第14章納米表面工地進(jìn)程技術(shù)設(shè)計(劉世參)-資料下載頁
2025-01-13 16:08本頁面
【正文】 聲表面波薄膜Al2(Nb2O6)3，硅酸鋁，金剛石100nm濾波器件，緩時器件熱學(xué)納米太陽能吸熱膜SnxAlyNzOw1080nm太陽能換熱器 復(fù)合表面技術(shù)的運(yùn)用在單一表面技術(shù)發(fā)展的同時，綜合運(yùn)用兩種或多種表面技術(shù)的復(fù)合表面技術(shù)（也稱第二代表面技術(shù)）有了迅速的發(fā)展。復(fù)合表面技術(shù)通過最佳協(xié)同效應(yīng)使工件材料表面體系在技術(shù)指標(biāo)、可靠性、壽命、質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性等方面獲得最佳的效果，克服了單一表面技術(shù)存在的局限性，解決了一系列工業(yè)關(guān)鍵技術(shù)和高新技術(shù)發(fā)展中特殊的技術(shù)問題。強(qiáng)調(diào)多種表面工程技術(shù)的復(fù)合，是表面工程的重要特色。復(fù)合表面工程技術(shù)的研究和應(yīng)用已取得了重大進(jìn)展，如熱噴涂和激光重熔的復(fù)合、熱噴涂與刷鍍的復(fù)合、化學(xué)熱處理與電鍍的復(fù)合等。即使同一種表面技術(shù)，在其發(fā)展歷程中也同樣存在著博采眾長與其它技術(shù)相互交叉的趨勢。以離子注入為例：在用于半導(dǎo)體材料摻雜的離子注入基礎(chǔ)上發(fā)展起來的束線離子注入技術(shù)可大大改善零件表面的耐磨性、耐疲勞性和光、電、磁性能。為了克服功能膜層比較薄的缺點(diǎn)，學(xué)者們將蒸鍍、濺射鍍膜技術(shù)與束線離子注入技術(shù)相結(jié)合發(fā)展了離子輔助鍍膜（IAC）或離子束輔助沉積（IBAD）技術(shù)，既克服了一般鍍膜技術(shù)中膜基結(jié)合不良的缺點(diǎn)。由于束線離子注入存在著固有的視線限制，無法處理形狀復(fù)雜或者較為大型的零件，近10年來國內(nèi)外興起了等離子體浸沒離子注入（PIII）技術(shù)，將工件浸沒在等離子體中，能全方位處理形狀復(fù)雜的零件，也能方便地處理大和重的工件。該技術(shù)在材料表面改性方面取得了巨大的成功。而沿著束線離子注入技術(shù)路線發(fā)展起來的MeVVA等離子體源，可以向金屬表面注入金屬離子，并在航空航天零部件的抗高溫腐蝕方面取得了令人滿意的效果。最近，一些研究者又綜合了PIII和MeVVA二者的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了金屬等離子體浸沒離子注入與沉積（MePIIID）。這項(xiàng)技術(shù)既可進(jìn)行純金屬等離子沉積，又可進(jìn)行金屬等離子體注入，還可任意改變二者的比例，為離子注入技術(shù)在表面改性方面的應(yīng)用開拓了更為廣闊的空間。納米表面技術(shù)的研究成果豐富了復(fù)合表面技術(shù)的內(nèi)涵，也為表面技術(shù)設(shè)計中提高表面性能、降低生產(chǎn)成本、加快表面處理速度以及節(jié)省能源開辟了新途徑。盧柯等學(xué)者對經(jīng)過表面納米化加工的純鐵進(jìn)行滲氮處理試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)和傳統(tǒng)滲氮處理工藝相比，滲氮處理溫度由原來的500℃下降到300℃，處理的時間由原來的24h縮短到9h。這一成果是滲氮處理技術(shù)的重大創(chuàng)新，其意義是減小了滲氮處理對零件整體性能的熱影響、提高了生產(chǎn)效率、節(jié)省了能源。材料表面經(jīng)過納米化加工后，獲得了層厚約50mm的納米晶，晶粒中含有大量晶界可以作為氮原子擴(kuò)散的便捷通道，而且從熱力學(xué)的觀點(diǎn)分析，納米結(jié)構(gòu)層中在晶界和晶粒內(nèi)部以非平衡缺陷的形式儲存了過多能量，為氮化物的生成提供了額外動力。在此機(jī)理的作用下，還發(fā)現(xiàn)鉻、鋁在納米化層中的擴(kuò)散速度亦明顯增強(qiáng)，并可使擴(kuò)散處理溫度大幅度降低。這一實(shí)例展現(xiàn)了納米復(fù)合表面技術(shù)廣闊的前景。 確定表面技術(shù)設(shè)計方案的方法在按前幾節(jié)表面技術(shù)設(shè)計程序進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，可以提出若干個方案，通過聯(lián)想對比和試驗(yàn)確定出優(yōu)化方案。聯(lián)想對比法是創(chuàng)新設(shè)計中的一個重要方法，在確定表面技術(shù)設(shè)計方案時經(jīng)常用到。在聯(lián)想對比中，首先要剖析老機(jī)型、舊零件的工況條件和失效形式及失效度，分析因果關(guān)系，明確改進(jìn)思路。還可以聯(lián)想對比同類和不同類的機(jī)械表面處理效果。表面工程已廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)，學(xué)習(xí)其它行業(yè)的應(yīng)用情況，了解工況條件相近的零件表面失效情況及防治措施對正確選擇表面技術(shù)和表面材料有重要的參考價值。而飛機(jī)、汽車以及軍用裝備尤其具有代表性，是善于吸納先進(jìn)表面技術(shù)的載體。在多種聯(lián)想對比中，通過吸納、移植、改造，為自己產(chǎn)品的表面設(shè)計提供更多的佐證。當(dāng)前摩擦學(xué)技術(shù)設(shè)計和腐蝕學(xué)技術(shù)設(shè)計已有較大進(jìn)展，并已經(jīng)開發(fā)出一些行業(yè)性的表面技術(shù)設(shè)計專家系統(tǒng)軟件，這些成果在納米表面技術(shù)設(shè)計中都可以借鑒。但是由于各種機(jī)械的運(yùn)行工況條件千差萬別以及摩擦副匹配有多種材料，當(dāng)前還很難進(jìn)行精確計算來評比出表面處理方案的優(yōu)劣，即使計算，有些系數(shù)還需要通過模擬試驗(yàn)來求得。尤其是納米表面工程是一個新興的領(lǐng)域，許多傳統(tǒng)的計算方法以及塊體材料的性能不能在納米技術(shù)中照搬照抄，在這種背景下，進(jìn)行試驗(yàn)是非常必要的。試驗(yàn)可分為實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和實(shí)車考核試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的主要內(nèi)容是測量涂覆層與基體的結(jié)合強(qiáng)度、測量涂覆層的硬度（平面和斷面）、分析涂覆層的金相組織及納米顆粒的分布情況、對要求耐磨的表面進(jìn)行磨損試驗(yàn)、對要求耐腐蝕的表面進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)、對抗疲勞損傷的表面進(jìn)行疲勞試驗(yàn)等。在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對于重要的零部件通常應(yīng)安排實(shí)車考核試驗(yàn)。在實(shí)車考核試驗(yàn)時，可以用經(jīng)納米表面技術(shù)處理的零件與未處理的零件進(jìn)行對比，也對可供選擇的兩種或多種納米表面預(yù)案進(jìn)行對比，無論哪種形式對比，實(shí)驗(yàn)樣本要大些，實(shí)車運(yùn)行條件應(yīng)與理想條件相接近，以保證實(shí)車考核試驗(yàn)結(jié)果的可信度。在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和制備實(shí)車考核試驗(yàn)零件時，除了注意收集表面涂覆層性能方面的數(shù)據(jù)，還要注意收集經(jīng)濟(jì)性方面的數(shù)據(jù)，為比較準(zhǔn)確地計算成本創(chuàng)造條件。納米表面工程技術(shù)設(shè)計是一個嶄新的課題，需要在納米表面工程的研發(fā)與實(shí)踐中不斷補(bǔ)充、豐富和發(fā)展。參考文獻(xiàn)1 徐濱士，：國防工業(yè)出版社，1999.2 徐濱士，. 北京：國防工業(yè)出版社,2002.3 李金桂，：國防工業(yè)出版社，2000.4 （第2卷）.南昌：江西科學(xué)技術(shù)出版社，2002.5 師昌緒，2001，14（1）：27.6 ：北京大學(xué)出版社，1999.7 陳光華，：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.8 M. Sawada, et al, Jpn. J. Appl. , 36: 4911.9 劉剛，雍興平，14（3）：15.10 石森森,:化學(xué)工業(yè)出版社,2000.11 衣立新，徐敘榮等，功能材料，（32）2001，33712 E. Bringuier， Phys. Rev. Lett。， （57）1998，228013 丁士進(jìn)，張衛(wèi)，王鵬飛等，功能材料，（31）2000，45214 王根水，紅外，（5）2001， 715 李言榮，惲正中，電子材料導(dǎo)論，清華大學(xué)出版社，200116 張懷武，冉崇斌，鐘智勇，真空科學(xué)與技術(shù)，（21）2001，15420
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