表面处理行业未来发展趋势

  传统的表面技术，随着科学技术的进步而不断创新。在电弧喷涂方面，发展了高速电弧喷涂，使喷涂质量大大提高。在等离子喷涂方面，已研究出射频感应藕合式等离子喷涂、反应等离子喷涂、用三阴极枪等离子喷枪喷涂及微等离子喷涂。在电刷镀方面研究出摩擦电喷镀及复合电刷镀技术。在涂装技术方面开发出了粉末涂料技术。在粘结技术方面，开发了高性能环保型粘结技术、纳米胶粘结技术、微胶囊技术。在高能束应用方面发展了激光或电子束表面熔覆、表面淬火、表面合金化、表面熔凝等技术。在离子注入方面，继强流氮离子注入技术之后，又研究出强流金属离子注入技术和金属等离子体浸没注入技术。在解决产品表面工程问题时，新兴的表面技术与传统的表面技术相互补充，为表面工程工作者提供了宽广的选择余地。
   
    现状及国内外发展趋势
   
    随着基础工业及高新技术产品的发展，对优质、高效表面改性及涂层技术的需求向纵深延伸，国内外在该领域与相关学科相互促进的局势下，在诸如"热化学表面改性"、"高能等离子体表面涂层"、"金刚石薄膜涂层技术"以及"表面改性与涂层工艺模拟和性能预测"等方面都有着突破的进展。
    热化学表面改性技术现状及发展趋势
    国外近年来重视对可控气氛条件和真空条件下的渗碳，碳氮共渗等技术的研究，并已实现工业化。而在我国应用很少，相关的技术研究工作亦不够。可控气氛渗碳和真空渗碳技术是显著缩短生产周期，节能、省时，同时可提高工件质量，不氧化、不脱碳，保证零件表面耐腐蚀和抗疲劳性，并减少热处理后机加工余量及清理工时。
    目前国际上碳势控制和监测，渗层布型控制等方面的研究成果已应用于实际生产，并用计算机进行在线动态控制。
   
    PVD、CVD、PCVD技术现状及发展趋势
   
    各种气相沉积是当前世界上著名研究机构和大学竞相开展的具有挑战的性的研究课题。日前该技术在信息、计算机、半导体、光学仪器等产业及电子元器件、光电子器件、太阳能电池、传感器件等制造中应用十分广泛，在机械工业中，制作硬质耐磨镀层、耐腐蚀镀层、热障镀层及固体润滑镀层等方面也有较多的研究和应用，其中TiNi等镀膜刀具的普及已引起切削领域中的一场革命，金刚石薄膜、立方氮化硼薄膜的研究也十分火热，并已向实用化方面推进。
    在不同PVD、CVD工艺的基础上，通过发展和复合很多新的工艺和设备，如IBAD、PCVD与空心阴极多弧复合离子镀膜装置、离子注入与油溅射镀或蒸镀的复合装置、等离子体浸没式离子注装置等不断将该类技术推向新的高度。
    与国外的发展相比，我国在上述方面虽研究较多，但水平有较大差异，在实用化方面差距更大。
   
    高能等离子体表面涂层技术现状及发展趋势
  
     该技术是增加表面物理化学反应，获取特殊性能覆盖层。
其核心是更有效地增强和控制阴极电弧等离子体的产生和作用，美国、日本、德国大力发展该技术。等离子体增强电化学表面改性技术，是目前国际上较活跃的开发研究领域，对于铝、钛等材料，通过等离子体调光放电手段，增强电化学处理效果，在金属表面上生成致密氧化铝和其它氧化物陶瓷膜层，可使基体具有极高性能表面，是先进制造工艺的前沿技术，在机加工用刀具和模具行业也有很了的应用前景。
   
    金刚石薄膜涂层技术
   
    金刚石具有极好的物理性能，在形状复杂的刀具、模具、钻头等工件表面沉积上一层很薄的金刚石薄膜，可提高工件的使用性能，并满足一些特殊条件的需求。近年来，由于金刚石薄膜的优异性能以及广泛的应用前景，日本、美国、西欧均进行大量的研究工作，并开发了多种金刚石涂层工艺技术，已在国内外掀起金刚石涂层研究的热潮。尤其是在提高金刚石涂层和基体结合强度，大面积快速沉积金刚石涂层技术，产业化生产涂层金刚石薄膜设备系统等关键技术方面国外已取得突破性进展，美国、瑞典等国已推出金刚石金属切削工具供应市场，而我国该技术还没有达到实用水平，急待开发并实现产业化。
  
     多元多层复合涂层技术的现状及发展趋势
  
     单一的表面涂层不能满足表面工程设计中苛刻的工况条件，任何表面处理均有其不同的优缺点，因为利用不同涂层材料的性能优点，在基体表面形成多元多层复合涂层(含万分渐变的梯度层)具有重大的意义。国外已开展单层涂层厚度为纳米级，层数在l00层以上的多元多层复合涂层技术的研究，所制备的涂层具有较高的耐腐性、韧性和强度，和基体的结合强度也好，表面粗糙度低，这对直精高速工削机械加工十人有利。国外已列入主要发展方面，予计在纳米级精细涂层材料研究和应用领域会有新的突破。因为复合涂层技术具有抗磨损、抗高温氧化腐蚀、隔热等功能，能扩大涂层制品使用范围，延长使用寿命，是一项在下一世纪会得到迅速发展的技术。我国目前已开始研究，并取得初步成果，但还存在一些问题有待于解决。
   
    表面改性与涂层工艺模拟和性能预测的现状及发展趋势
  
     表面改性与涂层技术作为表面工程的重要组成部分，已经渗透到传统工业与高新技术产业部门，根据应用的要求反过来又促进表面功能覆层技术的进一步发展。根据使用要求，对材料表面进行设计、对表面性能参数进行剪裁，使之符合特定要求，并进一步实现对表面覆盖层的组织结构和性能和预测等，已成为该领域重要研究方向。国外已对CVD、PVD以及其它表面改性方法开展计算机模拟研究，针对CVD过程进行模拟，采用宏观和微观多层次模型，对工艺和涂层各种性能和基体的结合力进行模拟和预测；对渗碳，渗氮工件渗层性能应力等进行计算机模拟等等，人们可以更好地控制和优化工艺过程。我国这方面的研究刚处地超步阶段。
   
    表面处理中又有很多新的科技和技术在2010年大发光彩：
   
    复合表面技术迅速崛起
   
    在单一表面技术发展的同时，综合运用两种或多种表面技术的复合表面技术有了迅速的发展。复合表面技术通过多种工艺或技术的协同效应使工件材料表面体系在技术指标、可靠性、寿命、质量和经济性等方面获得最佳的效果，克服了单一表面技术存在的局限性，解决了一系列工业关键技术和高新技术发展中特殊的技术问题。
强调多种表面工程技术的复合，是表面工程的重要特色之一。
   
    开发多种功能涂层
   
    表面工程大量的任务是使零件、构件的表面延缓腐蚀、减少磨损、延长疲劳寿命。随着工业的发展，在治理这3种失效之外提出了许多特殊的表面功能要求。例如舰船上甲板需要有防滑涂层，现代装备需要有隐身涂层，军队官兵需要防激光致盲的镀膜眼镜，太阳能取暖和发电设备中需要高效的吸热涂层和光电转换涂层，录音机中需要有磁记录镀膜、不沾锅中需要有氟树脂涂层、建筑业中的玻璃幕墙需要有阳光控制膜等等。在制备功能涂层方面，表面工程也可大显身手，做出自己的贡献。
   
    研究开发新型涂层材料
   
    表面涂层材料是表面技术解决工程问题的重要物质基础。当前发展的涂层新材料，有些是单独配制或熔炼而成的，有些则是在表面技术的加工过程中形成的，后一类涂层材料的诞生，进一步显示了表面工程的特殊功能。
   
    扩展表面工程的应用领域
  
     表面工程已经在机械产品、信息产品、家电产品和建筑装饰中获得富有成效的应用。但是其深度广度仍很不够，不了解和不应用表面工程的单位和产品仍很普遍。
    表面工程的优越性和潜在效益仍未很好发挥，需要做大量的宣传推广工作。我国已经加入世贸组织，通过推广应用表面工程提高产品的质量，降低生产成本，改进产品包装，增强市场竞争力，也应是主要的举措之一。
    表面工程在生物工程中的延伸已引起了人们的注意，前景十分广阔。如髋关节的表面修补，最常用的复合材料是在超高密度高分子聚乙烯上再镀钴铬合金，使用寿命可达15～25年，近些年又发展了羟基磷灰石（简称HAP）材料，它是一种重要的生物活性材料，与骨骼、牙齿的无机成分极为相似，具有良好的生物相容性，埋入人体后易与新生骨结合。但是HAP材料脆性大，有的学者就用表面工程技术使HAP粒子与金属Ni共沉积在不锈钢基体上，实现了牢固结合。
    随着专业化生产方式的变革和人们环保意识的增强，现在呼吁表面处理向原材料制造业转移，这也是一个重要动向。
    倍受家用电器厂家欢迎的是预涂型彩色钢板，它是在金属材料表面涂上一层有机材料的新品种，具有有机材料的耐腐蚀、色彩鲜艳等特点，同时又具有金属材料的强度高、可成型等特点，只须对其作适当的剪切、弯曲、冲压和连接即可制成多种产品外壳，不仅简化了加工工序，也减少了家用电器厂家加工设备的投资，成为制作家用电器外壳的极佳材料。
    汽车制造业的表面加工任务很重，呼吁表面工程由现在汽车制造厂家处理，变为在原材料制造时就同时进行的出厂前主动处理。这种变革不是表面处理任务的简单转移，更重要的是一种节能、节材、有利环保的举措。它可以简化除油、除锈工序，还可以利用轧钢后的余热，降低能耗。在西欧一些国家的钢厂中，就对半成品进行表面处理，如热处理、热浸镀、磷化、钝化等。
   
    为国家重大工程建设服务
   
    在新型军用飞机的研制过程中，先进的胶粘技术、特种热处理技术、表面改性技术、薄膜技术以及涂层技术都发挥了重要作用。
吸波材料的研制成功为装备隐形提供了重要的物质基础。
    长江三峡工程，与其说是土木工程，不如说是钢铁工程，在大坝全长2309.47m中钢铁结构闸门就占全长的72%。在三峡工程中，所有机械设备、金属结构、水工闸门以及隧洞、桥梁、公路、码头、储运设备都离不开表面工程。在国家科技攻关项目，如“六五”、“七五”、“八五”和“九五”攻关项目的安排上以及三峡工程重新论证和设计审查中，表面工程的应用始终是一项研究和讨论的重要课题之一。从表面技术和涂覆材料的选择、喷涂工艺的制定到表面电化学保护等，都在三峡重大装备研制项目中占有重要地位。
   
    降低对环保的负面效应
  
     从宏观上讲，表面工程对节能、节材、环境保护有重大效能，但是对具体的表面技术，如涂装、电镀、热处理等均有“三废”的排放问题，仍会造成一定程度的污染。现在，有氰电镀已经基本上被无氰电镀所代替，一些有利于环保的镀液相继被研制出来。当前，在表面工程领域，提出了封闭循环，达到零排放，实现“三废”综合利用的目标。至于一些中小企业，距上述奋斗目标相距很远。总的来看，表面工程工作者在降低对环保负面效应方面，仍是任重而艰巨。
    表面工程具有学科的综合性，手段的多样性，广泛的功能性及潜在的创新性，因而受到各行各业的重视。其产生的经济效益更是令人瞩目。目前，我国技术门类齐全，部分表面技术的设备、材料和工艺已达到了国际先进水平。据不完全统计，仅我国自第6个五年计划以来，通过表面工程在设备维修领域和制造领域推广应用，已取得了几百亿元的经济效益。因此，表面工程在21世纪将继续保持飞速发展，它将对21世纪科学技术总体水平和经济发展起到积极的促进作用。