表面工程技术：有效的节能减排解决方案

任何产品，在其全寿命周期中都存在能源消耗和废弃物排放问题，无论是原材料生产（如采矿、炼油）、材料制备（如金属冶炼、有机材料合成）、零部件加工（如采用机械、物理或化学等方法），还是产品使用、报废的每个环节，无不伴随着对能源的消耗和对环境的污染。因此，提高产品本身的使用寿命，就是最好的节约能源、减少排放措施。

表面工程技术是将材料表面与基体统筹作为一个系统进行设计，利用表面改性技术、薄膜技术、涂镀层技术或多种表面技术的复合，使材料表面获得材料本身没有而又希望具有的性能的系统工程，提高其耐腐蚀、耐磨损、抗疲劳特性和表面强度，保持表面的完好性，使用寿命得以延长，进而显著提高材料及其制品使用可靠性、安全性、经济性和耐久性。它一方面可有效地改善和提高材料和产品的性能（耐蚀、耐磨减摩（或增摩）、装饰性能），确保产品使用的可靠性和安全性，延长产品的使用寿命，节约材料生产、零部件制造和使用等各个环节所消耗的资源和能源，减少环境污染；另一方面还可赋予材料和器件特殊的物理和化学性能，例如声光磁电的转换和存储性能，使器件多功能化和超小型化，更有效地节约有限的资源和能源。从功能和作用来讲，表面工程技术主要起到提高或改变材料表面的耐蚀、耐磨以及各种特殊的物理、化学、装饰性能，其应用价值从图7-2中得以显现。

磨损、腐蚀和断裂是机械零部件、工程构件的三大主要破坏形式，它们所导致的经济损失十分巨大，其中由于磨损和腐蚀导致的机件失效与相应的经济损失占非常大的比例。

国际上第一份关系国民经济的摩擦学调查报告是英国于1966年2月公开发表的著名的“Jost报告”，该报告称，在英国通过摩擦学知识和技术的应用，每年在工业上可挽回由于摩擦磨损造成的经济损失51500万英镑，这相当于当时英国GDP的1.1%。此后的一些年中，世界上一些主要发达国家纷纷发表了本国的摩擦学调查报告，这些报告共同认为，摩擦磨损带给国民经济的损失是巨大的，对于英国、日本和美国，1971年时这一损失价值估计为当年各国GDP的1%～2%。我国也在1986年发表了《全国摩擦学工业应用调查报告》，该报告称：“1984年我国工矿企业在摩擦、磨损、润滑方面的节约潜力为176.4亿元”，这相当于我国当年GDP的1.37%。

图7-2 表面工程技术的功能与作用(www.xing528.com)

许多国家政府对腐蚀造成的损失也进行了全面的调查分析。1969年英国T.P.Hoar领导的委员会在英国贸易和工业部的支持下，进行了英国的腐蚀调查，发表了知名的“Hoar报告”，估计英国腐蚀的总损失相当于GDP的3.5%；美国1998年总的腐蚀损失为2757亿美元，其中直接经济损失为1379亿美元；日本腐蚀防蚀协会于1999年开展的腐蚀调查结果表明，用Uhlig和Hoar两种方法估算的1997年全日本腐蚀损失分别为39380亿日元和52580亿日元，占当年GDP的0.77%和1.02%。据2003年10月出版的，根据中国工程院咨询项目“中国工业与自然环境腐蚀问题调查与对策”写成的《中国腐蚀调查报告》提供的权威数据，我国每年腐蚀总损失可达4979亿元以上，约占GDP的5%。

如此看来，在我国，每年因摩擦磨损和腐蚀造成的总损失应至少占当年GDP的7%以上（其中摩擦磨损总损失估计占当年GDP的2%），即达6000亿元以上。

众所周知，磨损和腐蚀均是发生于构件表面的材料流失过程，而且其他形式的机件失效许多也是从表面开始的。采用表面工程技术延缓和控制表面的破坏，成为解决上述问题的有效方法。

表面工程节约资源和能源的效果还体现在它能显著提高产品附加值，从而实现用小的（用于表面处理的）能源、材料投入，获取高的产品价值的效益型生产。例如，计算机铝合金硬磁盘基片上化学镀非晶态镍磷合金和溅射钴基记忆合金后，价值提高十余倍；再如，球墨铸铁管外壁经热喷涂锌后，每吨产品增值20%～30%。

先进表面工程技术的发展及推广应用，符合当今国际上“绿色工程”的发展趋势，符合国家“节能减排”的发展战略，可以获得更大的经济效益和社会效益。在知识经济占主导地位的21世纪，表面工程技术将更深地融入到高新技术的开发和传统工业的改造。如在基因图谱识别与地址图谱编制中，识别和分辨率的高低很大程度上取决于传感器的表面材料。随着表面技术的发展，复制基因片断、肽链体和活性生物体将不会只是理想。表面工程技术还是微电子与信息技术发展的重要支柱：计算机的集成电路、光盘读写头、显示器、存储器、接口，以及光缆、卫星，表面技术遍及信息网络的各个角落。表面技术还将为人类探索外星宇宙、开采海底资源保驾护航。另外，表面工程技术的应用，带来了材料的节约和优化使用，减少了设备的腐蚀和磨损。总之，表面工程与人们的生产、生活息息相关。