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表面工程技术的开发和应用

表面工程学是一门新兴的学科，发展迅速，应用前景广阔。文章

阐述了开展表面工程学研究的目的和意义。评述了表面工程学在人类

文明和生活、在先进制造技术、在设备仪器维修、在电子通讯技术、

在高新技术以及在节约资源、保护环境中的作用和应用。

在高新技术以及在节约资源、保护环境中的作用和应用。

关键词表面工程学表面技术应用

关键词表面工程学表面技术应用

1.

前言

前言

表面科学与工程以表面为研究对象。表面问题是一个古老的问

题。然而，早在二十多年以前，所有固体物理的研究均假设材料是无

穷大的，没有表面，抛开表面问题来研究材料，说明表面有其特殊的

复杂性。美国材料界有“上帝创造了物质、魔鬼给了一个表面”之说，

可见表面问题是比较困难的。

可见表面问题是比较困难的。

表面工程学科发展的重要标志是1983年英国伯明翰大学成立了

Wolfson表面工程学院[1],并在1985年创办了国际性杂志《表面工

程》。认识到这一新兴学科的重要性，1986年在布达佩斯第5届国际

材料热处理大会上，将国际热处理学会更名为国际热处理与表面工程

学会。中国机械工程学会于1987年成立了表面工程研究所，1988年

出版了中文版《表面工程》杂志，1993年成立了中国机械工程学会

表面工程分会。自1989年以来，我国先后多次召开全国性或国际性

的表面工程学术会议和表面科学与工程学术会议。

的表面工程学术会议和表面科学与工程学术会议。

2、表面工程学的研究意义和目的

、表面工程学的研究意义和目的

物体的相互作用首先是通过物体表面进行的。表面及表面层的结

构与性能在科学、技术和日常生活中的重要性是不言而喻的。如催化如催化

技术和日常生活中的重要性是不言而喻的。

剂的催化行为是由表面成分和结构决定的；在在半导半导体材料中，体材料中，各种电

剂的催化行为是由表面成分和结构决定的；

性能通常是由材料的最外层微米数量级厚度的成分和结构控制的。工

程中常见的三大失效形式—磨损、腐蚀腐蚀和和断裂断裂，，前两者是因表面破坏

程中常见的三大失效形式—磨损、

而失效，即使是疲劳断裂，也往往是从受力最大的表面开始而逐渐向

内部发展。失效破坏导致零部件报废，设备停产，给国民经济造成巨

大的损失。表面工程学能直接针对许多贵重零部件的失效原因，实行实行

表面工程学能直接针对许多贵重零部件的失效原因，

局部表面强化或修复，对零部件进行预保护或重新恢复其使用价值，

它的最大优势是能够以多种方法制备出优于本体材料性能的表面功

能薄层，这层表面材料与制作部件的整体材料相比，厚度薄，仅占工

件整体厚度的几百分之一到几十分之一，但却赋于基体材料表面的原

来没有的特殊性能，从而满足工程上对材料表面性能的要求。因此，

开展表面工程学的研究，改善材料的表面性能，对于提高零件的使用

寿命和可靠性；对于改善机械设备的性能、质量，增强产品的竞争能

力；对于推动高新技术的发展；对于节约资源、美化人类生活，减少

环境污染等方面都具有重要意义，其经济效益和社会效益是显而易见

的。

的。

开展表面工程学的研究，不仅在于其经济意义，还在于其具有重

要的学术价值。美国工程科学院为美国国会提供的2000年前集中力

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量加强发展的项新科学技术中，有关材料方面的仅有材料表面科学

[2]

与技术的的研究。在我国材料表面改性作为传统材料性能优化的

基础研究也列入国家自然科学基金“九五”优先资助领域。在国家的

节能节材九五规划中建议将发展表面工程作为重大措施之一，并列出

[3]

节能、节材示范项目。表面科学的研究可为表面技术的研究提供

一定的理论指导；表面新技术的开发和完善又提出许多新的学术课

题，表面工程学的研究也有力地促进了相关学科的发展。

题，表面工程学的研究也有力地促进了相关学科的发展。

表面工程学研究的目的是赋于材料表面具有原来没有的特殊性

能：

能：

1)