新型表面處理技術(shù)概述及其發(fā)展趨勢(shì)

　　一、技術(shù)概述
　　新型表面功能覆層技術(shù)，包括低溫化學(xué)表面涂層技術(shù)及超深層表面改性技術(shù)，它運(yùn)用物理、化學(xué)或物理化學(xué)等技術(shù)手段來(lái)改變“材料及其制件表面成份和組織結(jié)構(gòu)”，其特點(diǎn)是保持基體材料固有的特征，又賦予表面化所要求的各種性能，從而適應(yīng)各種技術(shù)和服役環(huán)境對(duì)材料的特殊要求，因而它是制造和材料學(xué)科最為活躍的技術(shù)領(lǐng)域，又是涉及表面處理與涂層技術(shù)的交叉學(xué)科。其最大的優(yōu)勢(shì)在于能以極少的材料和能源消耗制備出基體材料難以甚至無(wú)法獲得的性能優(yōu)異的表面薄層，從而獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益，它是一種優(yōu)質(zhì)高效的表面改性與涂層技術(shù)。優(yōu)質(zhì)、高效的表面改性與涂層技術(shù)其范圍廣闊：如熱化學(xué)表面技術(shù)；物理氣相沉積；化學(xué)氣相沉積；物理化學(xué)氣相沉積技術(shù)；高能等離體表面涂層技術(shù)；金剛石薄膜涂層；多元多層復(fù)合涂層技術(shù)；表面改性及涂層性能預(yù)測(cè)及剪栽技術(shù)；性能測(cè)試與壽命評(píng)估等等。

　　二、現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)
　　隨著基礎(chǔ)工業(yè)及高新技術(shù)產(chǎn)品的發(fā)展，對(duì)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(guó)內(nèi)外在該領(lǐng)域與相關(guān)學(xué)科相互促進(jìn)的局勢(shì)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(cè)”等方面都有著突破的進(jìn)展。

　　1.熱化學(xué)表面改性技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
　　國(guó)外近年來(lái)重視對(duì)“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(shí)現(xiàn)工業(yè)化。而在我國(guó)應(yīng)用很少，相關(guān)的技術(shù)研究工作亦不夠。可控氣氛滲碳和真空滲碳技術(shù)是顯著縮短生產(chǎn)周期，節(jié)能、省時(shí)，同時(shí)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(jī)加工余量及清理工時(shí)。
目前國(guó)際上碳勢(shì)控制和監(jiān)測(cè)，滲層布型控制等方面的研究成果已應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，并用計(jì)算機(jī)進(jìn)行在線動(dòng)態(tài)控制。

　　2.PVD、CVD、PCVD技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
　各種氣相沉積是當(dāng)前世界上著名研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)競(jìng)相開(kāi)展的具有挑戰(zhàn)的性的研究課題。目前該技術(shù)在信息、計(jì)算機(jī)、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(yáng)能電池、傳感器件等制造中應(yīng)用十分廣泛，在機(jī)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(rùn)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(chǎng)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(jìn)。在不同PVD、CVD工藝的基礎(chǔ)上，通過(guò)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(méi)式離子注裝置等不斷將該類技術(shù)推向新的高度。與國(guó)外的發(fā)展相比，我國(guó)在上述方面雖研究較多，但水平有較大差異，在實(shí)用化方面差距更大。

　　三、“十五”目標(biāo)及主要研究?jī)?nèi)容
1.目標(biāo)
　　根據(jù)國(guó)內(nèi)外表面功能覆層技術(shù)的發(fā)展，結(jié)合機(jī)械工業(yè)的需求與現(xiàn)狀，為國(guó)家重大工程、重大技術(shù)裝備研究開(kāi)發(fā)一批先進(jìn)適用的表面功能覆層關(guān)鍵技術(shù)。

2.主要研究?jī)?nèi)容：
　　（1）新型低溫氣相沉積技術(shù)及裝備研究
　　研制新型磁控濺射、離子鍍膜、PCVD設(shè)備及其復(fù)合裝備，并實(shí)現(xiàn)工藝過(guò)程的自動(dòng)控制。加強(qiáng)成膜、膜基結(jié)合機(jī)理的研究，降低制膜溫度，優(yōu)化反應(yīng)過(guò)程及工藝參數(shù)，合成各種耐磨、抗蝕的新優(yōu)質(zhì)鍍層。重點(diǎn)解決國(guó)家安全及支柱產(chǎn)業(yè)急需解決的表面工程技術(shù)難題，力爭(zhēng)形成創(chuàng)新性科技成果，促進(jìn)通用機(jī)械、閥門、冷作模具、高溫模具等行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。

　�。�2）納米級(jí)多無(wú)多層復(fù)合涂層材料及工藝技術(shù)研究
　　跟蹤國(guó)際先進(jìn)水平，研究50層以上納米級(jí)復(fù)合涂層技術(shù)及材料，包括納米級(jí)多層多元復(fù)合涂層材料重組、結(jié)構(gòu)、厚度、層數(shù)的綜合設(shè)計(jì)，以及涂層材料的微觀組織結(jié)構(gòu)及制備工藝技術(shù)研究。

　�。�3）表面涂層工藝及質(zhì)量的數(shù)值模擬及優(yōu)化控制的研究與開(kāi)發(fā)，著重對(duì)熱化學(xué)表面改性過(guò)程以及PVD和CVD沉積技術(shù)進(jìn)行工藝模擬及優(yōu)化研究。建立數(shù)學(xué)模型和算法，開(kāi)發(fā)出相應(yīng)計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)來(lái)指導(dǎo)和分析表面改性和涂層工藝過(guò)程的設(shè)計(jì)，并預(yù)測(cè)表面性能和服役壽命。

　�。�4）金剛石薄膜涂層技術(shù)
　　開(kāi)展大面積、快速、高質(zhì)量金剛石薄膜涂層工藝技術(shù)及涂層刀具產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研究，以涂層質(zhì)量好，均勻一致性能穩(wěn)定可靠為研究重點(diǎn)，提高金剛石涂層沉積速率，完成相應(yīng)設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造，同時(shí)開(kāi)發(fā)金剛石薄膜涂層刀片、硬質(zhì)合金鉆頭等刀具，使壽命提高10倍，并用于汽車等工業(yè)。

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