金属材料表面技术的含义

    表面技术的含义

    表面工程虽然是现代科学技术给出的定义，但在古代这种技术就已经为人们所认识和使用。比如，北京城里的故宫，那些雕梁画栋，人们用鲜红的大漆进行装饰和保护，才使它们历经风雨而不失本色。我国早在战国时代就已进行钢的淬火，使钢的表面获得坚硬层。再如，马王堆出土的古代利剑，表面有一层光亮的铬膜，在地下沉睡千年而不失锋利……这些技术都属于现代人们所说的表面工程的范畴。20世纪60年代，世界各发达国家开始重视表面工程技术在国防和尖端科技领域的应用。在20世纪80年代，英国伯明翰大学的汤母·贝尔教授首次提出了表面工程的概念：从材料的表面特性出发，利用表面改性技术、涂镀层技术和薄膜技术，使材料表面获得原来没有的新性能的系统工程。

    表面工程的真正内涵应该是，从材料表面的实际应用出发，科学设计工艺方法，严格监控工艺过程，实际检验施工质量，并对全过程进行记录和总结，改进其中的不足，不断提高技术水平，丰富理论内涵，开发新的用途和应用领域。

    1.1.1表面技术地位及意义

    表面技术在国民经济中起着不可估量的作用，表面技术作为材料科学与工程的前沿，是人类进步的里程碑，是尖端技术发展的基本条件。它促进和推动侍统产业的技术进步，并引起产业结构的变化，是知识密集、技术密集、保密性强的新兴产业。

    表面技术的应用，能使产品不断更新、物美价廉、占领市场并明显提高经济效益。产品的更新换代要求物美价廉，各种机件、构件、管道和设备要求延长寿命，使表面技术面临对传统技术的革新。使非金属材料金属化，金属材料非金属化，使各类产品新颖、美观、耐用且价格低廉具有竞争力。这就要求各种新技术、新材料重新组合，相互交融、交叉渗透。

    表面技术涉及众多行业，如机械、军工、模具、轻化工、建筑、桥梁、航空航天、基础结构工程、化工反应系统、石油化工等。现代表面技术的兴起同时也促进了新型表面工艺材料的发展，如电镀、化学镀、热喷涂、熔覆技术等应运丽生，为高科技、尖端技术提供了特殊性能的材料，如非晶态、超导、太阳能转换材料，金刚石薄膜等。

 1.1.2 与表面现象有关的一些表面技术

 表面技术体现在高新技术产品和先进的武器装备等各个领域，现仅介绍与表面现象有关的一些表面技术。

    (l)表面湿润和反湿润技术

    湿润是一种表面现象，人们有时期望液体在固体表面上有高度润湿性或不润湿性，这就需要在各种条件下采用表面湿润或反湿润技术。例如洗涤，即除去粘在固体基质表面土的污垢，尽管固体基质和污垢是各种各样的，但是为了除净污垢，洗涤液的基本条件是：洗涤液能湿润且直接附着在基质的污垢上，继而浸入污垢与基质界面，削弱两者之间的附着力，使污垢完全脱离基质形成胶粒而飘浮在洗涤液介质中。又如，矿物浮选是借气泡力来浮起矿石的一种物质分离和选别矿物技术，所使用的浮选剂是由捕集剂、起泡剂、调节剂、抑制剂和活化剂等配制的，而其中主要成分捕集剂的加入，使浮游矿石的表面变成疏水性，从而能粘附于气泡上或由疏水性使低密度介质湿润而浮起。

    (2)表面催化技术

    早在18世纪末科学家就已发现固体表面催化技术，催化技术是指固体表面能吸附某些物质，而且有的可使它们在表面上的化学反应速度大大加快。催化就是催化剂在化学反应过程中加快发生化学反应有关现象的总称。催化剂不仅能提高反应速率，加快达到化学平衡，而本身在反应终结时又不消耗。现在表面催化技术已经有了很大的发展，在工业上获得广泛而重要的应用。特别在化学工业中多相催化占有突出地位，例如，铁催化剂等用于合成氨工业，不仅实现从空气中固定氮而廉价地制得氨，并且建立了能耗低、自动化程度高和综合利用好的完整工业流程体系。催化有均相和多相两种，前者是催化荆和反应物处于同一物相，而后者是催化剂和反应物处于不同物相。多相催化在化学工业中占有十分重要的地位，是一种表面过程，例如，在固一气体系中催化反应的主要步骤是：反应物先在表面上化学吸附；吸附分子经表面扩散相遇；表面反应或键重排；反应产物脱附。微观研究证明，催化剂表面不同位置有不同的激活能，台阶、扭折或杂质、缺陷所在处构成活性中心，体现了表面状态对催化作用有显著影响。

    (3)膜技术

    这里所说的“膜”是指选择渗透物质的二维材料。在生物体中有许多这类“膜”，诸如细胞膜、基膜、复膜和皮肤等，它主要起着渗透、分离物质，保护机体和参与生命过程的作用。膜是把两个物相空间隔开而又使两者互相关联，是发生质量和能量传输过程的一个中间介质相。这种“膜”在结构上可以是多孔或是致密的，膜两边的物质粒子由于尺寸大小、扩散系数或溶解度的差异等，在一定的压力差、浓度差、电位差或化学位差的驱动下发生传质过程。由于传质速率的不同，造成选择渗透，因而使混合物分离。根据这样的原理，人们已能模拟生物膜的某些功能而人工合成医用膜，例如血液净化、透析、过滤、血浆分离、人工肺以及富氧膜等。医用膜通常由医用高分子制成，目前生物技术的发展已促便膜在分子水平上合成。实际上膜技术涉及的领域是广阔的，不仅在生物医学方面，而且在化工、石油、冶金、轻工、食品等许多领域都有重要应用。膜材料也不限于高分子材料，有些无机膜，特别是陶瓷膜和陶瓷基复合膜具有热稳定性化学稳定性好、强度高、结构造型稳定及便于清洗、高压反冲等优点，在化工、冶金等领域有巨大的发展前景。

    (4)表面化学技术

    表面化学技术涉及面很广，涉及到固一液界面的许多电现象及过程，如电解、电镀、电化学反应、腐蚀和防腐等都是早已熟知的表面化学技术。实际上还有一些极其重要的表面电化学技术，如与许多生物现象有关的细胞膜电势和生物电流，研究发现，细胞膜内外电化学电位不等于零。如果生物体系建立了完全的热力学平衡，那么就意味着死亡。进一步研究表明，细胞电势是由膜界面区形成双电层而产生的，并且可将细胞的代谢过程描绘成一个基本的生物燃料电池。大脑中有脑电波，它有各种不同的形状，从而显示出脑随思考、各种情绪的波动、睡眠等变化所处的各种状态。这类表面电化学过程的基本机理已应用于针灸、电脉冲针灸、心电图测量及起搏器等。

 综上所述，表面技术具有非常广泛的含义，广义地说，表面技术是直接与各种表面现象或过程有关的，是能为人类造福或被人类利用的技术。