摩擦學與表面工程 

　　摩擦學對表面工程的要求主要是實現摩擦副功能，減少或增加摩擦和磨損。從摩擦學的角度出發，要盡力避免力將摩擦副偶件孤立起來進行表面處理技術研究，即在研究和選擇表面處理技術時，必須從系統的觀點出發，充分考慮配副性問題。表面工程摩擦學領域所獲得的大量研究成果，不僅促進和豐富了摩擦學的基礎研究 而且為開發工業和高新技術發展所必需的具有高強度 高耐磨性和 高抗蝕性的摩擦學材料提供了重要的指南。表面工程是極具活力的實用技術與之結合，將摩擦學是研究相對運動的相互作用表面間的摩擦、潤滑和磨損，以及三者間相互關系的基礎理論和實踐，表面工程是表面經過預處理后，通過表面涂覆、表面改性或多種表面技術復合處理，改變固體金屬表面或非金屬表面的形態、化學成分、組織結構和應力狀況，以獲得表面所需性能的系統工程。  一    表面工程的分類 

　　根據表面工程技術 涂層和表面處理 發展歷程把表面工程分為兩代，第一代主要采用單一技術 包括電鍍 化學鍍 熱噴涂 熱化學處理 沉積以及載能束改性等表面工程技多年來 該類表面工程及其摩擦學的研究取得了巨大進展 許多研究成果已獲得了應用  隨著新型工藝如和等的采用 具有低摩擦高抗磨性的新型涂層如等應運而生 但是只有采用第二代表面工程即復合表面工程才有可能從經濟和技術上不斷滿足高性能新材料的要求  

　　按表面技術分類如下。  

1. 表面熱處理及化學熱處理。 2. 堆焊及熱噴涂 3. 電鍍及電沉積 4. 氣相沉積 5. 高能密度處理 6. 膠粘非金屬涂層  

二． 表面工程常用方法  

1、表面化學法預處理：溶劑清洗，堿洗，堿蝕，酸洗，酸蝕，乳化液清洗，

化學拋光，電解拋光，電解清洗等。目的是滿足清潔表面（去油、銹、氧化皮）使表面光亮、粗化或滿足其他要求，使表面均一。 

2、表面機械法精整：噴砂、噴丸、磨光、拋光、刷光、滾光等目的是清理表

面雜質；表面均一及粗化；表面強化（噴丸硬化） 

3、 熱加工相變硬化：火焰加熱硬化、激光淬火、電子束硬化等。目的是提

高表面硬度與耐磨性（不改變基體表面化學成份） 

4、熱化學（擴散）表面改性：滲碳、碳氮共滲，滲氮、滲硫與多元共滲，滲

硼及多元共滲，滲金屬及復合滲，激光表面合金化，熱浸鋅、鋁等。目的是提高耐蝕、耐熱、耐磨及抗疲勞性能

5、化學法鍍覆：化學鍍，溶膠一凝膠法，磷酸鹽處理，（磷化）鉻酸鹽處理

（鉻酸鹽鈍化）草酸鹽處理，鋼鐵氧化等。目的是防護裝飾；改善耐磨性能；冷變形加工潤滑 

6、 電鍍：常規單金屬鍍，復合電鍍，合金電鍍，脈沖電鍍，高速電鍍，激

光電鍍，刷鍍等。目的是防護裝飾；提高減摩耐磨性能；制備特殊功能金屬鍍層（光、電、磁、可焊性等） 

7、 電鑄：電鑄鎳，電鑄銅等復制金屬制品尺寸修復 

8、 陽極氧化：鋁及鋁合金陽極氧化，鎂及鎂合金陽極氧化，鈦及鈦合金陽

極氧化等目的是防護裝飾；提高喊摩耐磨性能；制備特殊功能膜（耐熱、絕緣、太陽能吸收等）  

9、 有機涂裝：浸涂，淋涂，幕簾淋涂，輥涂，電泳涂裝，自泳涂裝，靜電

涂裝，噴涂，流化床涂覆等目的是防護裝飾；耐腐蝕；制備特種功能有機涂層（隔音、減震、隔熱、耐油、防火、電絕緣、防污等） 

10、 梯度功能表面技術：正機械梯度意味著摩擦表面材料的剪切屈服應力 

〔或硬度)小于非摩擦表面基體材料的剪切屈服應力，即從摩擦表面到基體內，材料的屈服應力逐漸增大;反之為負機械梯度。正機械梯度摩擦面的剪切強度低于比 基體的低， 剪切發生在摩擦接觸面上，表現為外摩擦;負機械梯度因摩擦面的剪切強度高于基體的，剪切發生在摩擦件基體內，表現為內摩擦。機械梯度功能表面是目前梯度功能表面技術的一部分，它很好地體現了摩擦學關于摩擦表面機械梯度的理論。 

11、 熱噴涂：火焰噴涂，電弧噴涂，等離子噴涂，爆炸噴涂，粉末等離子堆

焊等目的是制備耐蝕，耐磨，減摩，隔熱，導電，絕緣，可磨耗封嚴等多種功能涂層 

12、 物理氣相沉積（PVD）：蒸發鍍，濺射鍍，離子鍍等目的是制備裝飾性，

耐磨，耐蝕及光，電，磁等功能薄膜 13、 化學氣相沉積（CVD）：常壓化學氣相沉積，低壓化學氣相沉積，激光化

學氣相沉積，金屬有機化合物化學氣相沉積，等離子體化學氣相沉積等目的是制備耐磨，抗氧化，抗腐蝕固態薄膜，適用于復雜零件及難熔金屬、石墨、陶瓷等基體材料零件處理，可沉積難熔金屬  14、 離子注入表面改性：氮離子注入（單一氣體注入），等離子源離子注入，

離子輔助鍍膜等。目的是制備金屬成形刀具、模具耐磨硬質涂層 15、 緩蝕材料防銹（封存防銹）：水劑防銹，油脂防銹，氣相防銹，可剝性塑

料防銹，防銹切削液等。目的是整機設備及機械基礎件（包括原材料，毛坯件）在運輸、儲存及加工工序間周轉過程中防銹 

16、 其 他：包覆、襯里、搪瓷涂覆、離心澆注、料漿噴涂、機械鍍等目的是

制備耐化工腐蝕厚覆層及耐蝕鍍層（機械鍍） 三． 表面工程的應用 

1. 在改善和美化人們生活中的應用  2. 在保護、優化環境中的應用   3. 在結構材料中的應用  

表面工程技術在耐腐蝕性和裝飾性方面起著重要作用，同時在強化、耐磨、裝飾等方面也起著重要作用。  

  (1)表面防護 表面防護主要是指材料表面防止化學腐蝕和電化學腐蝕

等的能力。采用表面工程技術能顯著提高結構件的防護能力。

(2)耐磨性 耐磨性是指材料在一定摩擦力條件下抵抗磨損的能力。它與

材料特性以及載荷、速度、溫度等磨損條件有關。利用熱噴涂、堆焊、電刷鍍和電鍍等表面技術，在材料表面形成Ni基、Co基、Fe基、金屬陶瓷等覆層，可有效地提高材料或制件的耐磨性。  

  (3)表面強化 主要指通過各種表面強化處理來提高材料表面抵御除腐

蝕和磨損之外的環境作用的能力。  

  (4)表面裝飾 具有光亮、色澤、花紋和仿照等功能。合理地選擇電鍍、

化學鍍、氧化等表面技術，可以獲得鏡面鍍層、全光亮鍍層、亞光鍍層、緞狀鍍層，不同色彩的鍍層，各種平面、立體花紋鍍層、仿貴金屬、仿古和仿大理石鍍層等。  

  4.在功能材料和元器件中的應用  

  功能材料主要指具有優良的物理、化學和生物等功能，以及一些聲、電、光、磁等互相轉換功能，而被用于非結構目的的高技術材料，常用來制造各種裝備中具有獨特性能的核心部件。材料的功能特性與其表面成分、組織結構等密切相關。  

  (1)電學特性 利用電鍍、化學鍍、氣相沉積、離子注入等技術可制備具

有電學特性的功能薄膜及其元器件。  

  (2)磁學特性 通過氣相沉積技術和涂裝等表面技術制備出磁記錄介質、

磁帶、磁泡材料、電學屏蔽材料、薄膜磁阻元件等。  

  (3)光學特性 利用電鍍、化學鍍、轉化膜、涂裝、氣相沉積等方法，能

夠獲得具有反光、光選擇吸收、增透性、光致發光、感光等特性的薄膜材料。  

  (4)聲學特性 利用涂裝、氣相沉積等表面技術，可以制備摻雜Mn-Zn鐵

氧體復合聚苯胺款頻段的吸波涂層、紅外隱身涂層、降低雷達波反射系數的納米復合雷達隱身涂層，聲反射和聲吸收涂層以及聲表面波器件等。  

  (5)熱血特性 采用磁控濺射，涂裝等方法制備。  

  (6)生物學特性 具有一定的生物相容性和物理化學性質的生物醫學材

料，利用等離子噴涂、氣相沉積、等離子注入等方法形成的一用涂層，可在保持基體材料特性的基礎上，提高基體表面的生物學性質、耐磨性、耐蝕性和絕緣性等，阻隔基體材料離子向周圍組織溶出擴散，起到改善同人體機能的作用。在金屬材料上制備生物陶瓷涂層，提高材料的生物活性，用作人造關節、人造牙等醫學植入體。將磁性涂層涂覆在人體的一定穴位上，有治療疼痛、高血壓等功能。  

  (7)各種轉換功能 采用表面工程技術可獲得進行光-電，熱-電，光-熱，

力-熱，磁-光等轉換功能的器件。  

  5.在再制造工程中的應用  

  (1)再制造工程的內涵 再制造工程是在維修工程和表面工程的基礎上

發展起來的新興科學，是以產品全壽命周期論為指導，以實現廢舊產品的性能提升為指標，以優質、高效、節能、節材和環保為準則，以先進生產技術和產業優化為手段，來修復、改造廢舊產品的一系列技術措施或工程活動的總稱。簡而言之為是廢舊產品高技術修復、改造的產業。其重要特征是，再制造以后的產品質量和性能達到或超過新品，成本只是產品的50%，可節能60%，節材70%，對環境的不良影響顯著降低，可有力的促進資源節約型、環境友好型社會的建設。  

  (2) 再制造工程的效益和特色 效益體現在：廢舊產品的零部件因被直

　　接用作再制造的毛坯而不是回爐冶煉獲得鋼墊，避免了回爐時對能量的消耗和對環境造成的二次污染；避免了由鋼錠到新零件的二次制造時對能源的再次消耗和對環境的再度污染。一方面提高了產品的綠色度，另一方面避免了成為固體垃圾而造成的環境污染。