现代表面技术的发展综述

摘 要 本文对现代表面技术的研究现状、应用领域、分类进行了概述，并重点介绍了表面涂覆技术、表面复合技术的发展前沿。

关键词 表面技术;分类;发展

引言

表面技术应用广泛，可用于耐蚀、耐磨、修复、强化、装饰等，也可以应用在光、电、磁、声、热、化学、生物等方面。现在工业上应用的各种表面处理技术，包括电镀、化学镀、化学转化膜、阳极氧化、电铸、电泳和涂装等湿法技术，并发展了物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）等干法技术[1]。

现代科学技术和工业的迅速发展，对各种特殊性能的材料及材料表面，除要求更高的防腐蚀和装饰性能外，还提出了各种各样的功能性要求。因此，随着材料科学和技术的发展也促进了表面科学和技术的发展。

1 表面技术分类

表面技术的发展主要是围绕着表面修复和表面强化两个方面而展开的[2]。表面修复技术主要是针对已经失效的零件表面进行处理，以恢复或部分恢复其表面性能，延长其表面寿命的工艺方法;表面强化技术是针对零件表面性能不足进行的各种表面处理提高使用寿命的工艺方法。表面技术的分类见表1[3]。

2 表面涂覆技术

表面涂覆是指通过对基材表面施加力学、物理和化学的作用，直接形成所需特性的表面层。加弧辉光离子渗镀技术和闭合场非平衡磁控溅射离子镀技术是目前研究较热的表面涂覆技术。

2.1 加弧辉光离子渗镀技术

加弧辉光离子渗镀技术是一种新型表面涂层技术[4]，其特点是在双层辉光离子渗金属装置中引入冷阴极电弧源，把辉光放电与弧光放电有机地结合起来，在被处理工件周围设置辅助源极，利用辉光放电空心阴极效应使工件迅速升温，它既是加热源又是欲渗元素的辅助供给源。依靠扩散和离子轰击作用快速渗入工件表面层，在工件表面可以形成渗层、镀层、渗镀结合层，也可以合成各种化合物薄膜。加弧辉光离子渗镀技术的特点有：①在工件表面形成金属渗层、镀层或渗镀结合层，结合强度高;②渗镀层致密、均匀;③设备简单;④无污染。加弧辉光离子渗镀技术已成功地在钢铁材料、钛合金和镁合金材料表面形成致密、均匀、结合强度高的金属和陶瓷薄膜。

2.2 闭合场非平衡磁控溅射离子镀技术

磁控溅射是一种应用最广的PVD技术，把非平衡磁场的磁控管按相邻磁极极性相反的方式组合工作[5]，是磁控溅射技术发展过程中一个里程碑式的创新，在采用这种磁场排列的设备中，用于放置被镀工件的中心区域被连续闭合的磁力线所包围，这就有效地防止了由于使Ar原子电离的电子逃逸，显著地增加了等离子体，且产生了相当理想的等离子密集区。用闭合场非平衡磁控溅射离子镀设备可以产生非常理想的离子沉积环境，闭合场非平衡磁控溅射离子镀设备的离子清洗效率有了显著的提高，其直接结果便是镀层与基体的结合强度得到显著提高。

3 表面复合技术

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表面复合技术有了迅速发展。表面复合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。

表面复合技术目前取得的重大进展有：热喷涂和激光重熔的复合、热喷涂与刷镀的复合、化学热处理与电镀的复合等[6]。即使同一种表面技术，在其发展历程中也同样存在著与其他技术相互交叉的趋势，以离子注入为例：

在用于半导体材料掺杂的离子注入基础上发展起来的束线离子注入技术可大大改善零件表面的耐磨性、耐疲劳性和光、电、磁性能。为了克服改性层比较薄的缺点，学者们将蒸镀、溅射镀膜技术与束线离子注入技术相结合发展了离子辅助镀膜（IAC）或离子束辅助沉积（IBAD）技术，既克服了一般镀膜技术中膜基结合不良的缺点，又将改性层厚度从原来的0.2μm提高到了几微米甚至几十微米。由于束线离子注入存在着固有的视线限制，无法处理形状复杂或者较为大型的零件，近10年来国内外兴起的等离子体浸没离子注入技术，将工件浸没在等离子体中，能全方位处理形状复杂的零件，也能方便地处理大和重的工件。

4 结束语

近年来人们对传统表面技术进行一系列改进、复合和创新而发展出来的现代表面技术，不仅是光电子、微电子等许多先进产业的重要基础，并且取得了巨大的效益，现代表面技术将成为21世纪占优势地位的关键技术。

参考文献

[1] 李金桂.现代表面工程的重大进展[J].材料保护，2000，33（1）：9-11.

[2] 顾迅.现代表面技术的应用[J].金属热处理，1999，（4）：1-6.

[3] 徐晋勇，张健全.现代先进表面技术的发展及应用[J].电子工艺技术，2006，27（3）：129-134.

[4] 潘俊德.加弧辉光离子渗镀技术新进展[J].世界科技研究与发展，2002，（3）：32-35.

[5] 白力静，李玉庆，肖继明，等.闭合场非平衡磁控溅射离子镀技术在切削刀具上的应用[J].西安理工大学学报，2006，（22）：20-23.

[6] 刘家浚.复合表面技术研究的新进展[J].中国表面工程，1998， （1）：11-15.

作者简介

谢荟（1988-），女，广西壮族自治区来宾市人;硕士研究生，助理研究员，现就职单位：国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心，研究方向：复合材料与工程。