表面在材料领域的应用

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1、表面工程学在材料研究领域中的地位和应用一、表面工程学概述表面工程学发展较为迅速，涉及机械制造、冶金、电子、汽车与船舶制造、能源与动力、航空航天等工业领域。表面工程学是一门交叉科学。表面工程技术是指为满足特定的工程需求，使材料或零部件表面具有特殊的成分、结构和性能（或功能）的化学、物理方法与工艺。图1可以很好的反映出表面工程学的形成与进展状况。1表面工程学表面工程技术表面科学基础理论表面工程技术设计表面（膜）层结构设计表面工程设备设计表面工程施工设计表面工程车间设计表面腐蚀与防护表面摩擦与磨损理论表面完整性与界面理论表面装饰与美化表面功能材料及其应用表面失效及其分析理论表面改性技术薄膜技术涂层技

2、术广表面（膜）层材料学表面分析与检测技术表面质量与工艺过程控制表面工程管理与经济分析图1、表面工程学的形成及发展表面工程技术可用于在所需的基体表面获得各种功能特性，包括物理，化学，电气，电子，磁，机械，耐磨和抗腐蚀特性。几乎所有类型的材料，包括金属，陶瓷，聚合物和复合材料可涂覆于互相类似或不同的材料。也有可能形成的新的涂层材料、分级沉淀和多组分沉淀等。表面的改性、薄膜与涂层技术是世界性的多学科交叉的高技术。通过表面改性、施加薄膜或涂层的技术可以提高材料或零件的耐蚀性、抗高温氧化性及其对工作环境抗侵蚀能力；提高耐摩擦磨损、磨蚀、粘结、咬合、冲刷、减磨、润滑的能力；提高耐热、导热、隔热、热反射的作

3、用；提高材料制件表面完整性、光洁度、提高抗疲劳、抗腐蚀疲劳的能力。此外还可以赋予材料特定的物理性能：导电、绝缘、半导体特性、超导、存储记忆、电磁屏蔽、发光、消光、光反射、光选择吸收、雷达波“隐身”、红外“隐身”、亲油、亲水、亲某种涂层、可焊、黏着、传感；赋予材料特定的化学特性：耐酸、耐碱、耐特种液体、催化；赋予制件表面装饰特性；鲜艳的色彩、图纹、非金属制件表面金属化、光化、抗老化等。随着生产生活的需要，表面工程技术也有了很大的发展，近代表面技术按其是否改变待加工件的原始尺寸可分为表面涂层技术及表面改性技术两大类，亦可按表面层种类、表面层功能特性、制备工艺方法及作用原理等进行详细分类。1、按表面

4、层种类进行分类（1）无覆层：基体表面经过化学、机械处理、精整或热加工硬化，仅仅改变表面应力或组织状态，不改变基体表面成分。（2）金属覆层：用电沉积、金属喷涂、表面合金化或热浸、包覆、气相沉积等方法，在基体表面覆以薄层金属、合金或金属基复合材料。（3）有机涂层：基体表面覆以有机材料，主要是涂装层，此外还有塑料、橡胶粘附等覆层。（4）无机覆层：在基体表面涂覆玻璃搪瓷、水泥、陶瓷和珐琅等无机材料。（5）转化覆层：钢、锌、铝或镁、钛等金属表面经化学或电化学处理，产生金属化合物覆层，有氧化物、磷酸盐、络酸盐等覆层。2、按表面功能特性分类（1）表面装饰：不同光亮度、色泽、花纹的组合，使外观精美、多样化、增

5、加美感和耐用性。（2）防腐蚀：耐环境腐蚀、耐淡水、海水腐蚀、耐化学介质浸渍腐蚀等。（3）耐磨：耐腐蚀磨损、微动磨损、磨粒磨损，硬面及纤维磨损，抗擦伤咬死，减磨自润滑，可磨耗密封（4）热功能：耐热、抗高温氧化、热绝缘、热辐射、高温封严等（5）光、电、磁特种功能：反光、消光、吸收、超导、导电、绝缘、半导体、电磁屏蔽等。（6）其他特种功能：吸收、红外反射、太阳能吸收、辐射屏蔽、催化、生物功能等。3、按工艺方法分类（1）电化学方法：利用电极反应，在基体上形成镀覆层，如电镀、刷镀、电铸、阳极氧化等（2）化学方法：在没有电流通过的情况下，利用化学物质的相互转换作用，在基体表面形成镀覆层，如化学镀、溶胶-凝胶法、化学转化膜等（3）热加工法：利用高温条件下材料熔融或热扩散，在基体表面形成镀覆层，如热浸镀、热喷涂，表面合金化等。（4）高真空法：利用材料在高真空下气化或受激离子化而后沉积表面，形成涂覆层，如真空蒸发度、溅射镀、离子镀等。（5）其他物理方法：如机械镀、涂装、包覆、激光表面加工等。4、按作用原理分类（1）原子级微粒沉积（2）宏观颗粒沉积（3）整体覆盖（4）表面改性处理