最新表面處理技術(shù)概述及其發(fā)展趨勢
隨著基礎(chǔ)工業(yè)及高新技術(shù)產(chǎn)品的發(fā)展，對優(yōu)質(zhì)、高效表面改性及涂層技術(shù)的需求向縱深延伸，國內(nèi)外在該領(lǐng)域與相關(guān)學(xué)科相互促進的局勢下，在諸如“熱化學(xué)表面改性”、“高能等離子體表面涂層”、“金剛石薄膜涂層技術(shù)”以及“表面改性與涂層工藝模擬和性能預(yù)測”等方面都有著突破的進展。
1、熱化學(xué)表面改性技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
國外近年來重視對“可控氣氛條件和真空條件下的滲碳，碳氮共滲等技術(shù)的研究，并已實現(xiàn)工業(yè)化。而在我國應(yīng)用很少，相關(guān)的技術(shù)研究工作亦不夠?？煽貧夥諠B碳和真空滲碳技術(shù)是顯著縮短生產(chǎn)周期，節(jié)能、省時，同時可提高工件質(zhì)量，不氧化、不脫碳，保證零件表面耐腐蝕和抗疲勞性，并減少熱處理后機加工余量及清理工時。
目前國際上碳勢控制和監(jiān)測，滲層布型控制等方面的研究成果已應(yīng)用于實際生產(chǎn)，并用計算機進行在線動態(tài)控制。
2、PVD、CVD、PCVD技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
各種氣相沉積是當前世界上著名研究機構(gòu)和大學(xué)競相開展的具有挑戰(zhàn)的性的研究課題。目前該技術(shù)在信息、計算機、半導(dǎo)體、光學(xué)儀器等產(chǎn)業(yè)及電子元器件、光電子器件、太陽能電池、傳感器件等制造中應(yīng)用十分廣泛，在機械工業(yè)中，制作硬質(zhì)耐磨鍍層、耐腐蝕鍍層、熱障鍍層及固體潤滑鍍層等方面也有較多的研究和應(yīng)用，其中TiN等鍍膜刀具的普及已引起切削領(lǐng)域中的一場革命，金剛石薄膜、立方氮化硼薄膜的研究也十分火熱，并已向?qū)嵱没矫嫱七M。
在不同PVD、CVD工藝的基礎(chǔ)上，通過發(fā)展和復(fù)合很多新的工藝和設(shè)備，如IBAD、PCVD與空心陰極多弧復(fù)合離子鍍膜裝置、離子注入與油濺射鍍或蒸鍍的復(fù)合裝置、等離子體浸沒式離子注裝置等不斷將該類技術(shù)推向新的高度。與國外的發(fā)展相比，我國在上述方面雖研究較多，但水平有較大差異，在實用化方面差距更大。
3、高能等離子體表面涂層技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
該技術(shù)是增加表面物理化學(xué)反應(yīng)，獲取特殊性能覆蓋層。其核心是更有效地增強和控制陰極電弧等離子體的產(chǎn)生和作用，美國、日本、德國大力發(fā)展該技術(shù)。等離子體增強電化學(xué)表面改性技術(shù)，是目前國際上較活躍的開發(fā)研究領(lǐng)域，對于鋁、鈦等材料，通過等離子體調(diào)光放電手段，增強電化學(xué)處理效果，在金屬表面上生成致密氧化鋁和其它氧化物陶瓷膜層，可使基體具有極高性能表面，是先進制造工藝的前沿技術(shù)，在機加工用刀具和模具行業(yè)也有很了的應(yīng)用前景。
4、金剛石薄膜涂層技術(shù)
金剛石具有極好的物理性能，在形狀復(fù)雜的刀具、模具、鉆頭等工件表面沉積上一層很薄的金剛石薄膜，可提高工件的使用性能，并滿足一些特殊條件的需求。近年來，由于金剛石薄膜的優(yōu)異性能以及廣泛的應(yīng)用前景，日本、美國、西歐均進行大量的研究工作，并開發(fā)了多種金剛石涂層工藝技術(shù)，已在國內(nèi)外掀起金剛石涂層研究的熱潮。尤其是在提高金剛石涂層和基體結(jié)合強度，大面積快速沉積金剛石涂層技術(shù)，產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)涂層金剛石薄膜設(shè)備系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)方面國外已取得突破性進展，美國、瑞典等國已推出金剛石金屬切削工具供應(yīng)市場，而我國該技術(shù)還沒有達到實用水平，急待開發(fā)并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
5、多元多層復(fù)合涂層技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
單一的表面涂層不能滿足表面工程設(shè)計中苛刻的工況條件，任何表面處理均有其不同的優(yōu)缺點，因為利用不同涂層材料的性能優(yōu)點，在基體表面形成多元多層復(fù)合涂層（含萬分漸變的梯度層）具有重大的意義。國外已開展單層涂層厚度為納米級，層數(shù)在100層以上的多元多層復(fù)合涂層技術(shù)的研究，所制備的涂層具有較高的耐腐性、韌性和強度，和基體的結(jié)合強度也好，表面粗糙度低，這對直精高速工削機械加工十人有利。國外已列入主要發(fā)展方面，予計在納米級精細涂層材料研究和應(yīng)用領(lǐng)域會有新的突破。因為復(fù)合涂層技術(shù)具有抗磨損、抗高溫氧化腐蝕、隔熱等功能，能擴大涂層制品使用范圍，延長使用壽命，是一項在下一世紀會得到迅速發(fā)展的技術(shù)。我國目前已開始研究，并取得初步成果，但還存在一些問題有待于解決。
6、表面改性與涂層工藝模擬和性能預(yù)測的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
表面改性與涂層技術(shù)作為表面工程的重要組成部分，已經(jīng)滲透到傳統(tǒng)工業(yè)與高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)部門，根據(jù)應(yīng)用的要求反過來又促進表面功能覆層技術(shù)的進一步發(fā)展。根據(jù)使用要求，對材料表面進行設(shè)計、對表面性能參數(shù)進行剪裁，使之符合特定要求，并進一步實現(xiàn)對表面覆蓋層的組織結(jié)構(gòu)和性能和預(yù)測等，已成為該領(lǐng)域重要研究方向。國外已對CVD、PVD以及其它表面改性方法開展計算機模擬研究，針對CVD過程進行模擬，采用宏觀和微觀多層次模型，對工藝和涂層各種性能和基體的結(jié)合力進行模擬和預(yù)測；對滲碳，滲氮工件滲層性能應(yīng)力等進行計算機模擬等等，人們可以更好地控制和優(yōu)化工藝過程。我國這方面的研究剛處地超步階段。