【綜述】19世紀工(gōng)業革命以來，爲了适應耐磨耐高溫、耐酸堿腐蝕和高強度、高硬度等特殊要求，人們需要不斷開(kāi)發各種特殊合金材料以滿足需求，然而這些合金材料往往成本高昂，而且多數情況下(xià)，難以同時滿足整體(tǐ)和表面的性能要求。金屬材料服役時不可避免的與環境相接處，而與環境真正接觸的是金屬表面，如各種機械零件和工(gōng)程構件，甚至體(tǐ)内植入材料等。當金屬表面發生(shēng)破壞或失效，将嚴重影響其服役效果和使用壽命。1983年英格蘭伯明翰
【綜述】
19世紀工(gōng)業革命以來，爲了适應耐磨耐高溫、耐酸堿腐蝕和高強度、高硬度等特殊要求，人們需要不斷開(kāi)發各種特殊合金材料以滿足需求，然而這些合金材料往往成本高昂，而且多數情況下(xià)，難以同時滿足整體(tǐ)和表面的性能要求。金屬材料服役時不可避免的與環境相接處，而與環境真正接觸的是金屬表面，如各種機械零件和工(gōng)程構件，甚至體(tǐ)内植入材料等。當金屬表面發生(shēng)破壞或失效，将嚴重影響其服役效果和使用壽命。1983年英格蘭伯明翰大(dà)學教授湯·貝爾首次提出表面工(gōng)程的概念，利用極少量材料對金屬基體(tǐ)表面進行改性處理，使金屬表面得到保護和強化，解決單一(yī)材料無法解決的問題，從而大(dà)大(dà)提高産品的使用壽命和可靠性。
金屬表面處理是指通過機械加工(gōng)、熱處理、化學或複合方法使金屬表面的組織結構、化學成分(fēn)和物(wù)理狀态等發生(shēng)變化，從而使經過處理後的金屬表面表現出與原基體(tǐ)不同的性能，來滿足對金屬材料耐蝕性、耐磨性、裝飾性或者其他功能性的要求。目前已有許多成熟的金屬表面處理技術，通常按照加工(gōng)方式不同，可分(fēn)爲機械方法、物(wù)理方法和化學方法三類。爲了便于理解，我(wǒ)們按照是否對金屬材料表面引入其他元素或物(wù)質，将金屬表面處理技術分(fēn)爲兩大(dà)類，即表面組織強化方法和表面塗層方法。
【金屬表面組織強化】
表面組織強化方法是用機械、物(wù)理或化學等方法來改善材料表面的形貌、微觀組織結構、缺陷狀态或應力狀态，目的是使原來基體(tǐ)表面層（0.3-3 μm深度）獲得如下(xià)強化組織的一(yī)種或幾種：1）增加表面晶體(tǐ)缺陷（如位錯密度等），2）獲得壓應力狀态表層，3）表面形成硬化組織（如馬氏體(tǐ)等），4）表面晶粒細化或微晶化，5）表面非晶化。這種處理工(gōng)藝主要包括切削、磨削、抛光、噴丸、噴砂、超音振蕩、感應加熱、表面淬火(huǒ)、激光蝕刻等。另外(wài)還有部分(fēn)化學處理過程也可歸爲表面組織強化方法，比如酸、堿處理，過氧化氫處理以及電(diàn)化學晶界腐蝕等。
機械抛光
依靠非常細小(xiǎo)的抛光粉的磨削、滾壓作用，除去(qù)試樣磨面上的極薄一(yī)層金屬。
表面淬火(huǒ)
利用快速加熱使表層奧實體(tǐ)化，立即淬火(huǒ)使表層組織轉變爲馬氏體(tǐ)以強化表面，心部組織基本不變。
感應加熱
利用交變電(diàn)流在表面感應巨大(dà)渦流，使金屬表面迅速加熱形成氧化層。
【金屬表面塗層】
表面塗層方法是通過物(wù)理或化學的方法在基體(tǐ)材料表面制備一(yī)層與基體(tǐ)組織結構和性能不同的鍍層或膜層。根據塗層作用原理不同，又(yòu)可大(dà)緻分(fēn)爲轉化膜層和沉積膜層兩類。
轉化膜層是通過金屬基體(tǐ)與環境相（通常爲液體(tǐ)）發生(shēng)某種特定的化學反應而在基體(tǐ)表面原位生(shēng)長的膜層，化學組成多爲無機成分(fēn)。由于原位生(shēng)長的特殊性，轉化膜通常具有較高的膜基界面結合強度。目前形成轉化膜的方法主要包括鈍化（passivation）、陽極氧化（anodization）、微弧氧化（micro-arc oxidation）、離(lí)子注入（ion implantation）以及化學轉化（chemical conversion）等。
一(yī)、金屬表面轉化膜層的主要處理技術
微弧氧化
在高電(diàn)壓下(xià)等離(lí)子體(tǐ)輔助陽極氧化的過程，金屬表面能夠生(shēng)成附着力好并且電(diàn)絕緣的多孔氧化膜。
化學轉化
通過金屬表面在特定溶液介質中(zhōng)發生(shēng)化學和電(diàn)化學反應而生(shēng)成一(yī)層不溶性無機化合物(wù)膜層。
沉積膜層主要指依靠電(diàn)能、動能或熱能，将成膜原子、分(fēn)子或離(lí)子輸送至基體(tǐ)表面，進而發生(shēng)凝聚形成的膜層。一(yī)般而言，形成的塗層化學成分(fēn)多樣，可以根據需求和應用不同選擇無機或有機成分(fēn)甚至金屬塗層。由于加工(gōng)方法的多樣性和差異性，形成的沉積膜層與基體(tǐ)的結合強度變化也很大(dà)。目前形成沉積膜層的方法主要包括噴塗（spraying）、氣相沉積（vapor deposition）、溶膠-凝膠法（sol-gel）以及仿生(shēng)沉積（biomimetic）等。
二、金屬表面沉積膜層的主要處理技術
等離(lí)子噴塗
采用由直流電(diàn)驅動的等離(lí)子電(diàn)弧作爲熱源，将陶瓷、合金、金屬等材料加熱到熔融或半熔融狀态，并以高速噴向經過預處理的工(gōng)件表面而形成附着牢固的表面層。
化學氣相沉積
利用氣相中(zhōng)發生(shēng)的物(wù)理、化學過程，在工(gōng)件表面形成功能性或裝飾性的金屬、非金屬或化合物(wù)塗層。
溶膠-凝膠法
以适當的無機鹽或有機鹽溶液爲原料，經過水解與縮聚反應在基體(tǐ)表面膠凝形成薄膜，最後經幹燥、煅燒和燒結獲得一(yī)定結構的表面薄膜。
【金屬表面處理技術應用】
金屬表面處理技術以其高度的實用性和顯著的優質、高效、低耗等特點，在日常生(shēng)活、機械制造、航天航海、交通能源、石油化工(gōng)以及生(shēng)物(wù)醫學等各個行業領域得到了越來越廣泛的應用。金屬表面處理技術不僅是金屬材料産品的“美容術”，也是許多産品性能的改良技術，更是先進的産品制造技術。金屬表面處理技術的應用主要體(tǐ)現在以下(xià)幾個方面：
防護性
大(dà)部分(fēn)表面處理技術都對金屬材料有一(yī)定的防護和強化作用，提高金屬在大(dà)氣、海水及化學介質中(zhōng)的耐蝕性能，以及在服役期的抗疲勞性、耐磨性和潤滑性等。如生(shēng)活和工(gōng)程應用中(zhōng)鋁合金陽極氧化、鍍鋅鋼絲、五金表面鍍鉻等。
裝飾性
金屬材料由于本身特性，會随着時間、環境的變化産生(shēng)鏽蝕等變化，失去(qù)金屬本身的光澤。表面處理可賦予金屬材料表面一(yī)定的光亮度、色彩度和花紋圖案，對金屬表面起到美化效果。如激光雕刻、光化學腐蝕、金屬壓花以及各種表面噴塗等。甚至在一(yī)些特殊的金屬武器裝備表面可以應用表面處理技術，使其表面有效消除反光或吸收光線以利于隐蔽。
功能性
在某些特殊應用中(zhōng)，表面處理技術還可以賦予金屬表面某種特殊功能性，使金屬材料的應用更加廣泛，如絕緣性能、反射隔熱性能、親疏水性能、生(shēng)物(wù)相容性等。
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