表面工程形成一门独立的学科虽然只是近20年的事，但其发展之快、涉及范围之广、对人们生产生活影响之大是当初大多数人所始料未及的。表面工程的概念由英格兰伯明翰大学教授汤·贝尔于1983年首次提出，现已发展成为跨学科的边缘性、综合性、复合型学科。

表面工程是将材料表面与基体一起作为一个系统进行设计，利用表面改性技术、薄膜技术和涂镀层技术，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。可以说，在材料表面上所发生的各种技术都是表面工程的一部分。

表面工程以最经济和最有效的方法改变材料表面及近表面区的形态、化学成分和组织结构，或赋予材料一种全新的表面。一方面它可有效地改善和提高材料和产品的性能(耐蚀、耐磨、装饰性)，确保产品使用的可靠性和安全性，延长使用寿命，节约资源和能源，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。随着现代科学技术的发展，表面工程技术在表面物理和表面化学理论的基础上，融汇了现代材料学，现代信息技术，现代工程物理，现代医学，现代农学，现代制造技术，在工业、农业、能源、医学、信息、工程、环境和与人类生活密切相关的领域取得了突飞猛进的发展。

表面技术的分类

表面技术有着十分广泛的内容，仅从一个角度进行分类难于概括全面，目前也没有统一的分类方法。下面列举其包括的各项。

一、电化学方法

这种方法是利用电极反应，在工件表面形成镀层。其中主要的方法是：

(一)电镀

在电解质溶液中，工件为阴极，在外电流作用下，使其表面形成镀层的过程，称为电镀。镀层可为金属、合金、半导体或含各类固体微粒，如镀铜、镀镍等。

(二)氧化

在电解质溶液中，工件为阳极，在外电流作用下，使其表面形成氧化膜层的过程，称为阳极氧化，如铝合金的阳极氧化。钢铁的氧化处理可用化学或电化学方法。化学方法是将工件放入氧化溶液中，依靠化学作用在工件表面形成氧化膜，如钢铁的发蓝处理。

二、化学方法

这种方法是无电流作用，利用化学物质相互作用，在工件表面形成镀覆层。其中主要的方法是：

(一)化学转化膜处理

在电解质溶液中，金属工件在无外电流作用，由溶液中化学物质与工件相互作用从而在其表面形成镀层的过程，称为化学转化膜处理。如金属表面的发蓝、磷化、钝化、铬盐处理等。

(二)化学镀

在电解质溶液中，工件表面经催化处理，无外电流作用，在溶液中由于化学物质的还原作用，将某些物质沉积于工件表面而形成镀层的过程，称为化学镀，如化学镀镍、化学镀铜等。

三、热加工方法

这种方法是在高温条件下令材料熔融或热扩散，在工件表面形成涂层。其主要方法是：

(一)热浸镀

金属工件放入熔融金属中，令其表面形成涂层的过程，称为热浸镀，如热镀锌、热镀铝等。

(二)热喷涂

将熔融金属雾化，喷涂于工件表面，形成涂层的过程，称为热喷涂，如热喷涂锌、热喷涂涂铝等。

(三)热烫印

将金属箔加温、加压覆盖于工件表面上，形成涂覆层的过程，称为热烫印，如热烫印铝箔等。

(四)化学热处理

工件与化学物质接触、加热，在高温态下令某种元素进入工件表面的过程，称为化学处理，如渗氮、渗碳等。

(五)堆焊

以焊接方式，令熔敷金属堆集于工件表面而形成焊层的过程，称为堆焊，如堆焊耐磨合金等。

四、真空法

这种方法是在高真空状态下令材料气化或离子化沉积于工件表面而形成镀层的过程。其主要方法是。

(一)物理气相沉积(PVD)

在真空条件下，将金属气化成原子或分子，或者使其离子化成离子，直接沉积到工件表面，形成涂层的过程，称为物理气相沉积，其沉积粒子束来源于非化学因素，如蒸发镀、溅射镀、离子镀等。

(二)离子注入

高电压下将不同离子注入工件表面令其表面改性的过程，称为离子注入，如注硼等。

(三)化学气相沉积(CVD)

低压(有时也在常压)下，气态物质在工件表面因化学反应而生成固态沉积层的过程，称为化学气相镀，如气相沉积氧化硅、氮化硅等。

五、其它方法

主要是机械的、化学的、电化学的、物理的方法。其中的主要方法是。

(一)涂装

闲喷涂或刷涂方法，将涂料(有机或无机)涂覆于工件表面而形成涂层的过程，称为涂装，如喷漆、刷漆等。

(二)冲击镀

用机械冲击作用在工件表面形成涂覆层的过程，称为冲击镀，如冲击镀锌等。

(三)激光表面处理

用激光对工件表面照射，令其结构改变的过程，称为激光表面处理，如激光淬火、激光重熔等。

(四)超硬膜技术

以物理或化学方法在工件表面制备超硬膜的技术，称为超硬膜技术。如金刚石薄膜，立方氮化硼薄膜等。

(五)电泳及静电喷涂

·电泳

工件作为一个电极放入导电的水溶性或水乳化的涂料中，与涂料中另一电极构成电解电路。在电场作用下，涂料溶液中已离解成带电的树脂离子，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。这些带电荷的树脂离子，连同被吸附的颜料粒子一起电泳到工件表面，形成涂层，这一过程称为电泳。

·静电喷涂

在直流高电压电场作用，雾化的带负电的油漆粒子定向飞往接正电的工件上，从而获得漆膜的过程，称为静喷涂。

诚然，所有上述种类的划分不是绝对的。如表面处理技术还可划分为表面改性技术、薄膜技术、涂镀层技术三大技术。

表面改性技术

图中的表面改性和表面转化两个方面的技术都可属于表面改性技术。实际上“表面改性”是一个具有较为广泛涵义的技术名词，它可泛指“经过特殊表面处理以得到某种特殊性能的技术”。因此，有许多表面涂镀层技术或薄膜技术也可看作表面改性技术。为了使各类技术归类完整，

这里所说的表面改性技术是指“表面覆盖”以外的，通过用机械、物理、化学等方法，改变材料表面的形貌、化学成分、相组成、微观结构、缺陷状态 或应力状态，来获得某种特殊性能的表面处理技术。

薄膜技术 主要包括图中的溶胶-凝胶法制备薄膜、真空物理沉积和化学气相沉积中的技术。

涂镀层技术 主要包括图中的涂料涂层、电化学及化学沉积、热喷涂中所列出的技术。

表面工程技术 为各个领域、各行各业高技术的发展开辟了新天地。它所形成的表面改性层、薄膜和涂镀层几乎扩展到所能设想到的每个方面，同时其基础理论也在不断丰富和发展。主要领域包括：①通过电沉积工艺在金属(后发展到在塑料、陶瓷等非金属材料)基体表面制造多种金属或合金涂层;⑵在钢铁或其他基材表面涂刷涂料来获得漆膜，仅涂料一项，全球主要工业国家统计1997年产量已达140亿升;③通过涂刷油、蜡、脂在材料表面得到各类防锈润滑作用的涂膜;④通过化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、磁控(电控)溅射等获得多种性能或用途的薄膜。据BBC Inc.统计全球1995年CVD、PVD和离子注入业的设备材料销售值近90亿美元，到2000年达150亿美元，年增长率7.4%，大于工业平均增长率。涂层材料品种的发展也很快，已有单一金属、多种合金、高分子聚合物、工程塑料、合成橡胶、陶瓷、金属陶瓷、无机硅酸盐及具有特殊光、磁、电性能等等材料。同时制造涂层和薄膜的工艺技术和工艺方法亦愈来愈多，有电沉积、化学沉积、真空沉积、浸镀、刷镀、静电喷涂、电泳、电弧喷涂、等离子喷涂、爆炸喷涂、超音速喷涂、热熔敷、激光熔覆等。各类制造涂层与薄膜的工艺技术促进了相应工程装备的发展，工程技术界不断推陈出新，各类加工制造用设备愈来愈先进。

值得一提的是，由于表面涂层、表面薄膜、表面改性在材料科学上的巨大发展潜力，已涌现出将多种表面工程技术复合而形成的复合表面处理技术。目前已开发的一些复合表面处理如等离子喷涂与激光辐照复合、热喷涂与喷丸复合、化学热处理与电镀复合、激光淬火与化学热处理复合、化学热处理与气相沉积复合等，已经取得良好效果，有的还收到了意想不到的效果。