【摘 要】本文介绍了表面复合技术的产生背景和发展状况，并以等离子喷涂和激光表面处理复合技术为例阐述了复合表面技术的重要特性和功能优势等，以及在众多领域的应用，并展望了复合表面技术在未来的发展趋势。
【关键词】复合表面技术；应用；发展方向
【Abstract】In this work， the development and background of the duplex surface treatment were introduced. Taking the composite process technology of plaema spraying and laser surface treatment as an example， the important characteristic and advantage and application in some fields of duplex surface treatment technique were discussed， The prospect about development of duplex surface treatment technique in the future was looked.
【Key words】Duplex Surface Technique； Application； Development
0 前言
表面技术是以表面科学为基础，通过融合机械学科、材料学、化学等学科而发展成的一门综合性的学科。它渗透到航空航天、信息技术、新材料技术、先进制造业等前沿技术的各个领域，具有极广的应用性和令人瞩目的潜在价值性[1]。
科学技术的迅猛发展对材料性能（耐磨损性、耐高温等等）的要求越来越高，使得一些材料表面处理技术和工艺无法满足稳定性和可靠性等性能的要求[2-3]。同时，人们也希望通过局部改变材料表面结构，实现昂贵材料具有的特性的目的。鉴于各种需求，复合表面技术便应运而生，在一定程度上实现了材料的特性，发掘了材料的应用潜力。复合表面技术是将多种处理表面的理论和工艺方法用在同一工件的处理上的技术。综合运用多种技术的复合表面处理技术可以发挥分不同技术或不同材料的各自优势、互相配合、取长补短，以获得最佳的表面性能，且能突显各种技术组合的特殊效果[4-5]。这项技术在欧美等发达国家获得广泛应用，并取得了良好效果。目前，我国对这项极具发展前景的复合技术也给予了足够的重视，在许多方面加大投资，进行新型复合表面技术研制与拓新。
1 复合表面技术的进展
表面复合技术在各行各业的应用日趋广泛，多种工艺和材料的最佳协同效应使材料获得了稳定的可靠性，延长了零部件使用寿命，提高了工件表面质量，获得了良好的经济性等。伴随着各位院士、专家和学者等人的辛勤付出和拼搏钻研，发掘出了多种表面复合技术方法，包括真空镀膜与离子束技术的复合、纳米复合电镀、激光束表面处理与等离子喷涂的复合等，下面简要分析等离子喷涂和激光表面处理复合强化技术。
等离子喷涂和激光表面处理复合技术是指用等离子喷涂法在工件表面形成合金化层涂层，然后再用激光迅速使其熔化，冷却形成符合要求的、具有高性能的强化层。
一般的有色金属与钢铁材料相比较，具有高导热、易加工、比强度高、抗冲击等优点，但存在硬度低、不耐磨、易腐蚀等不足。有色金属若采用单一的表面硬化涂层，受力时发生的塑性变形会削弱硬化层的结合强度及硬化层与基体的附着力，使硬化层塌陷，并且会脱离而形成为磨拉，导致材料的早期失效[6-7]。为解决这个问题，可以采用：激光合金化+涂覆硬化层，从而提高金属表面的耐磨性和恶劣处境下的耐蚀性。
对工况复杂零件，有时进行了两种表面技术的复合处理，仍难以满足工况要求，因此需要采用由两种以上表面技术组成的复合处理。例如，钛合金进行了物理气相沉积TiN和离子渗氮复合处理后，改性层不足10μm，当零件达到临界接触应力时发生基体的塑性变形，使表面硬化层塌陷和脱落，形成磨粒，导致失效。为避免钛合金表面过早的失效，可以采取在PVD和离子渗氮处理前进行高能束氮的合金化，增加基体承载能力，改善其性能，减缓表面硬化层的塌陷。再如，等离子喷涂法在钢材表面形成Ni-Cr合金、WC合金涂层，然后再用激光进行复合处理，大大提高了钢材的表面硬度和耐磨性能，延长了工件的使用寿命。此外，这类复合技术在模具的强化和修复方面应用也很广泛。
2 复合表面技术的应用
2.1 减缓表面变化和强化修复表面损伤
工作状态下，设备中的零部件要受各种载荷的作用，产生不同程度的微观缺陷或破损，导致材料力学性能降低。通过表面复合技术可强化表面并减缓工件表面表面变化，修复表面损伤，提高可靠性，大大缩短报废周期。
2.2 获得具有特殊功能的表面
使用表面技术在应用较广的材料表面获得稀贵金属和战略元素具有的特殊功能，实现“小成本，大收益”的节约资源的目的。
2.3 再制造工程不可缺少的手段
再制造工程是通过采用恰当的技术和工艺，对工作过程中出现问题的器件进行加工、改造或修复，延长寿命周期，提高产品技术性能和附加值，最大限度挖掘制造业产品的潜在价值，让资源尽其所用，接近“零浪费”。同时，也体现了对国家“节能减排”政策的积极响应和号召。
2.4 发展新兴技术和学术研究
新兴技术往往代表一个国家或民族的创新精神及科技的发展水平，学术研究的强弱关系着国家的世界地位，决定着综合实力的高低，表面工程新技术自然也有着不可估量的价值，所以发展新兴技术是推动社会进步和经济发展的必不可少的关键技术之一。
3 展望表面工程的发展方向
表面工程技术的迅速发展和突破性进展对很多行业的进步起到显著的推动和促进作用，在本世纪和新世纪仍将处于至关重要地位。展望今后，表面工程技术的发展方向大致为：
3.1 领衔国家重大工程，支撑发展先进制造业
重大工程项目关乎国家屹立于世界之地位，很大程度体现国家的发展水平和象征国家综合实力之强弱。先进制造业中零部件的强化、损伤部位的涂覆和修复以及防护等措施能显著提高其使用性能，为先进制造业提供技术支撑。
3.2 绿色制造兼节能减耗，贯彻可持续发展战略
复合表面工程技术在实施的同时，为避免带来环境污染和宝贵资源消耗等严重缺陷。所以，必须切实贯彻国家发展政策方针，实施可持续发展战略。深入研究表面工程是产品全寿命周期设计，遵循高效节能的原则，朝着再循环再制造方面再接再厉。
3.3 探索极端、复杂环境下的规律，加强技术改进和科研创新
在苛刻的环境中应用一些尖端和高性能产品，对材料表面（涂覆、镀层等）需要更为特殊的要求，以保证产品的可靠服役。研究材料在极端状态下的损伤过程、失效机理及寿命预测理论和方法等，实现材料表面的损伤预报和寿命预测。
3.4 开展表面工程基础理论研究，完善表面分析测量手段
表面工程涉及到广泛而深入的应用基础理论，制造新表面、实现新突破至关重要。表面材料性能的测试以及对部门结构不同层次的表征是表面工程的重要组成部分，今后必将得到继续发展和完善。
4 总结
表面复合技术的发展日新月异，应用领域遍及各行各业，其极强的实用性和巨大的增效性，必将产生令人瞩目的经济效益。以创新促发展，以发展谋创新，加大新型复合技术研究力度，材料的复合表面技术将是未来表面工程中最具开发前景的关键技术之一。
【参考文献】
[1]高志，潘红良.表面科学与工程[M].上海：华东理工大学出版社，2006.
[2]曹立礼.材料表科学[M].北京：清华大学出版社，2007.
[3]曾荣昌.韩恩厚.材料的腐蚀与防护[M].北京：化学工业出版社，2006.
[4]徐滨士.表而工程的应用与展望[M].中国科技前沿（中国工程院版），北京：高等教育出版社，2000，6：337-357.
[5]徐滨士，张振学，马世宁，等.新世纪表面工程展望[J].中国表面工程，2000，13（1）： 2-10.
[6]许根慧，姜恩永，盛京，等.等离子体技术与应用[M].北京：化学工业出版社，2006.
[7]张通和，吴瑜光.离子束表面工程技术与应用[M].北京：机械工业出版社，2005.
[责任编辑：杨玉洁]
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