您好, 歡迎來到化工儀器網(wǎng)
材料表面工程技術日益得到重視的主要原因
實現(xiàn)材料表面復合化，解決單一材料無法解決的問題
在許多情況下，對機件的芯部和表面的性能要求是不一樣的，例如，軸類整體承受彎扭，要求高的抗彎強度和一定的韌性，但頸部要求高硬度以抗磨；齒輪表面要求高硬度而芯部要求高的強韌性。而對大多數(shù)材料，韌性和硬度是不可兼得的。一般來說，合金具有高的強韌性，但硬度不高，而陶瓷具有高硬度但韌性很差，因此表面工程中把陶瓷加到合金表面上的內(nèi)容，占了很大的比重。目的就在于既發(fā)揮合金的高強韌性、又發(fā)揮陶瓷的高硬度。
這種表面復合的效果，往往是選用單一的貴重材料所無法達到的。
良好的節(jié)能、節(jié)材效果
在熱工設備上覆以隔熱涂層，可以大大減少熱損失。
在加熱元件表面加涂一層遠紅外輻射涂層，就會使加熱元件能輻射高密度紅外線，而不輻射或少輻射可見光，使它成為加熱或干燥效率非常高的熱源。
為了減輕汽車自重以節(jié)約能源，目前世界上對發(fā)動機的全鋁化十分關心，而鋁合金的zui大問題是不耐磨，因此，表面耐磨強化技術的開發(fā)成了關鍵。目前這方面已有大量研究，并且已在賽車上實現(xiàn)；普通車上的實用，還有待于工藝成本的降低。
由于大部分機件的損壞都發(fā)自表面，因此，以表面技術進行修復液特別受人重視，修復會使廢舊機件再生，節(jié)材效果是顯然的。
促進了新興工業(yè)的發(fā)展
材料表面工程技術對于新興工業(yè)發(fā)展的貢獻是巨大的，這是因為任何工業(yè)的發(fā)展，都會對材料提出新的要求，而這些要求往往可通過表面處理來實現(xiàn)。試以航天工業(yè)為例。航天工業(yè)中首先遇到的問題是高熱流、高焰流和超高溫，這對材料提出了十分苛刻的要求。一般火箭發(fā)動機的尾噴管內(nèi)壁和燃燒室，不僅要承受2000～3300℃的高溫，還要同時經(jīng)受巨大的熱焰流的沖擊。再如，飛船或者洲際導彈的頭部錐體和翼前沿，由于其具有幾十倍的音速，與大氣層摩擦，即所謂氣動加熱，將產(chǎn)生億萬焦耳的巨大熱量，使頭部的表面溫度高達4000～5000℃以上。對于如此高的溫度，絕大多數(shù)的金屬和合金都不能承受，為解決此問題只能依靠各種形式的隔熱涂層、防火涂層和燒蝕涂層。比較典型的隔熱防火涂層是熱導率低的氧化物，如氧化鋁、氧化鋯、氧化釷等，這些涂層可以使基體的溫度成百上千度地降低，保護基體金屬具有足夠的強韌性。這類涂層一般都以熱噴涂的方法涂到部件表面上，已在航空發(fā)動機、火箭和導彈噴管、推力室、發(fā)射臺以及宇宙飛船等許多受熱部位成功地應用。宇宙飛船和洲際導彈的頭部僅有隔熱涂層還解決不了問題，因此，又研究了燒蝕涂層。燒蝕涂層也具有良好的隔熱能力，但是更重要的是具有大的熱容量和向外界輻射熱量的本領。當與大氣摩擦時，巨大的熱會使表面涂料的*層升華。使熱量不能向里傳導；接著是第二層再燒蝕，…….；經(jīng)過幾分鐘，燒蝕涂層消失，航天器也安全降落。燒蝕涂層中發(fā)展比較成熟的是有機材料加石英纖維、陶瓷纖維或碳纖維，纖維的作用是補強，抵御高速氣流的沖刷。再如，人造衛(wèi)星在宇宙中的溫度控制也是靠表面涂層實現(xiàn)的。當太陽照射時，被照面溫度可達+200℃，而沒有太陽照射的面溫度可低到-200℃.為了保證衛(wèi)星中電子儀器的正常工作，當受照射時必須讓大部分輻射熱反射出去，或將熱隔在殼外；而受冷時，必須不讓內(nèi)部熱量外傳，這種涂層稱溫控涂層。航天飛機外殼也要防熱材料和涂層，而且其涂層要較長期使用，不能像宇宙飛船或洲際導彈所用的防熱涂層那樣使用一次即報廢，為此美國采用了隔熱材料加涂層的技術。例如，洛克希德導彈與航天公司研制了一種LI-900全氧化硅絕熱氈，很輕，整個體積的95%都是空的，為了使其防水、耐蝕以及散熱，表面加涂了一種碳化硅涂層，該涂層可把90%的入射熱能反射掉，而剩余的10%幾乎都被氧化硅氈所隔絕，這樣航天飛機重返大氣層時，內(nèi)部溫度不會升高，而且可多次使用。
由以上例子可以看出，如果沒有現(xiàn)代的表面處理技術，航天工業(yè)取得目前的成功是不可想象的。
目前能源工業(yè)愈來愈受到重視，表面工程技術對能源工業(yè)的貢獻也是不小的。例如，在核發(fā)電中，原子核反應器在運行時核燃料必須與受熱介質嚴格隔開，因此必須用高溫抗氧化涂層。
在太陽能的利用中，必須利用涂層來吸收太陽光譜中所有波段的能量。用電子束蒸鍍的金屬陶瓷層Co-Al2O3作為太陽能吸熱器，使對太陽能的吸收率可達95%。
此外，像火力發(fā)電中的鍋爐“四管”的防高溫、防沖蝕強化，風機葉片的強化，水力發(fā)電的水輪葉片的防沖蝕和氣蝕，都要用到表面工程技術問題。
電子工業(yè)也是當今世界發(fā)展zui快的新興工業(yè)，用沉積法得到的表面膜作為電子功能原件已大量用作絕緣膜、電阻器、電容器、電感器、傳感器、記憶元件、超導原件，微波聲學器件（聲波導、耦合器、卷積器、濾波器、延遲線等）、薄膜晶體管、集成電路基片等。
表面新技術的出現(xiàn)之所以受到重視，不僅在于其經(jīng)濟意義，還在于其重要的學術價值。這是因為：
- 材料物理、化學性能及其變化都從表面開始；
- 隨著器件的微型化，表面/體相的原子比增大，會出現(xiàn)許多新的特性；
- 材料表面的研究是許多高新技術的理化基礎等等。
目前，對于材料科學的研究只要集中在對材料表面和材料內(nèi)部結構與性能的研究。美國工程科學院早幾年為美國國會提供的2000年前集中力量加強發(fā)展的9項新科學技術中，有關材料方面的僅有材料表面科學與表面技術的研究。表面科學的研究可為表面新技術的研究提供一定的理論指導，但表面新技術的開發(fā)和完善，又會提出許多新的學術研究課題。這些研究有力地促進了材料科學、冶金學、機械學、機械制造工藝學以及物理學、化學等基礎學科的發(fā)展。