《21世纪表面工程的发展和应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《21世纪表面工程的发展和应用（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第九次 全国焊接会 议论 文集 2 1 世纪表面工程的发展和应用 装甲兵工程学院刘世参 全军装备维修表面工程研究中心徐滨士 马世宁 张振学 摘共:表面工 程是2 1 世纪的关键技术 之一， 本文介绍了 表面工程及其功能、 学科体系及形成过程. 并对表面工程的研究方向、研究方法以及发展表面工程的意义进行了介绍. 关抽润:表面工程 0前言 在9 8 年9 月2 1 日 一次关于 “ 实施科 技兴国战略. 迎接2 1 世纪的 机遇与 挑战”的报 告中 李岚清同 志指出 “ 面对 新世纪知识经济的机遇和挑战. . 一 批新兴学科如生命科 学、 表面科学、 纳米科学、非线形科学、认知科学以及地球系 统科
2、学等在我国得到了迅 速的 发展。 ”川，科教兴国的发展战略对发展表面技术给予了 充分的重视。 据美 国 商务部调查，表面技术将同 新材料技术、 计算 机技术、生 物技术、自 动化及传感技术、 电子技术、医学技术等一起成为主导2 1 世纪发展的关键技术。 众所周知， 机械产品的故障往往是个别零件失效 造成的，而零件失效往往是由于局 部表面造成的，腐蚀从零件表面开始. 摩擦磨损在零件表面发生，疲劳裂纹由 零件表面 向 里延伸。如果应用表面工程技术 将机械产品中那些易损零件的易损表面的失效期 延长， 则产品的整体性能就可以得到提高. 随着现代工业的发展 对机 械产品零件表面的性能要求越来越高，要求能
3、在高速、 高 温、高压。 重载以 及腐蚀介质工况下可靠而持续地工作，这就对制造技术提出了 挑战， 既推动着表面工程学科的发展、又呼唤着表面工 程技术在制造业中的广泛应用。 裹面工程及其功能 表面工程， 是经表面预处 理后， 通过表 面涂援，表面改性或多种表面技术复合处理. 改变固体金属表面或非金属表面的形态、 化学成份、组织结构和应力状况，以 获得所需 要表面性能的系统工程I x 各 种表面技术是表面工 程的 技术基 础， 常用的表面技 术有: 堆焊技术、 熔结技术( 低 真空 熔结、 激光熔敷等) 、电 镀、电 刷镀及化学镀技术、热 喷涂技术( 火焰喷涂、电弧喷 涂、等离子喷涂、气体爆燃式喷
4、涂、高能超音速喷涂等) 、粘接技术、涂装技术、物理与 化学气相沉积 ( 真空蒸镀、离f 溅射、 离子镀等)、化学热处理、 激光相变硬化、激光 非晶化、激光合金化、电子束相变硬化、离子注入等。 随着多种表面技术的发展.现在需要进入综合研究的阶段，需要进入尽快把表面技 术转化为生产力的综合运用阶段。 表面工程是表面技术的工程化， 表面工程的实施过 .程 是将表面技术在产品上的系统运用过程。 表 面工程可使局部或整个表面具备如下功能: 一 提高耐磨性或耐腐蚀、抗疲劳、抗氧化、防辐射性能; 1一2 4 8 第九次全国焊搜会议论文里 一 改善表面的传热性或m热性; - 一改善表面的导电性或绝缘性; -
5、一改善表面的导磁性或电磁屏蔽性; 一 改善表面的增光性、反光性或吸波性: 一 改善表面的粘着性或不粘性: 一 改善表面的吸油性或干摩性; 一二 改善表面的摩擦系数( 提高或降低); 一 改善表面的装饰性或仿古作旧 性等。 表面工程的功能 还可以列举很多， 如减震、隐身、密封、 催化等等。表面工程的广 泛功能和低廉的成本，给制造业和维修领域注入了活力，推动着制造业的技术创新。 2表面工程学科的形成 表面技术的发展历史悠久。如馏金、贴 金技术，油漆技术、 淬火技术等。近代的 摩 擦学、界面力学与表面力学、 材料失效与 防护、 金属热处理学、焊接学、腐蚀与防护学、 光电子学等学科对多种表面技术的发展
6、及其基础理论的研究都 做出了巨大贡献.并成功 地运用于工程之中。 但表面工 程概念的 提出 始于 2 0 世纪 8 0 年代。 表面工 程学 科发 展的重要标志是 1 9 8 3 年英国 伯明 翰大 学沃福森表面工程研究所的建 立和 1 9 8 5 年 表面工程国 际刊物的 发行。 1 9 8 5年召开了第一届表面工程国际会议。1 9 8 6 年 1 0月在 布达佩斯召开的国际热处理联 合会决定接受表面工程学科并改名为国际热处理与表面工程联合会. 中国 机械工 程学 会表面工 程研究所于1 9 8 7 年1 2 月在北京成 立。1 9 8 8 年 I 1 月在北京 召开全国首届表面工程现状与未
7、来发展研讨会。同年创办了我国第一本 表面工程杂 志。现改 版为在国内外发行的 中国 表面工 程 。1 9 9 3 年成立了 中国 机械工程学会表面工 程分会.以后国内召开了多次国际或全国性的表面工程学术会议。自 国家第六个五年计 划以来，通过在设备维修领域和制造领域推广应用表面工程己 取得了几百亿元的经济效 益。在国家的节能节材 “ 九五” 规划中建议将发展 表面工程作为重大措施之一，并列为 节能、 节材示范项目 。 表面工 程是随着生产力的发展，为适应生产的需 要而形成并正在发展中的一门新兴 学科. 在国外己 有 1 0多年历史，在我国 起步的时间也不算长、， 关于 表面工 程的学科体系 还
8、在进行探讨和完善中。 表面工程是以多个学 科交叉、综合、复合、系 统特色，逐步发展起来的 新兴学科， 它以“ 表面”和 “ 界 面”为研究核心， 在有关学科 理论的基础上， 根据材料 表面的失效 机制，以应用各种表面技术及其复合表面技术为 特点。逐步形成了与 其它学科密切相关 的表面工程基础理论，主要有:表面失效分析理论、 表面摩擦与磨损理论、 表面腐蚀 与防护理论、 表面 ( 界面) 结合与复 合理论等。 3表面工程的研究 方向 我国的表面工程在过去的十几年中，己 获得了重大发展， 在国民 经济中发挥了 重要 作用。但表面科学与工程在理论研究和工程应用的总体水平上，与工业发达国家相比仍 有较
9、大的差距，原因是各部门的研究自成体系，力量分散，没有综合、复合，攻关力量 薄弱，尚难以承接对国民经济建设具有重大影响的关系全局的重点工程和关键技术的攻 1 一 2 4 9 第九 次全国娜 授会议论 文集 关。 为 解决上述问 题， 应加强表面工程科学的 研究， 它的 主要任务是: 1 )加强 表面工程学 科的建设， 深入开展 表面工 程基础理论的研究， 全面了 解表面( 界 面) 层的显 微结构与其性能的关系。 研究薄涂层与基体结 合力 学性能的测试方法。 2 )承担国民 经济建设具有 重大的 影响关系 全局的 重点工程项目 和关键 技术的攻关， 对关键项目 系统地进行表面r .程技术设计口
10、3 )深入研究和发展各种表面技术、 表面 材料和复合 表面 技术，充分发 挥各种表面技 术和材料的综合优势， 特别应突出复合表面工 程技术。 4 )逐步建立健全表面工程技术设 计体系， 全面、 优化、综合、系统应用各种表面技 术。完善表面工程技术的各项技术标准。 5 )大力开展维修表面上 程技 术的 应用及研究，为 表面工程技术在设计新产品和 制造 新产品过程中的应用积累 经验， 建立相应的维修表面技术中 心面向 全社 会服务。 6 )加强表面工程设备的研制工作， 注重应用微电子等技术对设备进行改造和智能 化，逐步实现各种表面技术装备的 机械化、信息化、自 动化、标准化，不断提高表面工 程的设
11、备水平。 7 )大力推广应用节能、w 材、 有利于环保的量大面广、成熟的、 配套的表面工 程新 技术、新材料。 8 ) 加强表面工程技术在设备制造和新产品制造过程中的研究与应用，以国民 经济建 设中 关键设备的重要零部件以 及关键机电产品的 表面 质量的提高为目 标，尽快为机电 行 业等部门 提供一批实 用、成 熟的、 先进的 表面技术。 9 ) 办好表面工程杂志.出版表面工 程专著、 科普书 籍及应用手册等。 1 0 )跟踪国际表面工程科技前沿，积 极开 拓国内、国 际交流与合作。 4表面工程的研究方法 由 于科学技术的 整体化趋势和高度综合性的特点 越来越明显，由于表面工 程的应用 越来越
12、广泛，由于表面性能的先进性和技术的复杂性不断提高，因此需要正确运用系统 工程的方法来研究表面工程问题。 表面工程的技术特色是多种表面技术复合和综合。随着现代科技的发展，一些传统 的表面技术不断得到完善并以崭新的面貌出 现;一批先进表面新技术得以实用化并进入 工业领域; 特别是综合运用两种或多种 表面 技术的复合表面技术( 也 称为 第二 代表面技术) 的出 现，通过最佳协同效应使工件材料的表面体系在技术指标、 可靠性、寿命、质量和 经济性等方面获得最佳的效果，克服了 单一表面技术存在的局限性，解决了 一系列工业 关键技术和高新技术发展中 特殊的技术问 题。目前，复合表面技术的研究和应用已 取得
13、 了 重大进展， 如热喷涂与激光重熔复合、 化学热处理与电 镀的复合、表面强化与固体润 滑膜的复合、多层薄膜技术的复合、金属材料基体与非金属材料涂层的复合等等.复合 表面技术使基体材料的表面薄层具有了更加卓越的性能口 表面工程是表面技术的物化与应用， 因此还要善于把技术因素与社会因素相统一。 把获得最高的技术指标与获得最大的经济效益、合理利用自 然条件与充分注意保护自 然 环境、技术的先进性与易操作性安全性等统筹考虑。 1 一 2 5 0 一一一一一一一一一一一一R .笙 ._ 5发展裹面工程的宜义 表 面工程的推广应用非常适合我国国 情，发展表面工程对促进国民经济的发展和推 进国防现代化，对
14、于贯彻可持续发展战略具有十分重要的意义 5 . 1 表面工程与制造业技术创新 提高经济增长质量是我国目 前经济发展中堕 待解决的问题， 李鹏同 志在全国科技大 会上的讲话中指出，为加速科技成果转化， 提高 经济增长质量， 应 “ 大力推广先进制造 技术、 节能降耗技术和环保技术， 促进 传统产业的 升级换代气 作为 2 1 世纪七项关键技术之一的 表面工程， 其本身属于先 进制 造技术.同 时它又对 制造业的技术创新提供了必要的工艺 支持( 7 . 。 表面工程是针对零件表面失效的形成、特征和机理，综合运用各种表面技术进行防 护的工程，其最大的优势是能够以多种方法制备出性能优异的表面功能薄层，
15、使零件整 体具有比 基体材料更高的耐磨性、抗腐蚀性和耐高温等性能，它具有优质、高效、低耗 等先进制造技术基本特征，其 研究 和推广应用， 将有 利地推动我国 先进制造技术的发展. 表面工程的快速发展及广泛应用被认为是制造领域技术创新点之一，对提高机械设 备及仪器仪表的性能、 质量、增强产品的竟争力， 促进国 外引 进设各零部件及仪器设备 的国产化以及在节能节材等诸多方面发挥了巨 大的 作用井 取得了显著的经济效益和 社会 效益。 表面工程的实施可促进机械产品结构的创新， 例如作者曾 成功地对汕头海湾公 路大 桥和西陵长江公路大桥主悬索鞍 座用电刷镀技术制备出 滑动摩擦结构，改变了 通常 用千
16、根滚针支撑的滚动摩擦结构，大大降低了成本缩短了工期。表面工程的实施可促进产 品材料的创 新，例如大 庆石化总 厂8 个直径6 米， 高2 0 米的ABS 料 仓的防腐问题， 作 者采用了碳钢材料加内表面电 弧喷涂防腐铝层的方法代替了昂贵的不 锈钢仓体， 节约 投资 4 0 0万元。表面工程的实施还可以促进机械产品性能的创新，例如在切削刀具上应用离子 镀新 技术， 可使刀具寿命延长2 - 1 0 倍， 切削速 度、 进给量和零 件的 光洁度亦大幅度提高， 为加工自 动化提供了 有力的 支持。 5 . 2表 面工程与 机械维修创新 机械维修伴随 着机械制造， 有制造就要有 维修。 近2 0 年来。 一方面由于人 们环保意 识的 增强， “ 用后丢弃”的观 念开始向“ 再制造” 的观念转变，另 一方面，由 于科学技术 的发展，使原先的原样修复变成为可实 现超过原始性能的改进性修复，由原先的被动修 理变为制造与维修纳入设各和零部件的设计、制造与运行的全过程，以优质、高效、节 能、节材、低污染为目标的系统工程。1 9 8 4年美国 “ 技术评论”提倡旧品
