一、概述

　　表面技術是表面處理、表面涂（鍍）層及表面改性的總稱，是通過運用各種物理、化學或機械工藝過程來改變基材表面狀態、化學成分、組織結構或形成特殊覆層，使基體表面具有某種特殊性能，從而達到特定的使用要求的方法。

　　現在表面技術的應用已經十分廣泛?？商岣卟牧系钟h境作用的能力，賦予材料表面某種功能特性，如光、電、磁、熱、聲、吸附、分離等各種物理和化學性能，制造特殊構件、零部件和元器件等。

　　表面技術主要通過兩種途徑來實現：1、施加各種覆蓋層。采用各種涂層技術，包括電鍍、化學鍍、涂裝、粘結、堆焊、熔結、熱噴涂、物理氣相沉積、化學氣相沉積、分子束外延制膜和離子束合成薄膜技術等實現。2、用機械、物理、化學等方法，改變材料表面的形貌、化學成分、相組成、微觀結構、缺陷狀態或應力狀態，主要有噴丸強化、表面熱處理、化學熱處理、等離子擴滲處理、激光表面處理、電子束表面處理和離子注入表面改性等方法。

　　二、表面技術的研究現狀

　　表面改性技術大致分為濕法、干法、激光表面處理三類。

　　濕法是利用在液相中發生各種化學反應在材料表面進行改性的方法。液相的種類有水溶液、熔融鹽、有機溶液。干法是在氣相中進行各種反應，分為PVD（物理氣相法）、CVD（化學氣相法）和溶液噴射法。

　　1.濕法表面改性技術

　?。?）用水溶液的方法

　　主要有陰極析出和陽極氧化法。陰極析出MZ++ze→M（M是金屬，MZ+是目的金屬離子，e是電子），在該法中必要的電子由電源提供，也稱為電鍍法，電子由還原劑提供的稱為化學鍍法，此技術以在基底金屬上形成膜為目的。

　?。?）融鹽的方法

　　當從水溶液中電解析出金屬困難或電流效率低，析出后擴散性差的情況下可采用熔融鹽的方法。例如為提高鋼合金及銅表面的硬度，將銅及銅合金在含氟化鈹等鈹鹽熔融鹽中，在750℃電解處理，在銅及銅合金表面上形成Cu-2~4%Be膜，然后在350℃下熱處理，從過飽和固溶體Cu-Be膜中析出γ相從而達到表面硬化的目的。這種方法的工藝、裝置簡單并且適用性廣，在工業中有著極大的用途。

　　（3）用有機溶液的方法及溶膠-凝膠法

　　有機溶液方法中有代表性的是AlCl3-醚液、AlCl3-NaCl-LiAlH4-THF液等的各種有機溶液劑中的Al陰極電鍍。溶膠-凝膠法是各種烴氧基金屬的加水分解引發的聚合反應生成溶膠，隨著聚合反應的進一步進行，溶膠變成凝膠，通過干燥、加熱得到最終產物。采用溶膠-凝膠法得到的無機材料形態可以是膜、粉末、纖維、整塊。用適當的基底材料采用溶膠-凝膠法可在基底材料表面上獲得具有特殊機械性能、化學保護、光、電功能的膜從而達到功能化表面處理的目的。此法工藝簡單，且重復操作可獲得多層膜。

　?。?）熱噴涂

　　熱噴涂是一種重要的表面工程技術，在普通材料的表面噴涂保護層、強化層和裝飾層，可實現耐磨、耐蝕、耐高溫、絕緣、導光的功能特性。熱噴涂技術有許多工藝方法，目前應用比較廣泛的主要有火焰噴涂（絲材火焰噴涂、粉末火焰噴涂、爆炸噴涂、超音速火焰噴涂）、等離子噴涂和電弧噴涂。由于電弧性能不斷改善，電弧噴涂在20世紀80年代再次興起。其原理是通過送絲裝置將兩根絲狀金屬噴涂材料送進噴極中兩導電嘴內，作為陰、陽極，利用其接觸短路生成電弧，熔化絲材，并用壓縮空氣霧化噴射到工件表面形成致密結合層。由于用電能作為能源，在節能和經濟方面都優于其它噴涂。

　　2.干法表面改性技術

　　化學氣相法是典型的干性表面改性技術。化學氣相法是利用基板上金屬與化合物發生化學反應形成薄膜的方法，可分為5類。

　?。?）基板反應法：基板自身發生反應在表面上生成薄膜的方法。

　　如，Ti+2BCl3+3H2→TiB2+6HCl（1000℃）

　?。?）分解法：通過反應氣體中熱分解在基板上析出薄膜的方法。

　　如，CH3SiCl3→SiC+3HCl（1400℃）

　?。?）氫還原法：以氫氣作為還原劑在表面上析出金屬的方法。

　　如，WF6+3H2→W+6HF（700℃）

　　（4）反應氣相法：在表面發生化學反應，并析出反應生成物。

　　如，2TiCl4+C2H2+3H2→2TiC+8HCl（700℃）

　?。?）化學傳輸法：原料金屬作為反應裝置的一部分，化學反應在氣相中進行，在基板上分解成目的金屬。

　　如，Ti+TiCl4→TiCl2（1000℃）　　2TiCl2→Ti+TiCl4（600℃）

3.激光表面處理

　　激光表面處理技術是把傳統的表面熱處理與焊接技術相結合的一門新技術，其突出特點在于能夠得到其它表面技術很難達到或不能達到的效果，在航空航天、石油、汽車等行業應用前景廣闊。 用于表面處理的激光主要有三種類型：CO2激光、Nd激光和YAG激光和激元激光。

　?。?）激光相變硬化

　　用高能激光束掃過可硬化材料表面，使表面溫度達到相變點以上，當激光束移開后，表面由于快速冷卻而硬化。對一選定鋼種，激光加熱區域的組織主要取決于該區域達到的最高溫度和此溫度停留時間。有研究表明：該工藝是改善高碳鋼和鑄鐵耐磨性的有效方法。

　　（2）激光沖擊硬化

　　高功率、短脈沖強激光和材料相互作用，在表面形成高壓應力--沖擊波，當沖擊波峰值壓力超過被沖擊區金屬材料的動態屈服強度時，金屬材料表層發生塑性變形，形成殘余應力為壓應力的冷硬層，其微觀上表現為高密度位錯和晶格細化等。該工藝能改善金屬材料的力學性能特別是抗疲勞斷裂性能，據報道：激光沖擊硬化可處理碳鋼、合金鋼、球墨鑄鐵、鋁合金材料，在提高抗疲勞斷裂性能方面，可完全取代噴丸處理。

　?。?）激光表面熔覆

　　用一定功率激光掃描工件表面涂覆材料，使其熔化形成功能結合層。可獲得較厚的覆層，易實現選區熔覆，而且熱變形小，覆層成分及稀釋率可控，在經濟上和覆層質量上都優于傳統的堆焊和熱噴涂工藝。適用于局部易磨損、沖擊、剝蝕、氧化腐蝕及要求特殊性能（局部光敏、熱敏等）的零部件。

　?。?）激光表面合金化

　　與激光表面熔覆類似，不同的是激光功率更大一些，基體表面熔化與合金充分混合形成堆焊層。由于合金元素完全熔于表層，薄層成分均勻，對開裂和剝落等傾向不敏感。稀釋率比激光表面熔覆要高。

　　目前，表面技術的重要研究方向是綜合運用兩種或更多種表面技術進行復合表面處理。已開發出一些復合表面處理法，如等離子噴涂與激光輻照復合、熱噴涂與噴丸復合、化學熱處理與電鍍復合、激光淬火與化學熱處理復合、化學熱處理與氣相沉積復合等，已經取得良好效果。

　　三、表面技術的展望

　　表面技術可用以提高材料耐磨性，使材料在一定的摩擦條件下有抵抗磨損的能力；可實現表面強化，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以外的環境作用的能力；可用以實現表面裝飾，不僅方便、高效，而且美觀、經濟。

　　除此以外，表面技術在研制和生產新型材料方面也是十分重要的。如金剛石薄膜、類金剛石碳膜、立方氮化硼膜、超導薄膜、LB薄膜、超微顆粒型材料、納米固體材料、超微顆粒膜、材料非晶硅薄膜、纖維增強陶瓷基復合材料等。其中纖維增強陶瓷基復合材料是以各種金屬、玻璃、陶瓷等纖維為增強體，以水泥、玻璃、陶瓷等為基體，構成的復合材料，其中纖維往往必須通過一定的表面處理，使纖維與基體“相容”，并對纖維有保護作用。它具有高強度、高韌性和熱化學穩定性，是未來材料的發展方向。

　　表面技術在微電子工業中也起著舉足輕重的作用。微電子技術是制造和使用微小型電子器件、元件和電路而能實現電子系統功能的技術。它是以大規模集成電路為基礎發展起來的。目前已從特大規模集成電路向吉規模集成電路進軍。這樣巨大的變化首先應歸功于高速發展的表面微細加工技術。這是一種加工尺度從微米、亞微米到毫微米量級制造微小元器件或薄膜圖形的先進制造技術。

　　表面技術在環境保護和優化方面的應用也日益突出。如可凈化大氣、凈化水質、吸附雜質、除藻污垢、綠色能源，也可用于抗菌滅菌、生物醫學等領域。

　　由以上可見，表面技術廣博精深，在各個工業部門、農業、生物、醫藥以及日常生活中有著廣泛而重要的應用，隨著人們對傳統表面技術進行一系列改進、復合和創新而發展出來的現代表面技術，不僅是光電子、微電子等許多先進產業的重要基礎，而且可以取得巨大的效益，可以說表面技術的發展推動了整個社會的發展，開辟了一系列新的研究領域，在今后知識經濟社會發展過程中將占有重要的地位。