1、1.3材 料 表 面 工 程 是 一 門 興 學(xué) 科 ， 或者說(shuō)是正在形成的一門學(xué)科，是一門多學(xué)科的邊緣學(xué)科。該學(xué)科中應(yīng)該包括哪些內(nèi)容，如何分類，國(guó)內(nèi)外都無(wú)公認(rèn)的說(shuō)法。從不同的角度進(jìn)行歸納，就會(huì)有不同的分類。如：按 作用 原 理 可分 為 ： 原子沉積：沉積物以原子、離子、分子和粒子集 團(tuán) 等原子尺度的粒子形態(tài)在材料表面上形成覆蓋層，如 電 鍍、化學(xué)鍍、物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積等。2顆 粒 沉積：沉積物以宏觀尺度的顆粒形態(tài)在材料表面上形 成 覆 蓋 層 ， 如 熱 噴 涂 、 搪 瓷 涂 覆 等 。3整 體 覆 蓋 ： 它 是 將 涂 覆 材 料 于 同 一 時(shí) 間 施 加 于 材 料 外表

2、 ， 如 包 箔 、 貼 片 、 熱 浸 鍍 、 涂 刷 、 堆 焊 等 。 4表 面 改性：用各種物理、化學(xué)等方 法 處 理 表面 ， 使 之 組 成、結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而改變性能 ， 如 表 面處理 、 化 學(xué) 熱 處 理 、電子束表面處理、離子注入 等 。按 表 面 強(qiáng) 化層材料可分 為 ： 1屬材料層；陶瓷材料 層 ； 3分子材料層 。按 工 藝 特 點(diǎn) 可 分 為 ： 電 鍍 ， 化 學(xué) 鍍 ， 熱 滲鍍 ， 熱 噴 涂 ， 堆 焊 ， 化 學(xué) 轉(zhuǎn) 化 膜 ， 涂 裝 ，8 表 面 彩 色 ， 氣 相 沉 積 ， “ 三 束 ” 改 性 ， 11表 面 熱 處 理 ， 形 變 強(qiáng) 化

3、， 襯 里 等 ， 每 一 類 又 可分 為 一 些 更 細(xì) 的 工 藝 項(xiàng) 目 。圖 1 - 1材 料 表 面 工 程 技 術(shù) 的 分 類該 分 類 方 法 比 較 清 晰 地 體 現(xiàn)了工程技術(shù)的特點(diǎn)，而且與工程技術(shù)上的名稱基本一致，容易記憶。但缺乏學(xué)術(shù)上的邏輯性，因?yàn)橛行┘夹g(shù)盡管工藝不一樣，但基本的改質(zhì)機(jī)理是相同或相似的。按工藝特點(diǎn)分類方法示意圖如圖1 - 1所示 。按 表 面 改 質(zhì) 的 目 的 或 性 質(zhì) 可 分 為 ： 表 面 耐 磨 和 減磨 技 術(shù) ， 表 面 耐 蝕 抗 氧 化 技 術(shù) ， 表 面 強(qiáng) 化 提高 疲 勞 強(qiáng) 度 技 術(shù) ， 表 面 裝 飾 技 術(shù) ， 功 能 表

4、 面技 術(shù) ， 表 面 修 復(fù) 技 術(shù) 。實(shí)際上，外表技術(shù)有著廣泛的涵義，綜合來(lái)看，大致上可分為以下幾個(gè)局部：外表技術(shù)的根底和應(yīng)用理論。術(shù)三局部：外表加工技術(shù)。外表分析和測(cè)試技術(shù)。外表工程技術(shù)設(shè)計(jì)?，F(xiàn)將各局部所包含的內(nèi)容簡(jiǎn)單介紹如下。外表技術(shù)的根底和應(yīng)用理論現(xiàn)代外表技術(shù)的根底是外表科學(xué)，它包括外表分析技術(shù)、外表物理、外表化論體系來(lái)看，它們包括微觀理論與宏觀理論：一方面在原子、分子水平上爭(zhēng)辯外表的組成，原子構(gòu)造及輸運(yùn)現(xiàn)象、電子構(gòu)造與運(yùn)動(dòng)及其對(duì)外表宏觀性質(zhì)的影響；另一方面在宏觀尺度上，從能量的角度爭(zhēng)辯各種外表現(xiàn)象。實(shí)際上，這三個(gè)分支意義，而且與很多技術(shù)科學(xué)親熱相關(guān)，在應(yīng)用上有格外重要的意義。外表技

5、術(shù)的應(yīng)用理論，包括外表失效分析，摩擦與磨損理論、外表腐蝕與防護(hù)理論、外表結(jié)合與復(fù)合理論等等，它們對(duì)外表技術(shù)的進(jìn)展和應(yīng)用有著直接的、重要的影響。外表掩蓋技術(shù)并作為陰極，通過(guò)外電流的作用，在工件外表沉積與基體結(jié)實(shí)結(jié)合的鍍覆 層。該鍍覆層主要是各種金屬和合金。單金屬鍍層有鋅、鎘、銅、鎳、鉻、錫、銀、金、鈷、鐵等數(shù)十種；合金鍍層有鋅-銅、鎳-鐵、鋅-鎳-鐵等一百多種。電鍍?cè)诠I(yè)上使用廣泛。電刷鍍：它是電鍍的一種特別方法，又稱接觸鍍、選擇鍍、涂鍍、無(wú)槽電鍍鍍筆和關(guān)心設(shè)備泵、旋轉(zhuǎn)設(shè)備等鍍工作。化學(xué)鍍：又稱無(wú)電鍍，即在無(wú)外電流通過(guò)的狀況下，利用復(fù)原劑將電解質(zhì)溶最常用的是鎳和銅。涂裝：它是用肯定的方法將涂料涂

6、覆于工件外表而形成涂膜的全過(guò)程。涂料或稱漆為有機(jī)混合物，一般由成膜物質(zhì)、顏料、溶劑和助劑組成，可以裝飾或特別性能如絕緣、防腐標(biāo)志等，應(yīng)用格外廣泛。粘結(jié)：它是用粘結(jié)劑將各種材料或制件連結(jié)成為一個(gè)結(jié)實(shí)整體的方法，稱為獲得廣泛應(yīng)用。，修復(fù)外形不合格的金屬零件及產(chǎn)品，提高使用壽命，降低生產(chǎn)本錢，或者用它制造雙金屬零部件。熔結(jié)：它與堆焊相像，也是在材料或工件外表熔敷金屬涂層，但用的涂敷金于基體的自熔性合金，所用的工藝是真空熔敷、激光熔敷和噴熔涂敷等。熱噴涂：它是將金屬、合金、金屬陶瓷材料加熱到熔融或局部熔融，以高的動(dòng)能使其霧化成微粒并噴至工件外表，形成結(jié)實(shí)的涂覆層。 熱噴涂的方法超音速噴涂和爆炸噴涂等。

7、經(jīng)熱噴涂的工件具有耐磨、耐熱、耐蝕等功能。塑料粉末涂敷：利用塑料具有耐蝕、絕緣、美觀等特點(diǎn)，將各種添加了防老末云霧室、靜電流化床浸漬、靜電振蕩法等等。電火花涂敷：這是一種直接利用電能的高密度能量對(duì)金屬外表進(jìn)展涂敷處 合金化涂層，提高工件表層的性能。而工件內(nèi)部的組織和性能不轉(zhuǎn)變。熱浸鍍：它是將工件浸在熔融的液態(tài)金屬中，使工件外表發(fā)生一系列物理和氣體復(fù)原法。熱浸鍍的主要目的是提高工件的防護(hù)力量，延長(zhǎng)使用壽命。搪瓷涂敷：搪瓷涂層是一種主要施于鋼板、鑄鐵或鋁制品外表的玻璃涂層。該涂層為無(wú)機(jī)物成分，并融結(jié)于基體，故與一般有機(jī)涂層不同。陶瓷涂敷：陶瓷涂層是以氧化物、碳化物、硅化物、硼化物、氮化物、金。有的

8、陶瓷涂層有光、電、生物等功能。真空蒸鍍：它是將工件放入真空室，并用肯定方法加熱鍍膜材料，使其蒸發(fā)電弧加熱等。濺射鍍：它是將工件放入真空室，并用正離子轟擊作為陰極的靶鍍膜材 能約 10eV 100倍。按入射離子來(lái)源不同，可分為直用值為 10eV 量級(jí)。濺射鍍膜的致密性和結(jié)合強(qiáng)度較好，基片溫度較低，但本錢較高。離子鍍：它是將工件放入真空室，并利用氣體放電原理將局部氣體和蒸發(fā)源放電離子鍍。 沉積、金屬有機(jī)化合物氣相沉積、激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉積等。分子束外延MolecularBeam Epitay簡(jiǎn)稱MBE ：它雖是真空鍍膜的一原子層生長(zhǎng)的方式在基片上外延成膜。主要設(shè)備有超高真空系統(tǒng)、蒸發(fā)源、監(jiān)控系統(tǒng)、

9、和分析測(cè)試系統(tǒng)。離子束關(guān)心沉積IBAD。它是將離子注入與鍍膜結(jié)合在一起，即在鍍膜注入子簇束Ion ClusterBeam，簡(jiǎn)稱ICB。離子簇束的產(chǎn)生有多種方法，常 化學(xué)轉(zhuǎn)化膜：化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的實(shí)質(zhì)是金屬處在特定條件下人為把握的腐蝕產(chǎn) 化處理、銅的化學(xué)氧化和電化學(xué)氧化、鋅的鉻酸鹽鈍化等等。熱燙印：它是把各種金屬箔在加熱加壓的條件下掩蓋于工件外表。臨時(shí)性掩蓋處理：它是把緩蝕劑配制的緩蝕材料，在工作需要防繡的狀況下，臨時(shí)性掩蓋于外表。外表改性技術(shù)噴丸強(qiáng)化：它是在受噴材料的再結(jié)晶溫度下進(jìn)展的一種冷加工方法，加工過(guò)它要求噴丸過(guò)程中嚴(yán)格把握工藝參數(shù)，使工件在受噴后具有預(yù)期的外表形 。外表熱處理：它是指僅對(duì)工件

10、表層進(jìn)展熱處理，以轉(zhuǎn)變其組織和性能的工藝。主要方法有感應(yīng)加熱淬火、火焰加熱外表淬火、接觸電阻加熱淬火、電解液淬火、脈沖加熱淬火、激光熱處理和電子束加熱處理等。化學(xué)熱處理：它是將金屬或合金工件置于肯定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種元素滲入它的表層，以轉(zhuǎn)變其化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工 或外表反響。常見(jiàn)的有離子滲氮、離子滲碳、離子碳氮共滲等，尤以離子滲氮最普遍。，對(duì)鋼鐵材料適用面廣，工作周期短。激光外表處理：它是主要利用激光的高亮度、高方向性和高單色性的三大特?fù)粲不?。電子束外表處理：通常由電子槍陰極燈絲加熱后放射帶負(fù)電的高能電子流，化等作用，淬火后可獲細(xì)晶組織等。高密度太陽(yáng)能外表處理：太陽(yáng)能

11、取之不盡，無(wú)公害，可用來(lái)進(jìn)展外表處理。機(jī)-電跟蹤系統(tǒng)、工作臺(tái)、對(duì)光器、溫控系統(tǒng)和輻射測(cè)量?jī)x等構(gòu)成。離子注入外表改性：它是將所需的氣體或固體蒸汽在真空系統(tǒng)中電離，引出難。復(fù)合外表處理技術(shù)料使用要求的不斷提高，單一的外表技術(shù)因有肯定的局限性而往往不能滿足需 相沉積復(fù)合等等，已經(jīng)取得良好效果，有的還有意想不到的效果。外表加工技術(shù)求越來(lái)越苛刻，其中半導(dǎo)體器件的進(jìn)展是典型的實(shí)例。集成電路的制作，從晶片、掩膜制作開(kāi)頭，經(jīng)受屢次氧化、光刻、腐蝕、外延摻雜離子注入或集中等簡(jiǎn)單工序，以后還包括劃片、引線焊接、封裝、檢測(cè)等一系列工序，最終得到成品。在這些繁雜的工序中，外表的微細(xì)加工起了元器件或薄膜圖形的先進(jìn)制造技術(shù)，主要包括：光子束、電子束和離子束的微細(xì)加工?；瘜W(xué)氣相沉積、等離子化學(xué)氣相沉積、真空蒸發(fā)鍍膜、濺射鍍膜、粒子鍍、分子束外延、熱氧化的薄膜制造。濕法刻蝕、濺射刻蝕、等離子刻蝕等圖形刻蝕