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材料表面工程

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材料表面工程材料科學的分學科,它主要側重於研究固體物質的表面。它在化學機械工程電氣工程(特別是對於半導體製造)方面都有應用。

固體是由塊體材料及覆蓋其上的表面所組成的。約束塊狀材料的表面稱為表面相,它作為界面將材料與周圍環境隔開。被表面覆蓋的固體稱為體相。固體中的表面相會與周圍環境產生相互作用。這種相互作用隨着時間的推移會惡化表面相。環境隨着時間的推移對表面相產生惡化的原因可能有磨損腐蝕疲勞蠕變

材料表面工程的內容涉及改變表面相的性質,以減少隨着時間推移造成的惡化。這是通過使表面適應於其所用的環境來實現的。

技術工藝

表面工程技術
激光束或電子束表面改性

固態相變

液態相變

表面熔凝

表面塗覆

表面合金化

化學、電化學沉積

複合鍍

刷鍍

激光電鍍

化學鍍

化學、電化學轉化

電解氧化着色

微弧等離子體陽極化

陽極氧化原位合成

熱噴塗

塑料噴塗

電弧噴塗

低壓等離子噴塗

爆炸噴塗

超音速連續噴塗

化學氣相沉積

熱解化學氣相沉積

等離子體增強化學氣相沉積

激光誘導化學氣相沉積

微博等離子體化學氣相沉積

金屬有機物化學氣相沉積

物理氣相沉積

真空蒸鍍

離子鍍

濺射沉積

表面工程的應用與未來

表面工程技術已被應用於汽車航空導彈能源電力生物醫藥紡織石油石化化工鋼鐵電力水泥機床建築等行業。表面工程技術可用於在所需的基體表面獲得各種功能特性,包括物理,化學,電氣,電子,磁,機械,耐磨和抗腐蝕特性。幾乎所有類型的材料,包括金屬陶瓷聚合物複合材料可塗覆於互相類似或不同的材料。也有可能形成的新的塗層材料、分級沉澱和多組分沉澱等。

1995年,表面工程在英國有着100億英鎊的市場。其中使得材料表面耐磨損腐蝕而延長壽命的塗層,佔據了近一半的市場。

近年來,在表面工程領域出現了從古老的電鍍到現代工藝的轉變,如氣相沉積擴散熱噴塗及採用離子,激光,離子,電子,微波,太陽能光束,脈衝電弧,脈衝燃燒,火花,摩擦和感應加熱等先進的熱源的焊接

據統計,在美國,由磨損和腐蝕造成的損失大約有5000億美元。在美國,大約有9524家企業(包括汽車,飛機,電力和建築等行業)依賴於23466家表面工程行業的支持。

全世界大約有65個學術機構從事表面工程的研究和教育。