表面工程的基本涵义、特点、分类及常用工艺方法

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1、表面工程的基本涵义、特点、分类及常用工艺方法表面工程是在传统表面技术的基础上，应用材料科学、冶金学、机械学、电子学、物理学、化学、摩擦学等学科的原理、方法及最新成就综合发展起来的一门新兴学科。研究材料表面、界面的特征、性能及改质过程和相应方法。目的利用各种物理、化学或机械的工艺过程改变基材表面状态、化学成份、组织结构或形成特殊的表面覆层，优化材料表面，以获得原基材表面所不具备的某些性能，达到特定使用条件对产品表面性能的要求，如获得高装饰性，耐腐蚀、抗高温氧化、减摩、耐磨、抗疲劳性能及光、电、磁等多种表

2、面特殊功能。在工程上，它针对产品典型服役条件，研究表面失效机制、特征，同时设计新的表面，应用表面加工、表面涂覆、表面改性等单一或复合的技术，实现基体、界面及表面三者的优化组合，获得最佳表面性能。技术特点表面工程最突出的技术特点是无需整体改变材质而能获得原材料所不具备的某些特殊性能。采用不同的处理工艺，可使基材表面获得整体材料很难得到的特殊成份与结构，如超细晶粒、非晶态、超饱和固溶体、多重结构、多相弥散结构等，相应具备一些整体材料很难得到的特殊性能。技术特点表面工程另一技术特点是基材与镀覆材料选择范围很

3、广，具有极大的灵活性。通过采用不同的处理工艺，能在金属、有机、无机材料的基体表面制备单金属、合金、陶瓷、有机高分子材料、类金刚石、非晶态等多种单一材料或复合材料的表面层，充分利用各种基材-涂层组合的特点设计新的功能，满足产品特种功能或综合功能多种使用要求。表面工程有多种分类方法按表面层种类分类之一无覆层：基体表面经过化学预处理、精整或热加工硬化，仅改变表面应力或组织状态，不改变基体表面成份。金属覆层：用电镀、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

4、。有机覆层：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。按表面层种类分类之二无机覆层：在基体表面涂覆玻璃搪瓷、水泥、陶瓷和珐琅等无机材料。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的金属化合物覆层，有氧化物、磷酸盐、铬酸盐等覆层。按表面层功能特性分类之一表面装饰：不同光亮、色泽、花纹的组合，使外观精美、多样化，增加美感与耐用性。防腐蚀：耐环境气氛腐蚀，耐淡水、海水腐蚀、耐化学介质浸渍腐蚀等。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、减摩自

5、润滑、可磨耗密封等。按表面层功能特性分类之二热功能：耐热、抗高温氧化、热绝缘、热辐射、高温封严等。光、电、磁特种功能：反光、滑光、吸收、超导、导电、绝缘、半导体、电磁屏蔽等。其他特种功能：吸波、红外反射、太阳能吸收、辐射屏蔽、催化、生物功能等。按工艺方法分类之一电化学方法：利用电极反应，在基体上形成镀覆层，如电镀、阳极氧化等。化学方法：利用化学物质的相互作用，在基体表面形成镀覆层如化学镀、化学转化等。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、渗层，如热浸，表面合金化等。按工艺方法分类

6、之二高真空法：利用材料在高真空下气化或受激离子化而形成表面镀覆层，如真空蒸发镀、溅射镀、离子镀等。其他物理方法：如机械镀、涂装、激光表面加工等。按作用原理分类之一原子沉积：沉积物以原子、离子、分子和粒子集团等原子尺度的粒子形态在材料表面上沉积形成外加覆盖层，如电镀、物理气相沉积、化学气相沉积。颗粒沉积：沉积物以宏观尺度的颗粒形态在材料表面上形成覆盖层，如热喷涂等。按作用原理分类之二整体覆盖：包覆、粘结、浸镀、涂刷、堆焊等。改性处理：化学转化、离子注入、离子渗、扩散渗、激光表面处理、热加工相变硬化、表面

7、机械处理强化（喷丸、滚压）等表面工程常用工艺方法表面化学法预处理：溶剂清洗，碱洗，碱蚀，酸洗，酸蚀，乳化液清洗，化学抛光，电解抛光，电解清洗等；清洁表面（去油、锈、氧化皮）满足表面光亮、粗化或其他要求表面均一表面机械法精整：喷砂、喷丸、磨光、抛光、刷光、滚光等清理表面杂质表面均一及粗化表面强化（喷丸硬化）表面工程常用工艺方法热加工相变硬化：火焰加热硬化、激光淬火、电子束硬化等提高表面硬度与耐磨性（不改变基体表面化学成份）热化学（扩散）表面改性：渗碳、碳氮共渗，渗氮、渗硫与多元共渗，渗硼及多元共渗，渗金

8、属及复合渗，激光表面合金化，热浸锌、铝等提高耐蚀、耐热、耐磨及抗疲劳性能表面工程常用工艺方法化学法镀覆：化学镀，溶胶一凝胶法，磷酸盐处理，（磷化）铬酸盐处理（铬酸盐钝化）草酸盐处理，钢铁氧化（发兰）等防护装饰改善耐磨性能冷变形加工润滑表面工程常用工艺方法电镀：常规单金属镀，复合电镀，合金电镀，脉冲电镀，高速电镀，激光电镀，刷镀等防护装饰提高减摩耐磨性能制备特殊功能金属镀层（光、电、磁、可焊性等）表面工程常用工艺方法电铸：电铸镍，电铸铜等复制金属制品尺寸修