金属管材表面研磨强化试验装置的总体和结构设计研究(2)
所需要表面性能的系统工程。它是以“表面”为研究核心，其最大的优势是能够以多
种方法制备出优于本体材料性能的表面功能薄层，赋予零件耐高温、防腐蚀、耐磨损、
抗疲劳、防辐射等性能
。
从 19世纪80 年代表面工程的诞生到现在，经历了三个发展阶段
：
第一代表面工程是指传统的单一表面工程技术，包括热喷涂、电刷镀、激光熔覆、
PVD（物理气相沉积）技术、CVD（化学气相沉积）技术以及激光束、离子束、电子束
三束表面改性等。
第二代表面工程又称复合表面工程，是指将两种或多种传统的表面技术复合应用，
起到“1+1>2”的协同效果。例如，热喷涂与激光（或电子束）重融的复合，热喷涂
与电刷镀的复合，化学热处理与电镀的复合，多层薄膜技术的复合等。这些技术复合
已成为表面性能的“倍增器”。
第三代表面工程即纳米表面工程，是指纳米材料和纳米技术有机的与传统表面工
程的结合与应用。
1.2 表面纳米化
科学界普遍认为，纳米表面工程技术已成为新的发展方向。由于纳米材料具有独
特的结构和优异的性能，为新一代高性能材料的设计、开发提供了材料和技术基础，
因此纳米技术将会是是 21 世纪经济增长的一台主要的发动机，近几年来，纳米科技
受到了世界各国尤其是发达国家的极大青睐，并引发了越来越激烈的竞争。
表面纳米化优点如下：
1）利用表面纳米化提高金属材料（及零部件）表面的强度、硬度、疲劳、耐磨
性和耐腐蚀性等，并通过表面性能的改善提高材料整体的综合性能和使用寿命；
2）将表面纳米化处理与化学处理结合，降低化学处理的成本，使精密零部件能
够经过变形小或无变形的低温化学处理而获得高性能和多功能；
3）利用表面纳米化与化学处理的复合工艺，在材料的表面获得具有高性能的复
相表层，可望为利用常规工程金属材料取代昂贵材料提供一条新途径；
4）利用材料表面纳米晶组织较高的活性和均匀的微观粗糙度，进行其他表面处
理（如喷涂、电镀和沉积等），可明显的增加表层与基体的结合力，有可能开发出新
型的具有高综合性能的材料。
5）提高了零件的加工精度：尺寸精度变高了；形位精度变高了；无表面波度；
表面光洁度变高了。
6）改善了零件表面的性质：使摩擦系数及磨损减少；使配合性质改善、工作精
度提高；使表面强度得到提高；使耐腐蚀性增强；表面美观；使其他物理性能得到改
善（反光系数、电的物理性能等等） 。
1.3 表面纳米化制备技术
人们提出了多种表面纳米化技术，如喷丸、电镀、喷涂、气相沉积(ＰＶＤ、Ｃ
ＶＤ)、激光处理和表面化学处理等，这些技术通过材料表面组织结构的改善极大地
提高了材料的诸多性能，因此已在工业上取得了广泛的应用。随着纳米材料与纳米技
术研究的不断深入，如何将表面改性技术与纳米技术相结合，以开发利用纳米材料的
优异性能，有待于进一步探索。
1）高能喷丸技术
喷丸处理也称预应力喷丸处理，这是一种给金属零件表面喷射金属细小颗粒(直
径 170～630μ ｍ)、玻璃或陶瓷颗粒的加工技术。在喷丸作用下，金属零件表面相当
于进行了一次冷锻。在处理过的表面中部得到一种应力，可以抵抗小裂缝的产生。高
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