不銹鋼材料表面工程的分類及作用

 當(dāng)前的不銹鋼材料表面工程，在迅速發(fā)展中形成了自己的體系。它是當(dāng)今材料科學(xué)與工程學(xué)內(nèi)充滿活力和希望的領(lǐng)域。表面工程是先對材料進(jìn)行經(jīng)表面預(yù)處理，然后通過表面改性、表面涂覆、或者其它表面技術(shù)進(jìn)行復(fù)合處理，從而改變金屬或非金屬表面的形態(tài)、組織結(jié)構(gòu)及化學(xué)成分和應(yīng)力狀態(tài)等，進(jìn)而獲得所需表面性能的處理技術(shù)。它的最大優(yōu)勢是通過多種方式對基體材料進(jìn)行表面改性，從而制備出性能優(yōu)于基體材料的表面改性層，使材料具有耐高溫、防腐蝕、耐磨損、抗疲勞、防輻射等性能。這種表面改性層與基體材料相比，有著厚度薄、面積小的特點(diǎn)，但是卻承擔(dān)著工作部件的主要功能。

  表面工程是一門新興學(xué)科，其主要特點(diǎn)是多個學(xué)科交叉、綜合、復(fù)合。它以“表面”和“界面”為研究核心，在相關(guān)學(xué)科理論的基礎(chǔ)上，根據(jù)材料表面的失效機(jī)制，運(yùn)用各種表面工程技術(shù)及其復(fù)合表面工程技術(shù)，逐步形成了與其它學(xué)科密切相關(guān)的表面工程基礎(chǔ)理論，包括：表面失效分析理論、表面摩擦與磨損理論、表面腐蝕與防護(hù)理論、表面結(jié)合與復(fù)合理論等。表面工程技術(shù)的分類方式多種多樣，按照作用原理可以分為原子沉積、顆粒沉積、整體覆蓋和表面改性4種基本類型：前三種改性方法原理一致，都是向基體材料表面覆蓋一層較原基材有更好物理、化學(xué)性能的薄膜，以提高表面性能，因此前三種方法均可稱作表面涂鍍技術(shù)。理論上講，更為科學(xué)的分類方法是根據(jù)材料表面成分是否變化來分：

 1. 表面涂鍍技術(shù)，包括電鍍、化學(xué)鍍、物理氣相沉積（PVD）、化學(xué)氣相沉積（CVD）、熱噴涂、搪瓷涂敷堆焊、熱浸涂、包箔、貼片和涂刷等。

 2. 表面強(qiáng)化技術(shù)，包括：表面硬化、表面淬火、噴丸強(qiáng)化等。

 3. 表面合金化技術(shù)，包括各種氣體滲金屬、液體滲金屬、固體滲金屬（如氣體滲碳、液體滲氮、固體滲鉻等），以及隨著激光技術(shù)、離子束技術(shù)、等離子技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的激光表面合金化、離子注入、離子滲金屬、電子束表面合金化等，大大豐富了表面合金化技術(shù)。20世紀(jì)80年代我國學(xué)者在多年研究離子氮化過程中，發(fā)明了雙層輝光離子滲金屬技術(shù)。該技術(shù)彌補(bǔ)了離子氮化等技術(shù)只能用于少量非金屬元素的不足，使離子轟擊熱處理領(lǐng)域擴(kuò)大到了大量的固態(tài)合金元素，從而大大擴(kuò)展了表面合金化的應(yīng)用范疇。

   隨著表面工程的發(fā)展，越來越越多的表面工程技術(shù)以其高度的實(shí)用性和顯著的優(yōu)質(zhì)、高效和低耗等優(yōu)點(diǎn)，將在航空航天、汽車、能源、石油化工等工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。表面工程技術(shù)的作用是多種多樣的，但最重要的作用是能夠提高金屬部件的耐磨性、耐蝕性及獲得電、磁、光等功能的表面層。表面工程技術(shù)的作用可概括為：

  1. 耐腐蝕性能：即可提高基體材料的耐大氣、海洋大氣、天然水及某些酸、堿、鹽的腐蝕作用。

  2. 耐磨性：包括抗磨料磨損、粘著磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損等。例如在刀具表面鍍上一層TiN、TiC或Al2O3薄膜，成為防止鋼屑粘結(jié)的表面涂層，將提高刀具壽命3-6倍，并可提高工件表面光潔度。

  3. 化學(xué)性能：側(cè)重于與生物材料相關(guān)的化學(xué)性能。包括在金屬和氧化物表面的化學(xué)吸收、金屬的水溶液腐蝕、聚合物的水解。

  4. 生物性能：例如通過強(qiáng)流脈沖電子束對不銹鋼進(jìn)行表面改性，可以大大提高不銹鋼基體在人工體液中的耐腐蝕性能。

  5. 耐熱性：例如提高基材的抗高溫氧化以及熱疲勞等性能。

  6. 電性能：包括增強(qiáng)基體的絕緣性、提高基材的導(dǎo)電性。

  7. 光學(xué)特性：包括改善基體材料的反光性和吸光性，提高基材的光選擇吸收性能等。

  8. 其他表面特性；諸如裝飾性、電磁特性、耐疲勞性、抗氧化性、美觀性、可焊接性等性能。