiān)測，滲層布型控制等方面的研究成果已應(yīng)用于實際生產(chǎn)，并用計算機(jī)進(jìn)行在線動態(tài)控制。四、pvd、cvd、pcvd技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢各種氣相沉積是當(dāng)前世界上著名研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)競相開展的具有挑戰(zhàn)的性的研究課題。日前該技術(shù)在信息、計算機(jī)、半導(dǎo)體、光學(xué)儀器等產(chǎn)業(yè)及電子元器件、光電子器件、太陽能電池、傳感器件等制造中應(yīng)用十分廣泛，在機(jī)械工業(yè)中，制作硬質(zhì)耐磨鍍層、耐腐蝕鍍層、熱障鍍層及固體潤滑鍍層等方面也有較多的研究和應(yīng)用，其中tini等鍍膜刀具的普及已引起

6、切削領(lǐng)域中的一場革命，金剛石薄膜、立方氮化硼薄膜的研究也十分火熱，并已向?qū)嵱没矫嫱七M(jìn)。在不同pvd、cvd工藝的基礎(chǔ)上，通過發(fā)展和復(fù)合很多新的工藝和設(shè)備，如ibad、pcvd與空心陰極多弧復(fù)合離子鍍膜裝置、離子注入與油濺射鍍或蒸鍍的復(fù)合裝置、等離子體浸沒式離子注裝置等不斷將該類技術(shù)推向新的高度。與國外的發(fā)展相比，我國在上述方面雖研究較多，但水平有較大差異，在實用化方面差距更大。五、高能等離子體表面涂層技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢該技術(shù)是增加表面物理化學(xué)反應(yīng)，獲取特殊性能覆蓋層。其核心是更有效地增強(qiáng)和控制陰極電弧等離子體的產(chǎn)生和作用，美國、日本、德國大力發(fā)展該技術(shù)。等離子體增強(qiáng)電化學(xué)表面改性技術(shù)，是目前

7、國際上較活躍的開發(fā)研究領(lǐng)域，對于鋁、鈦等材料，通過等離子體調(diào)光放電手段，增強(qiáng)電化學(xué)處理效果，在金屬表面上生成致密氧化鋁和其它氧化物陶瓷膜層，可使基體具有極高性能表面，是先進(jìn)制造工藝的前沿技術(shù)，在機(jī)加工用刀具和模具行業(yè)也有很了的應(yīng)用前景。六、金剛石薄膜涂層技術(shù)金剛石具有極好的物理性能，在形狀復(fù)雜的刀具、模具、鉆頭等工件表面沉積上一層很薄的金剛石薄膜，可提高工件的使用性能，并滿足一些特殊條件的需求。近年來，由于金剛石薄膜的優(yōu)異性能以及廣泛的應(yīng)用前景，日本、美國、西歐均進(jìn)行大量的研究工作，并開發(fā)了多種金剛石涂層工藝技術(shù)，已在國內(nèi)外掀起金剛石涂層研究的熱潮。尤其是在提高金剛石涂層和基體結(jié)合強(qiáng)度，大面積

8、快速沉積金剛石涂層技術(shù)，產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)涂層金剛石薄膜設(shè)備系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)方面國外已取得突破性進(jìn)展，美國、瑞典等國已推出金剛石金屬切削工具供應(yīng)市場，而我國該技術(shù)還沒有達(dá)到實用水平，急待開發(fā)并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。七、多元多層復(fù)合涂層技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢單一的表面涂層不能滿足表面工程設(shè)計中苛刻的工況條件，任何表面處理均有其不同的優(yōu)缺點，因為利用不同涂層材料的性能優(yōu)點，在基體表面形成多元多層復(fù)合涂層(含萬分漸變的梯度層)具有重大的意義。國外已開展單層涂層厚度為納米級，層數(shù)在l00層以上的多元多層復(fù)合涂層技術(shù)的研究，所制備的涂層具有較高的耐腐性、韌性和強(qiáng)度，和基體的結(jié)合強(qiáng)度也好，表面粗糙度低，這對直精高速工削機(jī)械加工

9、十分有利。國外已列入主要發(fā)展方面，予計在納米級精細(xì)涂層材料研究和應(yīng)用領(lǐng)域會有新的突破。因為復(fù)合涂層技術(shù)具有抗磨損、抗高溫氧化腐蝕、隔熱等功能，能擴(kuò)大涂層制品使用范圍，延長使用壽命，是一項在下一世紀(jì)會得到迅速發(fā)展的技術(shù)。我國目前已開始研究，并取得初步成果，但還存在一些問題有待于解決。八、表面改性與涂層工藝模擬和性能預(yù)測的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢表面改性與涂層技術(shù)作為表面工程的重要組成部分，已經(jīng)滲透到傳統(tǒng)工業(yè)與高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)部門，根據(jù)應(yīng)用的要求反過來又促進(jìn)表面功能覆層技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。根據(jù)使用要求，對材料表面進(jìn)行設(shè)計、對表面性能參數(shù)進(jìn)行剪裁，使之符合特定要求，并進(jìn)一步實現(xiàn)對表面覆蓋層的組織結(jié)構(gòu)和性能和預(yù)測等，

10、已成為該領(lǐng)域重要研究方向。國外已對cvd、pvd以及其它表面改性方法開展計算機(jī)模擬研究，針對cvd過程進(jìn)行模擬，采用宏觀和微觀多層次模型，對工藝和涂層各種性能和基體的結(jié)合力進(jìn)行模擬和預(yù)測;對滲碳，滲氮工件滲層性能應(yīng)力等進(jìn)行計算機(jī)模擬等等，人們可以更好地控制和優(yōu)化工藝過程。結(jié)束語：表面技術(shù)不僅是一門廣博精深的具有極高實用價值的基礎(chǔ)技術(shù),還是- -門新興的邊緣科學(xué)，在學(xué)術(shù)上豐富料材料科學(xué)、冶金學(xué)、機(jī)械學(xué)、電子學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)等學(xué)科，開辟了一些列新的研究領(lǐng)域。表面技術(shù)的種類繁多，過去是分散在各個領(lǐng)域，它們的發(fā)展一般是分散的?，F(xiàn)在表面技術(shù)開始有了自己堅實的理論基礎(chǔ)，人們將各類表面技術(shù)相互聯(lián)系起來，探討共性，然后從更高的角度來指導(dǎo)各類表面技術(shù)的發(fā)展。參考文