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新型外觀功能覆層技術，包括低溫化學外觀涂層技術及超深層外觀改性技術，它運用物理、化學或物理化學等技術手段來改變“材料及其制件外觀成份和組織結構”，其特點是保持基體材料固有的特性，又賦予外觀化所要求的各種性能，從而適應各種技術和服役環(huán)境對材料的特別要求，因而它是制造和材料學科最為活躍的技術領域，又是涉及外觀處理與涂層技術的交叉學科。其最大的上風在于能以極少的材料和能源消費制備出基體材料難以甚至無法獲得的性能優(yōu)秀的外觀薄層，從而獲得最大的經(jīng)濟效益，它是一種優(yōu)質高效的外觀改性與涂層技術。優(yōu)質、高效的外觀改性與涂層技術其范圍廣闊：如熱化學外觀技術；物理氣相沉積；化學氣相沉積；物理化學氣相沉積技術；高能等離體外觀涂層技術；金剛石薄膜涂層；多元多層復合涂層技術；外觀改性及涂層性能展望及剪栽技術；性能測試與壽命評估等等。 新型低溫化學氣相沉積技術引入等離子體加強技術，使其溫度降至600度以下，獲得硬質耐磨涂層新工藝，所生產(chǎn)的高強度、高性能的涂層工藝，在高速、重負荷、難加工領域中有其特別的作用。超深層外觀改性技術可應用于絕大多數(shù)熱處理件和外觀處理件，可替換高頻淬火，碳氮共滲，離子滲氮等工藝，得到更深的滲層，更高的耐磨性，產(chǎn)品壽命劇增，可產(chǎn)生突破性的功能轉變。二、近況及國內(nèi)外發(fā)展趨勢 隨著基礎工業(yè)及高新技術產(chǎn)品的發(fā)展，對優(yōu)質、高效外觀改性及涂層技術的需求向縱深延長，國內(nèi)外在該領域與相干學科相互促進的局勢下，在諸如“熱化學外觀改性”、“高能等離子體外觀涂層”、“金剛石薄膜涂層技術”以及“外觀改性與涂層工藝模仿和性能展望”等方面都有著突破的進展。 1.熱化學外觀改性技術近況及發(fā)展趨勢 國外近年來正視對“可控氣氛條件和真空條件下的滲碳，碳氮共滲等技術的研究，并已實現(xiàn)工業(yè)化。而在我國應用很少，相干的技術研究工作亦不夠。可控氣氛滲碳和真空滲碳技術是明顯縮短生產(chǎn)周期，節(jié)能、省時，同時可進步工件質量，不氧化、不脫碳，保證零件外觀耐腐蝕和抗委靡性，并削減熱處理后機加工余量及清理工時。 目前國際上碳勢控制和監(jiān)測，滲層布型控制等方面的研究成果已應用于現(xiàn)實生產(chǎn)，并用計算機進行在線動態(tài)控制。 2.PVD、CVD、PCVD技術近況及發(fā)展趨勢 各種氣相沉積是當前世界上聞名研究機構和大學競相開展的具有挑釁的性的研究課題。目前該技術在信息、計算機、半導體、光學儀器等產(chǎn)業(yè)及電子元器件、光電子器件、太陽能電池、傳感器件等制造中應用十分廣泛，在機械工業(yè)中，制作硬質耐磨鍍層、耐腐蝕鍍層、熱障鍍層及固體潤滑鍍層等方面也有較多的研究和應用，其中TiN等鍍膜刀具的普及已引起切削領域中的一場革命，金剛石薄膜、立方氮化硼薄膜的研究也十分火熱，并已向實用化方面推進。 在不同PVD、CVD工藝的基礎上，通過發(fā)展和復合許多新的工藝和設備，如IBAD、PCVD與空心陰極多弧復合離子鍍膜裝配、離子注入與油濺射鍍或蒸鍍的復合裝配、等離子體浸沒式離子注裝配等賡續(xù)將該類技術推向新的高度。與國外的發(fā)展相比，我國在上述方面雖研究較多，但水平有較大差異，在實用化方面差距更大。 3.高能等離子體外觀涂層技術近況及發(fā)展趨勢 該技術是增長外觀物理化學反應，獲取特別性能覆蓋層。其核心是更有用地加強和控制陰極電弧等離子體的產(chǎn)生和作用，美國、日本、德國大力發(fā)展該技術。等離子體加強電化學外觀改性技術，是目前國際上較活躍的開發(fā)研究領域，對于鋁、鈦等材料，通過等離子體調(diào)光放電手段，加強電化學處理結果，在金屬外觀上生成致密氧化鋁和其它氧化物陶瓷膜層，可使基體具有極高性能外觀，是先輩制造工藝的前沿技術，在機加工用刀具和模具行業(yè)也有很了的應用前景。 4.金剛石薄膜涂層技術 金剛石具有極好的物理性能，在外形復雜的刀具、模具、鉆優(yōu)等工件外觀沉積上一層很薄的金剛石薄膜，可進步工件的使用性能，并知足一些特別條件的需求。近年來，因為金剛石薄膜的優(yōu)秀性能以及廣泛的應用前景，日本、美國、西歐均進行大量的研究工作，并開發(fā)了多種金剛石涂層工藝技術，已在國內(nèi)外掀起金剛石涂層研究的熱潮。尤其是在進步金剛石涂層和基體結合強度，大面積快速沉積金剛石涂層技術，產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)涂層金剛石薄膜設備體系等關鍵技術方面國外已取得突破性進展，美國、瑞典等國已推出金剛石金屬切削工具供給市場，而我國該技術還沒有達到實用水平，急待開發(fā)并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。 5.多元多層復合涂層技術的近況及發(fā)展趨勢 單一的外觀涂層不能知足外觀工程設計中苛刻的工況條件，任何外觀處理均有其不同的優(yōu)瑕玷，由于行使不同涂層材料的性能好處，在基體外觀形成多元多層復合涂層（含萬分漸變的梯度層）具有龐大的意義。國外已開展單層涂層厚度為納米級，層數(shù)在100層以上的多元多層復合涂層技術的研究，所制備的涂層具有較高的耐腐性、韌性和強度，和基體的結合強度也好，外觀粗糙度低，這對直精高速工削機械加工十人有利。國外已列入重要發(fā)展方面，予計在納米級邃密涂層材料研究和應用領域會有新的突破。由于復合涂層技術具有抗磨損、抗高溫氧化腐蝕、隔熱等功能，能擴大涂層成品使用范圍，延伸使用壽命，是一項在下一世紀會得到敏捷發(fā)展的技術。我國目前已開始研究，并取得初步成果，但還存在一些題目有待于解決。 6.外觀改性與涂層工藝模仿和性能展望的近況及發(fā)展趨勢 外觀改性與涂層技術作為外觀工程的緊張組成部分，已經(jīng)滲透到傳統(tǒng)工業(yè)與高新技術產(chǎn)業(yè)部門，根據(jù)應用的要求反過來又促進外觀功能覆層技術的進一步發(fā)展。根據(jù)使用要求，對材料外觀進行設計、對外觀性能參數(shù)進行剪裁，使之吻合特定要求，并進一步實現(xiàn)對外觀覆蓋層的組織結構和性能和展望等，已成為該領域緊張研究方向。國外已對CVD、PVD以及其它外觀改性方法開展計算機模仿研究，針對CVD過程進行模仿，采用宏觀和微觀多條理模型，對工藝和涂層各種性能和基體的結合力進行模仿和展望；對滲碳，滲氮工件滲層性能應力等進行計算機模仿等等，人們可以更好地控制和優(yōu)化工藝過程。我國這方面的研究剛處地超步階段。 三、“十五”目標及重要研究內(nèi)容 1.目標 根據(jù)國內(nèi)外外觀功能覆層技術的發(fā)展，結合機械工業(yè)的需求與近況，為國家龐大工程、龐大技術裝備研究開發(fā)一批先輩適用的外觀功能覆層關鍵技術。 .重要研究內(nèi)容： （1）新型低溫氣相沉積技術及裝備研究 研制新型磁控濺射、離子鍍膜、PCVD設備及其復合裝備，并實現(xiàn)工藝過程的主動控制。增強成膜、膜基結合機理的研究，降低制膜溫度，優(yōu)化反應過程及工藝參數(shù)，合成各種耐磨、抗蝕的新優(yōu)質鍍層。重點解決國家安全及支柱產(chǎn)業(yè)急需解決的外觀工程技術難題，力爭形成創(chuàng)新性科技成果，促進通用機械、閥門、冷作模具、高溫模具等行業(yè)的技術提高。 （2）納米級多無多層復合涂層材料及工藝技術研究 跟蹤國際先輩水平，研究50層以上納米級復合涂層技術及材料，包括納米級多層多元復合涂層材料重組、結構、厚度、層數(shù)的綜合設計，以及涂層材料的微觀組織結構及制備工藝技術研究。 （3）外觀涂層工藝及質量的數(shù)值模仿及優(yōu)化控制的研究與開發(fā)，偏重對熱化學外觀改性過程以及PVD和CVD沉積技術進行工藝模仿及優(yōu)化研究。建立數(shù)學模型和算法，開發(fā)出響應計算機軟件體系來引導和分析外觀改性和涂層工藝過程的設計，并展望外觀性能和服役壽命。 （4）金剛石薄膜涂層技術 開展大面積、快速、高質量金剛石薄膜涂層工藝技術及涂層刀具產(chǎn)業(yè)化技術研究，以涂層質量好，均勻同等性能穩(wěn)固可靠為研究重點，進步金剛石涂層沉積速率，完成響應設備的設計、制造，同時開發(fā)金剛石薄膜涂層刀片、硬質合金鉆優(yōu)等刀具，使壽命進步10倍，并用于汽車等工業(yè)。

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