李金桂

（中航工業(yè)北京航空材料研究院，北京 100095）

筆者幾十年來長期從事“航空材料”、“腐蝕控制”和“表面工程”方面的研究工作，在“表面工程”領域發(fā)表了《現代表面工程設計手冊》等六部專著[1—6]和大量論文，其中以“表面工程”為主題的論文有九篇，如“表面工程學形成與發(fā)展”、“再論現代表面工程”等[7—11]。本文作為延續(xù)，定名為“十論現代表面工程”，作為小結。

1 一條定義

2002年一月出版的《國防科技名詞大典》[12]將“表面工程”定義為：將材料表面與基體一起作為一個系統(tǒng)進行設計，利用表面改性轉化技術、薄膜技術和涂鍍層技術，使材料表面獲得材料本身沒有而又希望具有的性能的系統(tǒng)工程。它是近代技術與經典表面工藝相結合、繁衍、發(fā)展起來的；它擁有堅實的科學理論基礎，像表面界面理論、表面失效理論、腐蝕科學、摩擦科學等；它包括表面轉化改性、薄膜、涂鍍層材料與制備工藝、施涂與檢測技術、表面組成與結構分析技術、表面性能測試技術、檢驗方法、標準、評價和質量保證、工藝過程控制等，為形成新型表面和表面層工程化生產的成套技術。它可有效地改善和提高材料和產品的性能（耐蝕、耐磨、裝飾性能），確保產品使用可靠和安全，延長使用壽命，或賦予材料和器件特殊的物理和化學性能，例如聲光磁電的轉換和存儲性能，使電子器件多功能化和超小型化，有效地節(jié)約有限的資源和能源，減少環(huán)境污染，維護可持續(xù)發(fā)展。

2 兩條原則[2]

1）表面與實體形成一個系統(tǒng)的原則?！侗砻婀こ虒W》明確提出，任何產品的設計、制造都離不開材料，也離不開表面和界面，主張：將材料表面與基體一起作為一個系統(tǒng)進行設計與制造，即在產品進行設計與制造的同時，進行其表面與界面的設計與制造。

2）表面保護層完整性原則。表面保護層是提高材料及其制品的環(huán)境抗力，預防腐蝕最普遍、最有效、最受設計師青睞的保護技術。實踐證明，只要材料及其制品表面保護層完整無損，其材料基體和制品就擁有環(huán)境抗力。所以，使用過程中需要不斷保護、檢查、修補、更新保護層。

3 三大技術[2]

3.1 表面改性轉化技術

運用現代技術改變材料表面、亞表面層的成分、結構和性能的處理技術稱為表面轉化技術，主要包括六大類，見表1。

表1 表面改性轉化技術內涵Tab.1 Connotation of surface modification technology

3.2 薄膜技術

運用近代表面沉積技術，在零件（或襯底）表面沉積出厚度為100 nm～1 μm或數微米薄膜的形成技術，稱為薄膜形成技術或薄膜技術。按用途，可以分為光學薄膜、微電子學薄膜、光電子學薄膜、集成光學薄膜、信息存儲膜和防護功能薄膜等六大類，見表2。

表2 薄膜技術Tab.2 Thin film technology

3.3 涂鍍層技術

采用古典技術、近代技術或二者相結合在零件表面涂覆一層或多層表面層的形成技術稱為涂鍍層技術，分為五大類，見表3。

表3 涂鍍層技術Tab.3 Coating technology

4 四大功能[2]

材料的表面技術，即表面改性、薄膜沉積或涂鍍層施加，功能和作用十分廣泛，例如：提高材料或零件的耐蝕性、抗高溫氧化性；提高其對周圍環(huán)境和使用運行環(huán)境抗害的抗力；提高耐熱、導熱、隔熱、吸熱、熱反射的性能；賦予材料特定的物理特性，如導電、絕緣、半導體特性、超導、電磁屏蔽、發(fā)光、消光、光反射、光選擇吸收、雷達波隱身、紅外隱身、親油、親水、親某種涂層、可焊、粘著、傳感等；賦予材料聲、光、磁、電轉換的特種功能等；賦予材料特定的化學特性，如耐酸、耐堿、耐特種液體、催化等；賦予制件表面裝飾特性，如鮮艷的色彩、圖文，非金屬制件表面金屬化、光化、抗老化等；提高材料制件表面完整性，降低粗糙度，降低表面缺陷，提高表面光亮度，提高抗應力腐蝕、抗疲勞、抗腐蝕疲勞的能力。表面工程技術的四大功能可見表4。

表4 表面工程技術的功能和作用Tab.4 The function and effect of surface engineering technology

5 表面工程學[2,7—8]

現代表面工程技術是提高材料及其制品使用可靠性、安全性、經濟性和耐久性，盡可能延長其使用壽命的最普遍、最實用、最經濟、最受青睞的成套技術，又擁有堅實的理論基礎及大批的科研生產技術隊伍，順理成章地迅速形成為一門新的學科是歷史的必然。其涵蓋的內容見表5。

表5 現代表面工程學所涵蓋內容Tab.5 Content of modern surface engineering

6 結語

防止材料腐蝕的研究可以追溯到古代，三千多年前中國的大漆、二千多年前秦始皇墓中的青銅劍表面改性就是極好的例證。后來發(fā)展了三個行業(yè)，即電鍍、油漆和熱噴涂。20世紀60年代，三束（電子束、離子束和激光束）進入表面加工技術領域，引發(fā)了表面加工技術翻天覆地的變化與突飛猛進的發(fā)展。1983年英國成立表面工程學院，1986年歐洲熱處理學會更名為歐洲熱處理與表面工程學會，并出版了國際性表面工程雜志，有關表面改性、薄膜、涂層以及表面工程綜合性技術的會議頻頻召開。近50年來，表面工程技術成為世界各國優(yōu)先公關的關鍵技術，20世紀90年代，世界上出現了《表面工程學》。

我國近幾十年來表面工程也有了長足發(fā)展，筆者為此發(fā)表專著和論文進行推廣。本文作為小結，論及了近代表面工程的一條定義、兩大原則、三大技術、四大功能以及表面工程學的內涵，以感謝老師和各位同行的教育與幫助。