现代表面工程技术的发展及应用

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现代表面工程技术的发展及应用庞建超李世杰曹晓明 (河北工业大学材料学院， 03) 3 10 0[摘要]简要介绍了表面工程技术的概念和产生背景，并以热浸镀、热喷涂为重点介绍了表面工程的发展和应用。

关键词表面工程技术热浸镀热喷涂

1引言

能优化的基础研究也被列入国家自然科学基金“九

表面工程技术是表面处理、表面涂( )镀层及表面

五”优先资助领域闭。一些国内外知名专家预言，面表工程将成为主导 2世纪工业发展的关键技术之一。 l表面工程有多种技术方法，包括电镀、电刷镀、化

改性的总称。表面工程技术是运用各种物理、化学和机械工艺过程来改变基材表面的形态、化学成分、组

织结构或应力状态而使其具有某种特殊性能，从而满足特定的使用要求l。 l 1人们使用表面技术已有悠久历史。我国早在战国

学镀、涂装、、粘结热喷涂、热浸镀、化学气相沉积、面表热处理、表面激光改性、离子注入等。本文主要就热浸

镀、热喷涂技术进行了重点研究。2热浸镀

时代已进行了钢的淬火，使钢的表面坚硬。欧洲使用类似的技术也有很长的历史。但是表面技术的迅速发

热浸镀，简称热镀。是一种早就普遍的用来制作

展是从 l世纪工业革命开始的，尤其是近 3多年发 9 0展更为迅速 1。

金属制品的表面处理方法，一般是将处理好的待镀件浸入熔融的金属液体之中，基体材料与镀层金属发生反应进行冶金结合，从而具有特定的性能，主要是防腐蚀性能和装饰性能。 热浸镀的金属层一般较厚，因此能在某些腐蚀环

18年， 9 3表面工程的概念首次被提出，同年英国

伯明翰大学沃福森表面工程研究所建立和 18年《 95表面工程》国际刊物发行，9 6 18年国际热处理联合会也

改名为国际热处理及表面工程联合会1这些都是表 4],面工程技术在国际上迅速发展的重要标志。同样，在国内表面工程技术也得到了迅速发展，其标志为 18 97年中国机械工程学会建立的表面工程研究所(学会性

境中长期使用(如镀锌与镀铝等),为抗特种介质腐或作蚀的防蚀镀层(如镀锡与镀铅一锡合金制品等)。传统的热浸镀技术包括具有覆盖层保护作用的热浸镀锡、热浸镀铅

和具有牺牲阳极保护作用的热浸

质 )18年出版的《、98表面工程》期刊 (国家科委正式经批准 19年更名为《 97中国表面工程》。现在表面工程 )已经发展成为横跨材料学、学、摩擦物理学、化学界面力学和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、光电子学等学科的边缘性综合性复合型学科。 表面技术的应用已经十分广泛，可以用于防腐、

镀锌。由于锡的成本高，铅有毒害作用，除了食品包装等部分特定领域，热浸镀锡、的基本已经退出了市铅场。热镀锌是目前世界上应用最广泛、最原始、最基本的防腐方式之一。

热浸锌的正式商业化生产已有 20以上的历史 0年了，最早的一篇研究报告是 17年由法国化学家 81 M l i提出。 eu on稍后由意大利物理学家 L G l n提 u a ai v

耐磨、复、修强化、装饰等，也可以是光、、、、、电磁声热化学、物等方面的应用。表面技术所涉及的基材不生

出一份有关热浸锌层牺牲阳极特性报告，而正式肯定热镀锌的防腐功能，并为之命名为 G l n i。 a ain美籍波 v zg兰人森吉米尔 (ediiT提出用保护气体还原法进 Snz r ) m.行带钢连续镀锌 (称为森吉米尔法 )。该法首先获得美

仅是金属材料，包括无机非金属材料、也有机高分子材料及复合材料。我国自“六五”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技术已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。国家计委已决定建立国家表面工程研究中心。材料表面改性作为传统材料性

国专利，并于 13年在美国建成第一条带钢连续热镀 97锌生产线，从而为现代热镀锌钢材的生产奠定了基础。

随着对镀层耐腐蚀性和控制生产成本的要求越

来越高，钢铁热浸镀层正在向合金化镀层技术发展。

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现表工技的展应代面程术发及用代农业的发展，其在农业上的应用前景会更加广阔。3热喷涂

17年美国 B tl e 92 e

e m钢铁公司发展出一种叫做 G l hh a—

vn m的合金钢板 ( Z 4 . A5%,i.的 al e u含 n 3%,1. Sl%) 4 5 6热浸技术，并被证明兼具有锌的牺牲阳极特性及铝的 耐持久性、耐高温等优异性能而被大量生产使用。2 0世纪 7年代末以来， 0开发研究的一种称为 G l n n aa(一 f Z 5 1R )%A一 e的合金，由于该镀层优良的耐蚀性、极佳的 成型性以及良好的生产工艺条件，引起国际上的广泛关注并迅速投入工业化生产。 9 5 G ln 18年 aa合金镀层 f钢板在美国大量生产。 9 7 19年世界 G l n a a镀层钢板产 f量达到了 10 t 0万，预计 20年产量可达 40 50 05 0— 0万t o

热喷涂技术是在金属基体上沉积陶瓷涂层，将陶

瓷耐高温、、耐磨耐蚀等特性与金属材料的强韧性、可加工性、导电导热性等特性结合起来，以获得理想复合涂层制品，已成为当今复合材料及制品研制领域的一个重要发展方向。热喷涂技术是一个涉及多学科，诸如

金属学、陶瓷学、高分子科学、面物理学、表表面化学、 流体力学、传热学、等离子物理学等学科的边缘科学。热喷涂材料按材料种类分为金属材料、特殊金属材料、

有机聚合物材料、陶瓷材料和生物材料；按涂层结构有概括地说， aa镀层的产品用途十分广泛。 Gln f它可

纳米涂层材料、合金涂层材料、非晶态涂层材料以及由这些材料复合构成的复合涂层材料。目前，为了满足对材料多功能、高性能等的要求，多种材料的复合、纳米材料、型合金或非晶材料的使用成为热喷涂材料发新展的主要趋势[ 6 1。热喷涂是最先在航空领域发展起来的，然后逐渐

以应用于目前普通镀锌产品的一切应用领域，适应环

境污染日益严重的要求并能延长镀层产品的使用寿命。欧、、美日等发达国家广泛应用锌铝合金镀层进行钢铁构件的长效防护，并不断开发相应的设备和材料系列，制定工业及质量标准，而且已在桥梁、闸门、海上

油管、近海钢柱、储油罐、船舶及潜艇壳体、水塔、工厂烟囱、井下结构、广播电视发射塔、海上钻井平台及直升飞机起落架等大型钢铁结构的防腐_程中取得较多[的应用效果 。

辐射到其它的工业领域。目前主要在航空航天、高温超导、电磁电子、生物医学和复合材料五

个方面应用。 航空航天领域应用表面防护技术是热喷涂持续多年的研究热点。航空发动机的关键部件是高温合金涡轮叶片和涡轮盘。前，目发动机涡轮的进口温度已接近或超过合金的熔点[预计不久将达到 1 3 l这样 7 1, 0o 8 9 CJ。

G ln a a镀层的应用可以产生巨大经济效益。取代 f镀锌钢锌线应用于输变电铝绞线电缆，可以使使用寿命由目前的 l 5年再延长 3 0年。2 0世纪 9 0年代末

高的温度会影响发动机的功能和燃效。高温合金的一个重要发展趋势就是高温隔热涂层(热障涂层)即在合，金表面涂覆隔热性能良好的高熔点陶瓷涂层。热障涂层和叶片冷却技术可使叶片承温能力提高约 4 0ot 5 4 c。这些涂层还可用于小 …… 此处隐藏：7286字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……