表面改性技术.doc

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1、1.3.3表面改性技术1.喷丸强化：它是在受喷材料的再结晶温度下进行的一种冷加工方法，加工过程由弹丸在很高速度下撞击受喷工件表面而完成。喷丸可应用于表面清理、光整加工、喷丸校形、喷丸强化等。其中喷丸强化不同于一般的喷丸工艺，它要求喷丸过程中严格控制工艺参数，使工件在受喷后具有预期的表面形貌、表层组织结构和残余应力，从而大幅度地提高疲劳强度和抗应力腐蚀能力。2.表面热处理：它是指仅对工件表层进行热处理，以改变其组织和性能的工艺。主要方法有感应加热淬火、火焰加热表面淬火、接触电阻加热淬火、电解液淬火、脉冲加热淬火、激光热处理和电子束加热处理等。3.化学热处理：它是将金

2、属或合金工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。按渗入的元素可分为渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗金属等等。渗入元素介质可以是固体、液体和气体，但都要经过介质中化学反应、外扩散、相界面化学反应（或表面反应）和工件中扩散四个过程，具体方法有许多种。4.等离子扩渗处理（PDT）：又称离子轰击热处理，是指在通常大气压力下的特定气氛中利用工件（阴极）和阳极之间产生的辉光放电进行热处理的工艺。常见的有离子渗氮、离子渗碳、离子碳氮共渗等，尤以离子渗氮最普遍。等离子扩渗的优点是渗剂简单，无公害，渗层较深，脆性较小，

3、工件变形小，对钢铁材料适用面广，工作周期短。5.激光表面处理：它是主要利用激光的高亮度、高方向性和高单色性的三大特点，对材料表面进行各种处理，显著改善其组织结构和性能。设备一般由激光器、功率计、导光聚焦系统、工作台、数控系统、软件编程系统等构成。主要工艺有激光相变非晶化、激光熔覆、激光合金化、激光非晶化、激光冲击硬化。6.电子束表面处理：通常由电子枪阴极灯丝加热后发射带负电的高能电子流，通过一个环状的阳极，经加速射向工件表面使其产生相变硬化，熔覆和合金化等作用，淬火后可获细晶组织等。7.高密度太阳能表面处理：太阳能取之不尽，无公害，可用来进行表面处理。例如对钢铁零

4、部件的太阳能表面淬火，是利用聚焦的高密度太阳能对工件表面进行局部加热，约在0.5s至几秒内使之达到相变温度以上，进行奥氏体化，然后急冷，使表面硬化。主要设备是太阳炉，由抛物面聚集镜、镜座、机-电跟踪系统、工作台、对光器、温控系统和辐射测量仪等构成。8.离子注入表面改性：它是将所需的气体或固体蒸汽在真空系统中电离，引出离子束后，用数千电子伏至数十万电子伏加速直接注入材料，达一定深度，从而改变材料表面的成分和结构，达到改善性能之目的。其优点是注入元素不受材料固溶度限制，适用于各种材料，工艺和质量易控制，注入层与基体之间没有不连续界面。它的缺点是注入层不深，对复杂形状的

5、工件注入有困难。1.3.4复合表面处理技术表面技术种类繁杂，今后还会有一系列新技术涌现出来。表面技术的另一个重要趋向是综合运用两种或更多种表面技术的复合表面处理将获得迅速发展。随着材料使用要求的不断提高，单一的表面技术因有一定的局限性而往往不能满足需要。目前已开发的一些复合表面处理如等离子喷涂与激光辐照复合、热喷涂与喷丸复合、化学热处理与电镀复合、激光淬火与化学热处理复合、化学热处理与气相沉积复合等等，已经取得良好效果，有的还有意想不到的效果。1.3.5表面加工技术表面加工技术也是表面技术的一个重要组成部分。例如对金属材料而言，表面加工技术有电铸、包覆、抛光、蚀刻

6、等等，它们在工业上获得了广泛应用。目前高新技术不断涌现，层出不穷，大量先进的产品对加工技术的要求越来越高，在精细化上已从微米级、亚微米级发展到纳米级，对表面加工技术的要求越来越苛刻，其中半导体器件的发展是典型的实例。集成电路的制作，从晶片、掩膜制作开始，经历多次氧化、光刻、腐蚀、外延掺杂（离子注入或扩散）等复杂工序，以后还包括划片、引线焊接、封装、检测等一系列工序，最后得到成品。在这些繁杂的工序中，表面的微细加工起了核心作用。所谓的微细加工是一种加工尺度从亚微米到纳米量级的制造微小尺寸元器件或薄膜图形的先进制造技术，主要包括：⑴光子束、电子束和离子束的微细加工。⑵

7、化学气相沉积、等离子化学气相沉积、真空蒸发镀膜、溅射镀膜、粒子镀、分子束外延、热氧化的薄膜制造。⑶湿法刻蚀、溅射刻蚀、等离子刻蚀等图形刻蚀。⑷离子注入扩散等掺杂技术。还有其他一些微细加工技术。它们不仅是大规模和超大规模集成电路的发展基础，也是半导体微波技术、声表面波技术、光集成等许多先进技术的发展基础。