表面工程技术

表面工程技术是通过运用各种物理、化学或机械工艺过程，来改变基体表面状态、化学成分、组织结构和应力状态等，使基体表面具有不同于基体的某种特殊性能，从而达到特定使用要求的一项应用技术。
一、表面改性技术
表面改性是指采用某种工艺手段使在零件表面获得与基体的组织结构和性能不同的技术。材料经表面改性处理后，既能发挥基体的力学性能，又能使材料表面获得各种如耐磨、耐腐蚀、耐高温等特殊性能；可以掩盖基体表面的缺陷，延长材料和构件的使用寿命。
金属表面改性技术种类繁多，除了传统的喷丸强化处理、表面淬火、化学热处理等表面改性技术之外，近十年来激光束、电子束、离子束等高能束表面改性处理技术也得到了大量的应用。
1．激光表面改性
激光具有高辐射亮度、高方向性和高单色性三大特点，可实现材料表面的快速加热和冷却。在激光加热过程中，其热影响区的范围很窄，几乎不影响周围基体的组织。若将激光束作用在金属表面上，控制合适的工艺参数，可显著改善其表面性能。
目前激光表面改性技术在金属材料中得到大量应用，除表面淬火外，已经应用或正在开发的还有激光表面非晶化、合金化和脉冲硬化等表面改性工艺。
2．电子束表面改性
高速运动的电子具有波的性质。当高速电子束照射到金属表面时，电子能深入金属表面一定深度，与基体金属的原子核及电子发生相互作用。电子与原子核的碰撞可看作为弹性碰撞，因此能量传递主要是通过电子束的电子与金属表层电子碰撞而完成的。
电子束表面处理主要有以下的特点：
1)加热和冷却速度快；
2)与激光处理相比，使用成本低；
3)结构简单。电子束靠磁偏转动、扫描，而不需要工件转动、移动和光传输机构；
4)电子束与金属表面偶合性好；
5)电子束是在真空中工作的，可保证在表面处理时工件表面不被氧化；
6)电子束能量的控制比激光束控制方便；
7)电子束辐射与激光束辐射的主要区别在于产生最高温度的位置和最小熔化层的厚度。
3．离子注入表面改性
离子注入属于物理气相沉积范围，是将所需物质的离子在电场中加速后高速轰击工件表面，并使之注人工件表面一定深度的真空处理工艺。
离子注入装置示意图，它包括离子源、质量分析器、加速系统、离子扫描系统、试样室和排气系统等。
离子注入表面改性特征如下：
1)离子注入法不同于任何其他热扩散方法，它可注入任何元素，且不受固溶度和扩散系数的影响。
2)离子注入温度和注入后的温度可以任意控制，且在真空中进行，不发生氧化，不变形，不产生退火软化现象，表面粗糙度一般无变化；可作为最终处理工艺。
3)可控性和重复性好。通过改变离子源和加速器能量，可以调整离子注入深度及其分布；通过可控扫描机构，不仅可实现在较大面积上均向他；而且可以在很小范围内进行局部改性。
4)可获得两层或两层以上性能不同的复合材料，复合层不易脱落。注入层薄，工件尺寸基本不变。
二、表面覆层技术
表面覆层技术是指通过应用物理、化学、电学、光学、材料学、机械学等各种工艺手段，用极少量的材料，在产品表面制备一层保护层、强化层或装饰层，达到耐磨、耐蚀、耐(隔)热、抗疲劳、耐辐射、提高产品质量、，延长使用寿命的目的。
表面覆层技术有许多工艺方法，电镀、化学镀、电刷镀、热浸镀、涂装、搪瓷涂敷、热喷涂、电火花喷敷、气相沉积、塑料粉末涂敷等新工艺技术。
1．热喷涂技术
热喷涂技术是采用气体、液体或电弧、等离子、激光等作为热源，使金属、合金、陶
瓷、氧化物、碳化物、甥料以及其复合材料加热到熔融或半熔融状态，通过高速气流使其雾化，然后喷射、沉积到经过预处理的工件表面，从而形成附着牢靠的表面层。
热喷涂有很多工艺方法，比较常用的有火焰喷涂、等离予喷涂、爆炸喷涂等。
2. 气相沉积技术
三、复合表面处理技术
单一的表面处理技术往往具有一定的局限性，不能满足人们对材料越来越高的使用要求。若将两种或两种以上的表面处理工艺用于同一工件的处理，，不仅可以发挥各种表面处理技术的各自特点，而且更能显示组合使用的突出效果。近年来，复合表面处理技术在殴美、日本以及在我国均得到较快的发展，并取得了良好的效果。
1.复合热处理技术
2.表面覆层技术与其他表面处理技术的复合
3.离子辅助涂覆
4．离子注入与气相沉积复合表面改性