تاریخچه ی توسعه ی مهندسی سطح

قواعد عمومی مربوط به توسعه

توسعه ی مواد مورد استفاده در تمدن بشری، به دلیل پیشرفت های زیر ایجاد شده است. یعنی
1) استفاده از منابع زیر زمینی به عنوان منبعی برای مواد ساختاری
2) توسعه ی روش های تولید این مواد ساختاری از این منابع. این روش ها عمدتاً به استفاده از آتش و سایر روش های تولید و استفاده از انرژی حرارتی بوده است، مخصوصاً حرارت دهی الکتریکی.
نقش مهندسی سطح در این فرایندهای تولید، در شکل 1 نشان داده شده است.

تاریخچه ی توسعه ی مواد ساختاری فلزی

توسعه ی تاریخچه ی مواد در طی زندگی بشری، بدون شک با ظهور اولین ابزار سنگی در آفریقای مرکزی و شرقی در 170000 سال پیش از میلاد، بهره برداری از آتش در 140000 سال بعد، در چین و در نهایت مهارت ایجاد آتش در 200000 سال بعد، در ارتباط است (جدول 1). چند ده هزار سال قبل از میلاد، انسان از ابزارهای استخوانی و سنگی مانند چاقو، درفش، دستگاه های حکاکی، اره و دریل، استفاده می کرد. همچنین چند هزار سال پیش، در زمینه ی استخراج سنگ چخماق، ماهر شدند. عصر سنگ با ظهور اولین ابزارهای فلزی به پایان رسید، اگر چه این ابزارها بعد از پایان رسیدن این عصر نیز ادامه یافت. از لحاظ زمانی، کشف فلزات به ترتیب با کشف مس، قلع، طلا، نقره، سرب و در نهایت آهن، ادامه یافت. بعد از کشف این فلزات، فلزاتی همچون آنتیموآن، جیوه، نیکل، کروم، منگنز، تنگستن، آلومینیوم و سایر فلزات ادامه یافت.
عصر برنز، با پیدا کردن قطعات مسی بوسیله ی بشر، شروع شد. این کار 5000 تا 4000 سال پیش از میلاد مسیح، اتفاق افتاد. مس از جمله قدیمی ترین فلزات شناخته شده بوسیله ی بشر است و اگر چه میزان این ماده در پوسته ی زمین، اندک است، نقش مهمی در تاریخ پیشرفت بشر، ایفا کرده است. در ابتدا، این ماده به صورت مس خالص، مصرف می شد و بعدها، این فلز به صورت آلیاژ با سایر فلزات مورد استفاده قرار گرفت. این آلیاژهای عبارتند از برنز (آلیاژ مس و قلع) و برنج (آلیاژ مس و روی) می باشد. مس و آلیاژهایش مخصوصاً برنز، یکی از مواد اساسی در تولید ابزارآلات اولیه و زیور آلات بوده است. برنز، در اصل برای تولید ظروف تزیینی، اسلحه، چراغ، آیینه، زیورآلات و ابزارهای مختلف، استفاده می شود. بسته به ترکیب آلیاژ، این اشیا قهوه ای تیره، قرمز، و حتی رنگ نقره ای یا سبز دارند.
قلع به صورت خالص، از آغاز تمدن بشری، مورد استفاده قرار گرفته است اما بعد از زمان مدیدی، این ماده به شکل خالص، کشف شد.
تمدن باستانی که از فرات و دجله (عراق امروزی) تا آفریقای شمالی (مصر) و اروپای جنوبی (ایتالیا و یونان) ادامه یافته است، توانسته اند تا مهارت بدست آوردن سایر فلزات، مثل طلا، نقره و سرب، را مقدور ساخت. دو فلز دیگری که در تمدن باستان کشف شد، جیوه و آنتیموآن بود که احتمالاً در زمان های بعدی و در طی عصر طلا در یونان و بعدها، در روم، کشف شد.
سرب به عنوان محصول فرعی فرایند تولید روی بوده است. این ماده در طی تولید برنج، کشف شده است. سرب در شکل خالص، برای تولید تابوت، کمربند بشکه، سیم و گلوله ی توپ، استفاده شد. این مسئله تا زمانی ادامه یافت که گلوله های چدنی، تولید شدند. مجاری عبور آب در روم، از لوله های سربی ساخته شدند.

عصر آهن

این عصر در واقع از حدود 1000 سال پیش از تاریخ مسیح، شروع شد، اگر چه آهن بدست آمده از شهاب سنگ ها، 3 تا 4 هزار سال پیش، کشف شدند. آهن 5 % پوسته ی زمین را تشکیل می دهد. به هر حال، در طی عصر برنز، این ماده تنها استفاده های دریایی پیدا کرد زیرا استخراج و بدست آوردن آن، سخت بود. نقطه ی ذوب آهن مخصوصاً آلیاژهای آن، نقطه ذوب بالاتری نسبت به آلیاژهای مس دارند. یک چنین دماهایی در ابتدا بوسیله ی بشر قابل تولید نبود. تلاش برای فرآوری آهن به میانه ی قرن 4 ام قبل از میلاد، باز می گردد. البته موفقیت در حصول این مسئله، به قرن اول و دوم قبل از میلاد، بر می گردد. قدیمی ترین آثار بدست آمده از کاوش ها، نشان داده است که تولید و استفاده از آهن تقریبا برای تمام افرادی که در دوران باستان زندگی می کردند، شناخته شده نبود. اجسام تولید شده از آهن ساده، که عمدتاً منشأ شهاب سنگی داشتند، به صورت گاه و بیگاه در قرن 4 ام و 3 ام قبل از میلاد، در مصر و آسیای غربی، استفاده می شدند. در قاره ی اروپا، فرآوری آهن ابتدا به حوضه دریای اژه بر می گردد. این مسئله 1000 سال پیش از میلاد مسیح، انجام شده است. از همان قرن 4 ام بود که آهن به آهستگی توانست بر برنز و برنزهای روی دار، پیشی بگیرد.
توسعه ی تکنولوژی فرآوری آهن در اصل، به خاطر بهبود در کوره های ذوب، انجام شد. با این کار تولید آلیاژهای آهن و کربن، مقدور شد. بعدها، سایر عناصر آلیاژی نیز به این ماده اضافه شد. این عناصر، عبارتند از تنگستن، کروم، آلومینیوم و نیکل. بعد از اضافه شدن این عناصر، تکنولوژی های تولید و فراوری مانند فرج، ریخته گری و ماشین کاری فولادهای ساده و ریخته گری شده، نیز توسعه یافتند.
با به پایان رسیدن قرن 19 ام، فولادهای ابزار سخت (فولادهای آلیاژی و کربنی)، مورد استفاده قرار گرفت. بعد از این کشف، فولادهای تند بر و در نهایت کاربیدهای زینتر شده، متالوسرامیک ها و مواد سرامیکی زینترشده، تولید شدند. در طی نیمه ی دوم قرن 20 ام، کامپوزیت های فلزی توسعه یافتند. این را باید به خاطر داشته باشید که اولین کامپوزیت مورد استفاده بوسیله ی بشر، مخلوطی از یونجه و گل بوده است. سوپرآلیاژها (آلیاژهای با استحکام بالا از جنس تیتانیوم و کروم)، فولادهای میکروآلیاژی، فولادهای دوبلکس و لعاب های فلزی، نیز بعد از آن توسعه یافته است.
در توسعه ی تمدن بشری، مواد فلزی همواره نقش قابل توجهی را ایفا کرده اند. این نقش، یک نقش غالب بوده است. در طی هزاران سال، درصد مشارکت مواد فلزی تا سال 1960، گسترش یافت. تقریباً 10000 سال قبل از میلاد مسیح، مواد فلزی تنها چند درصد از مواد ساختاری را تشکیل می دادند، در حالی که مواد سرامیکی در این زمان، 40% و کامپوزیت های غیر فلزی، 10 % و پلیمرها (چوب، فیبر، پوست و چسب) 45 % از مواد ساختاری را تشکیل می دادند. در سال 1960، سهم مواد فلزی افزایش یافت و به میزان 80 % رسید. تخمین زده شده است که در سال 2020، سهم مواد فلزی، ممکن است به 50 % کاهش یابد.
شکل 2 نشاندهنده ی توسعه ی مواد فلزی مهم از نقطه نظر خواص کاربردی می باشد.
تاریخچه ی توسعه ی تکنولوژی های مربوط به بهبود سطحی مواد ساختاری
محصولات تولید شده از آهن و صنایع فلزی، ممکن است با و بدون استفاده از عملیات های بهبود سطحی، مورد استفاده قرار گیرند. معمولاً تکنولوژی های تولید و فرآوری مختلف از زمان های باستان تا به امروز، مورد استفاده قرار می گیرند (جدول 2). این تکنولوژی ها موجب بهبود عمر مفید ماده می شود. این بهبود می تواند تا چند هزار درصد نیز برسد.

توسعه ی مواد فلزی ساختاری به صورت توأم بوده است، اگر چه این توسعه همواره آهنگ پیشرفت یکسانی نداشته است. در واقع این پیشرفت ها، به منظور حصول بهترین خواص سطحی انجام شده است:
• افزایش مقاومت در برابر اکسیداسیون و سایر شکل های خوردگی مانند خوردگی در دمای بالا و خوردگی در محیط های مختلف
• مقاومت در برابر لغزش، سایش و ایروژن
• ایجاد خواص سطحی خاص، مانند بهبود رسانایی الکتریکی
• تسهیل انجام عملیات های فنی متعاقب بر روی ماده
این جهت گیری، به خاطر موارد زیر اتفاق افتاده است:
1) پدیده های فیزیکی، شیمیایی، گرمایی و الکتریکی هم در حالت منفرد و هم در حالت چندگانه. با این کار، خواص مورد نیاز برای سطح، این مواد ساختاری، ایجاد شده است.
2) مواد مختلف و کامپوزیت های آنها. با کامپوزیت سازی، موجب می شود تا بتوان در مواد، خواص سطحی مناسب ایجاد گردد. این بهبود در خواص، با استفاده از پوشش دهی، و انجام فرایندهای مختلف، انجام می شود.
این فرایندها بر روی مواد مختلف انجام می شود:
• فلزات و آلیاژها
• ترکیبات بین فلزی
• سیلیکات ها (فلزات، سرامیک ها و شیشه)
• محصولات رنگی (رنگ ها و لاک ها)
• پلاستیک ها
• روغن، گریس ها، واکس، پارافین، چسب، کائوچو، قطران و قیر
از لحاظ زمانی، اولین تکنولوژی ها در زمینه ی بهبود سطحی، مربوط به تکنولوژی های شکل دهی اشیای فلزی بود: با تغییر در شکل، معمولاٌ خواص سطحی بهبود می یابد. بهبود در خواص سطحی در واقع با کاهش میزان زبری سطحی، انجام می شود. اولین ابزارهای این چنینی در واقع ابزارهای سنگی با سطح صافی بود که در از 7000 سال پیش از میلاد مسیح، مورد استفاده قرار می گرفتند.
فلزات مربوطه، بواسطه ی فرج سرد، شکل دهی می شدند. این فرایند، یک فرایند مهندسی سطح است. استفاده از فرایند فرج، به 5000 سال قبل از میلاد مسیح باز می گردد.
یک نوع خاص از فرج سرد، بر روی فویل های نازک طلا انجام می شود. این فرایند موجب می شد که اشیای مختلف، با این فلز و سایر فلزات، پوشش داده شوند. اولین شیئ پیدا شده که دارای پوشش طلاست، یک مجسمه ی سر حیوان است که به 3 قرن پیش از میلاد مسیح بر می گردد. پوشش طلای مشابهی بر روی مجسمه ی ازریس، مشاهده می شود. این مجسمه از جنس برنز می باشد و در مقبره ی تاتانخامون قرار دارد. این مجسمه مربوط به قرن 16 پیش از میلاد است.
در مقیاس بزرگتر، مجمسه های برنزی بزرگتر که با روش فرج، ساخته شده اند، در قرن سوم پیش از میلاد، ساخته شده اند. علاوه بر روش فرج اولیه که آثار آن به ثبت رسیده است، فرج با قالب، در دوره های بعدی مورد استفاده قرار گرفته است. این فرج برای تولید سکه استفاده شده است. اولین سکه های تولید شده با این روش، در قرن 7 ام پیش از میلاد، تولید شده اند. قدیمی ترین شواهد در زمینه ی فرج آهن، مربوط به سکه های آهنی بدست آمده از اسپارتا می باشد که در قرن 5 ام پیش از میلاد، تولید شده اند.
یک نقش قابل توجه در توسعه ی تکنولوژی فرج، بوسیله ی توسعه ی فولاد سازی، انجام شده است. این مسئله موجب ایجاد پیشرفت های قابل توجه در این زمینه شده است. در قرن 10 ام و 11 ام بعد از میلاد، اشیای فرج شده، به طور گسترده در اروپا، مورد استفاده قرار گرفتند. یک توسعه ی قابل توجه در تجارت محصولات فرج شده، در طی قرن های 16 ام و 17 ام بعد از میلاد، انجام شده است.
علاوه بر فرج، سایر روش های کار سرد و روش های شکل دهی پلاستیک گرم، توسعه یافتند. در زمان های بعد از این مسئله، تکنولوژی نورد، کشش و پرس، نیز توسعه یافتند. امروزه، شکل دهی پلاستیک به عنوان یک فرایند در آن فلز شکل دهی و تقسیم، موجب ایجاد تغییرهای مربوط به خواص فیزیکی شیمیایی، ساختاری، صافی سطحی و یا ایجاد تنش های باقیمانده می شود. این فرایند، یکی از فرایندهای تولید اساسی در شکل دهی مواد است. از اواسط دهه ی 19 میلادی، شکل دهی پلاستیک گرم به طور قابل توجه گسترش یافت. این فرایند در ابتدا با چکش و بوسیله ی کارگران حرفه ای انجام می شد. در اوایل قرن 20 ام، عملیات های سطحی بوسیله ی شکل دهی سطحی، انجام شد. این فرایند پرداخت نامیده شد. در واقع این فرایند، ترکیبی از شکل دهی پلاستیک با ماشین کاری است.
مورد دوم از فرایندها که قدمتی مشابه با تکنولوژی شکل دهی دارد، ریخته گری است. قدمت این روش، به عهد عتیق بر می گردد. سومری ها که در بین النهرین ساکن بودند، هنر بدست آوردن اشکال ریخته گری مسی را داشتند. این مورد به قرن 4 ام پیش از میلاد مسیح، بر می گردد. قدیمی ترین قطعات ریخته گری شده ی پیدا شده به قرن 3 ام پیش از میلاد بر می گردد. تقریباً در 2000 سال پیش از میلاد، ریخته گری در مصر یک کار شناخته شده بود. ریخته گری در یونان و روم باستان، مورد استفاده قرار گرفته است. در جایی که امروزه به آن لهستان گفته می شود، ریخته گری به دوران نوسنگی باز می گردد (یعنی 2000 سال پیش از میلاد مسیح). در زمان های قدیم، علاوه بر مجسمه، سکه و جواهر، ابزارها و ماشین آلات فنی نیز بوسیله ی روش ریخته گری تولید می شدند. در قرون وسطی، ریخته گری برای تولید تسمه، توپ، گلوله ی تولید و سایر وسایل، مورد استفاده قرار می گرفت.
در چین، ریخته گری آهن به احتمال زیاد به قرن 5 ام تا 7 ام قبل از میلاد، باز می گردد. در قرن 13 ام و 14 بعد از میلاد، سطح کار ریخته گری، نسبت به اروپا، پیشرفته تر بود. تنها در انتهای قرن 14 ام بود که مهارت مربوط به ریخته گری، به اروپا رسید و تولید گلوله های توپ، متداول شد. توسعه ی قابل توجه در اروپا به قرن 16 ام بر می گردد. در این دوره، ریخته گری محصولاتی همچون لوله ی تفنگ، لوله های آب، و صفحات دیواره ی کوره، گسترش یافت. یک مرحله ی قابل توجه در این کار، با شروع ریخته گری در داخل قالب، شروع شد. این کار در سال 1708 بوسیله ی یک فرد انگلیسی به نام A. Darby انجام شد. در سال 1792، یک انگلیسی به نام J. Wilkinson، اولین کوره کوپله ی با سوخت ذغال سنگ را ساخت. در دهه ی 19، ریخته گری آهن همچنین بوسیله ی صنعت ساختمان، مورد استفاده قرار گرفت. در سال 1824، J. Laing اولین وسیله برای ریخته گری پیوسته را طراحی کرد. همچنین در سال 1838، ریخته گری تحت فشار ابداع شد و در سال 1890، این ریخته گری تحت فشار برای تولید قطعات از جنس آلیاژهای روی، مورد استفاده قرار گرفت. در سال 1851، J. Meyer (یک آلمانی)، اولیت ریخته گری فولاد را انجام داد. در انتهای قرن 19 ام، ریخته گری محصولات آلومینیومی شروع شد و در دهه ی 1930 بود که ریخته گری منیزیم و محصولات روی، اجرا شد. تکنولوژی ریخته گری دقیق و مدل های پوسته ای، در دوران جنگ جهانی دوم، به کمال خود رسید. امروزه، مهندسی ریخته گری، یکی از شاخه های مهم از صنعت فلزی است.
تکنولوژی سوم که جزء تکنولوژی های قدیمی محسوب می شود و به طور نزدیکی، با مهندسی سطح در ارتباط است، ماشین کاری است. نمونه های اولیه از ماشین های تراش، که از روش سوراخ کاری و اره های سنگی استفاده می کرده اند، در 5000 سال پیش از میلاد مسیح، وجود داشته اند. در بین ابزارهای ماشین کاری اولیه و آن ابزارهایی که امروزه، بوسیله ی انسان، مورد استفاده قرار می گیرند، سنگ چاقو تیز کنی، سوهان ها، اسکنه، چاقو و دریل را می توان نام برد. این ابزارها در ابتدا از جنس استخوان و سنگ فلینت ساخته می شدند و در طی زمان، جنس مورد استفاده برای ساخت آنها به برنز، آهن، چدن و در نهایت، فولاد، تبدیل شد. اولین ابزارهای ماشین کاری که بوسیله ی بشر، مورد استفاده قرار گرفته اند، مته و ماشین خراطی بوده اند. تقریباً در 1500 سال بعد از میلاد مسیح، کاربرد مته های عمودی برای ماشین کاری لوله ی تفنگ، با مشکلاتی روبرو بود. وقتی ابزارهای ماشین کاری خوب با نیروی محرکه ی مکانیکی، طراحی شد، این وسایل، مقبولیت خوبی پیدا کردند. این مسئله در انتهای قرن 18 ام، بوجود آمد. تا سال 1900، این وسایل از فولادهای کربنی ساخته می شدند، ولی در بین سال های 1900 تا 1906، شروع تازه ای در تولید این گونه وسایل، بوجود آمد و از فولادهای تندبر برای ساخت آنها استفاده شد. از سال 1926 به بعد، ابزارهای کاربیدی و از سال 1932 به بعد، ابزارهای تولید شده از اکسیدهای فلزی زینتر شده، مورد استفاده قرار گرفتند.
با استفاده از ماشین کاری، سطح محصولات پرداخت شد. این کار در سال 1916 در آلمان، اتفاق افتاد. شاخه هایی از روش های الکترو- ایروژن، پوشش دهی با تخلیه ی جرقه ای (spark-discharge coating) می باشد که در دهه ی 1940 مورد استفاده قرار گرفت.
هم اکنون، ماشین کاری تقریباً 80 % از کل عملیات های مورد استفاده در تولید قطعات ماشین را به خود اختصاص داده است.
اولین تکنولوژی شناخته شده ی مهندسی سطح، عملیات حرارتی بود. در واقع اگر بخواهیم به طور دقیق تر صحبت کنیم، باید بگوییم عملیات حرارتی سطحی که یا به صورت نفوذی (کربونیزاسیون و نیتریداسیون) یا غیر نفوذی (سخت کاری) انجام می شود. مشابه بیشتر ابداع های بشری، این روش ها نیز در طی جنگ، برای ساخت سلاح، مورد استفاده قرار گرفتند. اولین تلاش ها برای بهبود آهن، با استفاده از وارد کردن عناصر آلیاژی به سطح این مواد، انجام شد. این کار در 2000 تا 1500 سال قبل از میلاد مسیح، در مصر و هند انجام شد. احتمالاً در این روش، سطح نمونه کربونیزه می شده است. اولین توصیف در مورد پرتابه های سخت شده، مربوط به Homer می باشد (ادیسه، 700 سال قبل از میلاد مسیح). تقریباً 120 سال قبل از میلاد، سخت کاری فولاد، در چین مورد استفاده قرار می گرفته است و 20 سال بعد، دانه های سویا برای کربونیزاسیون مورد استفاده قرار گرفته است (به طور دقیق تر باید گفت برای کربونیتریداسیون فولاد). این دانه ها که غنی از کربن و نیتروژن است، برای اشباع کردن سطح فولاد استفاده می شد. در یک معنا، عملیات حرارتی فولاد، برای تولید فولاد دمشق مورد استفاده قرار گرفته است. این فولادها، به دلیل سختی و الاستیسیته ی بالا، متمایز هستند. این فولادها در ابتدا و در طی قرون وسطی (قرن 4 تا 11 بعد از میلاد) در هند تولید شدند ولی بوسیله ی عرب ها تکمیل و استفاده ی آن در اروپا، گسترش یافت. روش تولید این فولاد، شامل جوش دادن میله ها یا سیم های فولادی با درصدهای کربن مختلف بوده است. درصد کربن در این مواد، بین 1.2 تا 1.8 % بوده است . این لایه ها بعد از تولید، آنیل و فرج می شوند. مشابه با فولاد دمشق، ماده ی دیگری بوسیله ی رومیان و ژاپنی ها، توسعه یافت. در زمان های بعدی، فولاد دمشقی تولید شده در ایران، ارزش قابل ملاحظه ای پیدا کرد.
اولین توصیف دقیق در مورد کربونیزاسیون بوسیله ی راهب آلمانی تئوفیلوس در 1100 سال بعد از میلاد مسیح، ارائه شده است. در سال 1871، W. Kruk از لهستان، یک توصیف دقیق در مورد کربونیزاسیون ارائه کرد.
این خوب است که بگوییم، نیتریده کرده که در مقیاس صنعتی و در آلمان، از سال 1924، مورد استفاده قرار می گرفته است، در سال 415 بعد از میلاد، یک ستون فرج شده از جنس آهن در دهلی برافراشته شد. این جالب است که این ستون، در طی گذر زمان، دچار خوردگی نشده است. بررسی های انجام شده بر روی این ستون در قرن 15، نشان داد که سطح این ستون، با لایه ای نازک از نیترید آهن، پوشیده شده است. در این حالت، آهن در برابر خوردگی، مقاومت دارد. به هر حال، این ستون هرگز به طور عمدی، نیتریده نشده بود. امروزه، این فهمیده شده است که عامل افزایش خوردگی این ستون، می تواند مربوط به غلظت بالای آمونیاک در هوای اطراف این ستون بوده است که از اوره ی حاصله از ادرار حیوان، ایجاد شده است. این محیط با هوای نیمه گرمسیری هند، ترکیب شده است.
هم اکنون، چند ده فرایند عملیات سطحی مختلف، در حال استفاده می باشد. این فرایندها، هم نفوذی و هم غیر نفوذی اند. آخرین تکنولوژی نفوذی که از جنگ جهانی دوم تا به امروز، مورد استفاده قرار می گیرد، در شرایط تخلیه ی درخشان انجام می شود.
تکنولوژی رنگ، از زمان های بسیار دور، مورد استفاده قرار می گرفته است. البته باید گفت که این تکنولوژی، در ابتدا و برای چند ده هزار سال، عمدتاً برای اهداف زیبایی شناختی، استفاده می شده اند. اولین نقاشی های ترسیم شده بر روی دیوار غارها که در ترسیم آنها از رنگ های طبیعی استفاده می شود، در35000 سال پیش از میلاد مسیح، مورد استفاده قرار می گرفتند. از زمان های دور، دستورالعمل هایی در مورد آماده سازی رنگدانه های طبیعی، برجای مانده است. در سال 1856 بعد از میلاد، یک انگلیسی به نام W.H. Perkin، رنگدانه های سنتزی را بدست آورد. عموماً تا انتهای قرن 19، محصولات رنگ زا عمدتاً برای اهداف زیبایی و دکوراسیونی، استفاده می شدند. از شروع قرن بعد، از این پوشش ها برای اهداف حفاظتی و دکوراسیونی استفاده شد. این مسئله به عنوان یک حقیقت پذیرفته شده است که تا سال 1930، اصول مخلوط کردن رنگ ها هیچ تغییر اساسی پیدا نکرد. رنگ های بر پایه ی خاک که در مدل های مختلف ساخته می شدند، رنگ های بر پایه ی آب بودند (مثلاً آهک، ماده ی پروتئینی شیر، رنگ لعابی، آبرنگ و سیلیکات) در حالی که انوع جدیدی از این رنگ ها، بر پایه ی روغن های طبیعی و رزین ها، تولید می شدند. مدتی بعد، رنگ های بر پایه ی نیتروسلولز و رزین های آلکیدی، تولید شدند و در دهه ی 1930، پی وی سی، ابداع شد. بین سال های 1950 و 1960، توسعه ی سریعی در پلیمرهای جدید انجام شد: پلیمریزاسیون تراکمی و افزایشی، موجب تولید مواد جدید در زمینه ی صنعت رنگ شد. از سال 1960 به بعد، گام بلندی در زمینه ی عمومیت دهی به تکنولوژی های جدید تولید رنگ، بر داشته شد. این توسعه روش های اعمال رنگ مانند روش های پنیوماتیکی، هیدرودینامیکی و الکترواستاتیکی بود که با استفاده از آنها، رنگ های تر و خشک، بر روی نمونه ها، اعمال می شدند. هم اکنون، استفاده ی روز افزون از رنگ های محلول در آب و دوستار محیط زیست، و بازیافت محصولات رنگی، گسترش یافته است.
کشف الکتریسیته ی حیوانات در سال 1789 بوسیله ی L. Galvani، موجب شد تا از این انرژی در تکنولوژی های مهندسی سطح، استفاده شود. از این روش ها، برای پوشش دهی یک عنصر بر روی سطح فلز یا نافلز، استفاده شد. تحقیقات بعدی که بوسیله ی A. Volta و B.S. Jacobi در سال های 1801 و 1838 انجام شده است، منجر به انجام کارهای اساسی در زمینه ی آبکاری الکتریکی شده است. توسعه ی سریع این تکنولوژی، در طی سال های 1940 تا 1956 انجام شده است. اکنون، آبکاری الکتریکی و یا استفاده از گالوانواستجی (galvanostegy) یکی از تکنولوژی های پایه ای در زمینه ی مهندسی سطح می باشد.
رسوب دهی پوش با روش اسپری گرمایی، بواسطه ی توسعه های انجام شده در زمینه ی جوشکاری، پیشرفت کرده است. در واقع اگر دقیق تر صحبت کنیم، این تکنولوژی، مدیون توسعه ی تکنولوژی های مربوط به نرم کردن و ذوب مجدد مواد اسپری شده، بوده است. اولین منبع طبیعی حرارت برای جوشکاری، شعله می باشد و قدیمی ترین نوع شعله ی مصنوعی بدست آمده، شعله ی کوره ی آهنگری بوده است. این شعله از هزارات سال پیش، به عنوان یکی از منابع اصلی حرارت دهی، در عمیات حرارتی، تلقی می شد. در اوایل قرن 20 ام، یک مشعل جوشکاری با هیدوژن و اکسیژن، مورد استفاده قرار گرفت (1900). این روش در سال 1905 به صورت عملی، مورد استفاده قرار گرفت. از شروع قرن 20 ام، قوس الکتریکی یکی از منابع مهم تأمین حرارت شده است. بعدها، مشعل های پلاسما، از دیگر منابع حرارتی، پیشی گرفتند. آغاز استفاده از اسپری حرارتی، ممکن است به زمانی برگردد که A. Schoop از سوئیس فلز مذاب را با استفاده از جریان با سرعت بالایی از گاز، اتمیزه کرد. او یک صفحه ی فلزی در برابر این جریان قرار داد. بعدها، او و همکارانش، تفنگ های اسپری را طراحی کرده و ساختند. توسعه ی قابل توجه در زمینه ی اسپری حرارتی از نیمه ی دوم قرن 20 ام، شروع شد. این کار با استفاده عملی از اسپری پلاسمایی، اتمسفر کنترل شده، خلأ و سوپرسونیک انجام شد. در سال 1955، R.M. Poorman اولین استفاده از انرژی انفجاری حاصله از مواد منفجره برای رسوب دهی یک پوشش بر روی زیرلایه فلزی، را گزارش داد. این مورد سال ها قبل تر از استفاده از روش های ایجاد پوشش فلزی با اسپری و ایجاد پوشش فلزی با روش غوطه وری بوده است.
با پایان قرن 19 ام، مشکلات حادی در این زمینه نمود کرد. این مشکلات مربوط به اطمینان یافتن از عمر مفید این محصولات، تریبولوژی و مقاومت به خوردگی، ارزش دکوراسیونی و سایر خواص نوری این پوشش ها بود.
در طی قرن 20 ام، و در واقع در طی 50 سال اول، استفاده ی عملی از برهمکنش باریکه ی الکترونی با ماده، آغاز شد. اصول مربوط به ساچمه زنی توسعه یافت و تخلیه ی درخشان گازها در فشار جزئی نیز اجرا شد. اساس مربوط به کاشت یونی در نیمه رساناها و فلزات، از فاز گازی، نیز مورد بررسی قرار گرفت. این کارها گسترده تر شد مخصوصاً در زمان جنگ جهانی دوم و در طی جنگ سرد. در طی دهه ی 1950 و 1960، انتشار اجباری برای تقویت میکروموج ها، مورد استفاده قرار گرفت و این روش، با روش رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار، همراه شد. در نهایت، علاوه بر پلاسما، اسپری با استفاده از تفنگ انفجاری، نیز مورد استفاده قرار گرفت.
توجه خاصی باید در مورد این مسئله اتخاذ گردد که در دهه ی 1960 و سال های بعد، یک دوره ی سریع در زمینه ی توسعه و گسترش روش ها و تکنولوژی هایی بوده است که در آنها از باریکه ی پر انرژی، انرژی خورشیدی، تابش فروسرخ، پلاسما، باریکه ی یونی و باریکه ی فوتونی منسجم، استفاده شده است (جدول 3). در بیشتر موارد، این روش های جدید مربوط به مهندسی سطح بر اساس کشف های مربوط به علم و تکنولوژی، ایجاد شده اند. این روش های جدید، نتیجه ای از افزایش مهارت، ایجاد و کنترل باریکه های یونی و الکترونی که در واقع، تکنولوژی های سطح بالا، تلقی می شوند. این روش ها، دارای صرفه جویی قابل توجهی هستند و اثربخشی بالایی دارند.