表面处理行业的未来发展方向

传统的表面技术随着科技的进步也在不断创新。在电弧喷涂方面,发展了高速电弧喷涂,大大提高了喷涂质量。在等离子喷涂方面,研究了射频感应耦合等离子喷涂、反应等离子喷涂、三阴极等离子喷涂和微等离子喷涂。在电刷镀方面,发展了摩擦电沉积和复合电刷镀技术。粉末涂装技术在涂装技术中得到了发展。在粘接技术方面,开发了高性能环保粘接技术、纳米胶粘接技术和微胶囊技术。在高能束、激光或电子束表面熔覆、表面淬火、表面合金化和表面熔化的应用中,已经得到发展。在离子注入方面,继强流氮离子注入技术之后,又发展了强流金属离子注入技术和金属等离子体浸没注入技术。在解决产品表面工程问题时,新兴表面技术与传统表面技术相辅相成,为表面工程师提供了广泛的选择。

复合表面技术迅速崛起。

随着单一表面技术的发展,综合利用两种或两种以上表面技术的复合表面技术发展迅速。复合表面技术通过各种工艺或技术协同作用,使工件表面系统的技术指标、可靠性、寿命和质量经济性达到最佳效果,克服单一表面技术的局限性,解决工业关键技术高技术发展的一系列特殊技术难题。强调各种表面工程技术的结合,这是表面工程的重要特征之一。

开发各种功能涂料

表面工程中的大量任务可以延缓腐蚀,减少磨损,延长零部件的疲劳寿命。随着工业的发展,除了这三种故障外,还提出了许多特殊的表面功能要求。比如舰船上甲板需要防滑涂层,现代装备需要隐身涂层,军队官兵需要防激光致盲镀膜眼镜,太阳能加热发电设备需要高效吸热涂层光电转换涂层,录音机需要磁记录涂层,不粘锅需要氟树脂涂层,建筑行业的玻璃幕墙需要阳光控制膜等等。在功能涂层的制备中,表面工程也可以做出自己的贡献。

新型涂层材料的研究与开发

表面涂层材料表面技术是解决工程问题重要物质基础。目前新的涂层材料不断发展,有的是单独制备或熔化,有的是通过表面技术加工成型,后一种涂层材料的诞生,进一步显示了表面工程的特殊功能。

拓展表面工程的应用领域

表面工程已有效地应用于机械产品、信息产品和家用电器的建筑装饰。但其深度和广度还不够,对表面工程单元产品不了解、不应用的现象还很普遍。

表面工程的优势和潜在效益还没有得到很好的发挥,需要大量的宣传和推广工作。我国已加入世贸组织,推广应用表面工程应是提高产品质量、降低生产成本、改善产品包装、增强市场竞争力的主要措施之一。

表面工程生物工程的延伸引起了人们的关注,具有非常广阔的前景。比如髋关节表面修复,最常用的复合材料超高密度高分子聚乙烯镀钴铬合金,使用寿命可达15 ~ 25年。近年来,羟基磷灰石(HAP)得到了发展,它是一种重要的生物活性材料,与骨骼和牙齿的无机成分非常相似,具有良好的生物相容性,埋入人体后易于与新骨结合。但HAP材料易碎,因此有学者利用表面工程技术将HAP颗粒和金属Ni***沉积在不锈钢基体上,实现牢固结合。

随着专业化生产方式的改变,人们的环保意识增强,现在呼吁表面处理向原材料制造转移,这也是一个重要的趋势。

受家电厂商欢迎的预涂彩钢板,是在其金属材料表面涂上新品种的有机材料,既有有机材料耐腐蚀、色泽鲜艳的特点,又有金属材料的高强度和成型性。通过适当的切割、弯曲和冲压,可以制成多种产品外壳,不仅简化了加工程序,还减少了家电生产企业的加工设备投入,成为制作家电外壳的优良材料。

汽车制造业的表面加工任务很重,这就要求表面工程由现有的汽车制造厂来处理,在原材料制造时就要在出厂前积极处理。这种改变不仅仅是表面处理任务的简单转移,更是一种节能、节材、环保的措施。可以简化除油除锈工序,还可以利用轧钢后的余热,降低能耗。一些西欧国家的钢厂对半成品进行表面处理,如热处理、热浸镀、磷化、钝化等。

为国家重大工程服务。

先进的粘接技术、特种热处理技术、表面改性技术、薄膜技术和涂层技术都在新型军用飞机的研制中发挥了重要作用。吸波材料的研制成功为隐身装备提供了重要的物质基础。

长江三峡工程与其说是土木工程,不如说是钢铁工程。钢结构闸门总长2309.47米,占总长度的72%。在三峡工程中,所有的机械设备、金属结构、水工闸门、隧道、桥梁、公路、码头和储运设备都离不开地表工程。表面工程的应用一直是国家重点科技项目中的重要课题之一,如六五、七五、八五的重点科技项目安排和三峡工程的回顾。从表面技术涂层材料的选择、喷涂工艺的制定到表面的电化学保护,三峡工程的重大装备研制项目占据重要地位。

纳米表面工程技术正在形成

近年来,纳米材料技术正以惊人的速度发展。到目前为止,研究主要集中在纳米粉体的制备上,但纳米材料的结构问题越来越受到重视。众所周知,纳米材料的重要独特性能之一是具有特殊的表面性质。表面工程与纳米材料技术密切相关,与工艺方法的应用领域无关。

在传统的刷镀液中,加入了纳米粉体材料。可以制备出性能优异纳米复合涂层。在传统的润滑油添加剂中加入纳米粉体材料,可以改善减摩性能,并具有良好的自修复性能。

因此,可以说表面工程是推动纳米技术,尤其是纳米材料结构发展的主要力量之一。

推动再制造工程的发展

20世纪全球经济快速发展的同时,对自然资源的任意开采和对环境的无偿使用造成了全球生态破坏、资源浪费和短缺、环境污染等重大问题。其机电产品制造业是最大的资源使用者和最大的环境污染源之一。为了解决这个时代的问题,再制造工程应运而生。

再制造工程技术属于绿色先进制造技术,是对先进制造技术的补充和发展。报废产品再制造是延伸和创新产品生命周期管理、实现可持续发展的重要技术途径。再制造产业可以带来新的经济增长点和新兴产业。

表面工程再制造的关键之一是发挥基础性作用。可以说,没有表面工程,再制造是无法实现的。

机械设备经过长期使用,耗电量增加,振动加大,泄漏严重,维修费用高,一般应列为报废。这些现象都是零件磨损、腐蚀、变形、老化甚至裂纹等失效结果造成的。磨损发生在零件表面,腐蚀从零件表面开始,疲劳裂纹从表面向内延伸。即使老化部件的表面变形,表面的相对位置也移动。所以“症结”是表面的。表面工程可以充分发挥这些问题。

向自动化和智能化进军

表面处理,自动化程度最高的汽车行业,微电子行业。以神龙汽车公司车身涂装线为例,涂装工艺采用三层涂装体系(3C3B),即电泳低漆涂装、中间涂装、面漆涂装。涂层总厚度为110 ~ 130μ m,涂层车间共三层,一层为辅助设备,二层为工艺,三层为空调机组。车间是全封闭的。

随着机器人自动控制技术的发展,其他表面技术施工(如热喷涂)实现自动化、智能化已经为期不远。

减少对环境保护的负面影响

从宏观上讲,表面工程对节能、节材、环保有很大作用,但对于具体的表面技术,如涂装、电镀、热处理等,都存在“三废”排放问题,还是会造成一定的污染。目前,无氰电镀已基本取代有氰电镀,一些有利于环保的镀液也相继开发出来。目前在表面工程领域,提出封闭循环,实现零排放和“三废”综合利用。至于一些小企业,与上述目标相差甚远。总的来说,表面工程师要减少对环境保护的负面影响,仍然是艰巨而繁重的。