表面处理技术及其发展趋势

２０１０年第１７期

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表面处理技术及其发展趋势

李道宏

（巢湖铸造厂有限责任公司安徽巢湖２３８０００）

【摘要】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。

【关键词】表面处理；气相沉积；涂层技术

０引言

新型表面功能覆层技术。包括低温化学表面涂层技术及超深层表面改性技术。它运用物理、化学或物理化学等技术手段来改变“材料及其制件表面成份和组织结构”，其特点是保持基体材料固有的特征，又赋予表面化所要求的各种性能，从而适应各种技术和服役环境对材料的特殊要求。因而它是制造和材料学科最为活跃的技术领域．又是涉及表面处理与涂层技术的交叉学科。其最大的优势在于能以极少的材料和能源消耗制备出基体材料难以甚至无法获得的性能优异的表面薄层。从而获得最大的经济效益，它是一种优质高效的表面改性与涂层技术。

１

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。

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。已成为该领域霞要研究方向。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。

１．５

表面处理技术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”、“金剐石薄膜涂层技术”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。

１．１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。

１．２

２结论

根据国内外表面功能覆层技术的发展，结合机械工业的需求与现状。我国今后将需要一批先进适用的表面功能覆层关键技术。２．１新型低温气相沉积技术及装备研究

研制新型磁控溅射、离子镀膜、ＰＣＶＤ设备及其复合装备，并实现工艺过程的自动控制。加强成膜、膜基结合机理的研究，降低制膜温度，优化反应过程及工艺参数，合成各种耐磨、抗蚀的新优质镀层。重点解决国家安全及支柱产业急需解决的表面工程技术难题，力争形成创新性科技成果，促进通用机械、阀门、冷作模具、高温模具等行业的技术进步。

２．２纳米级多无多层复合涂层材料及工艺技术研究

跟踪国际先进水平，研究５０层以上纳米级复合涂层技术及材料，包括纳米级多层多元复合涂层材料重组、结构、厚度、层数的综合设计，以及涂层材料的微观组织结构及制备工艺技术研究。

２．３表面涂层工艺及质量的数值模拟及优化控制的研究与开发，着重对热化学表面改性过程以及ＰＶＤ和ＣＶＤ沉积技术进行工艺模拟及优化研究。建立数学模型和算法，开发出相应计算机软件系统来指导和分析表面改性和涂层工艺过程的设计。并预测表面性能和服役寿命。

２．４金刚石薄膜涂层技术

开展大面积、快速、高质量金刚石薄膜涂层工艺技术及涂层刀具产业化技术研究，以涂层质量好，均匀一致性能稳定可靠为研究重点，提高金刚石涂层沉积速率，完成相应设备的设计、制造，同时开发金刚石薄膜涂层刀片、硬质合金钻头等刀具。使寿命提高１０倍。并用于汽

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。目前该技术在信息、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ＴｉＮ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。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。１．３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。１．４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，并开发了多种金刚再涂层工艺技术。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

车等工业。ｅ

【参考文献】

［１］郑立允．表面处理Ｅ（Ｃ，Ｎ）基金属陶瓷的结构与性能【Ｄ】．华中科技大学。

２００６．

［２］陈文琳．超细晶粒亿（Ｃ，Ｎ）基金属陶瓷刀具与切削性能研究口田．合肥工业大学．２００７．

［３］梅启林．纳米碳纤维的表面处理及其聚合物复合材料的性能研究【Ｄ】．武汉理工大学。２００８．

作者简介：李道宏（１９６８一）。男．安徽巢湖人，安徽省巢湖鳞造厂有限量任公司工程师。大学本科毕业，学士学位，研究方向为热加工技术。

［责任编辑：王静】

万方数据

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李道宏

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