我对表面工程的认识
表面工程是表面预处理后，通过表面涂覆、表面改性或多种表面技术复合处理，改变固体金属表面或非金属表面的形态、化学成分、组织结构和应力状况，以获得所需表面性能的系统工程。表面工程技术是表面工程的核心和实质。
1.表面工程的基本知识
1.1表面工程的发展历史
·1983年首次由Prof. T.Bell提出。英Birmingham大学成立澳福森表面工程研究所
·1985年发行表面工程(Surface Engineering)杂志
·1986年在布达佩斯国际热处理联合会更名为国际热处理与表面工程联合会
·1987年在英国，1988年在日本召开ICSE
·1987年12月在京成立中国机械工程学会表面工程研究所。88年创刊《表面工程》杂志。11月召开首届表工程研讨会。1998年表面工程杂志更名为《中国表面工程》(CSE)
1.2表面工程学的现状
1.2.1表面工程技术分类
○1表面涂镀技术
将液态涂料涂覆在材料表面或将镀料原子沉积在材料表面形成涂层或镀层。常见手段有热喷涂、堆焊、电镀、化学镀、气相沉积和涂装技术。
○2表面改性技术
利用热处理、机械处理、离子处理和化学处理等方法，改变材料表面的成分及性能的技术。常见手段有热扩渗、转化膜、表面合金化、离子注入和喷丸强化。
○3薄膜技术
采用各种方法在工件表面上沉积厚度为100nm至1um或数微米薄膜的技术。常见手段有气相沉积技术等。
1.2.2表面工程的特点
表面工程技术最突出的技术特点是无需改变整体材质，就能获得本体材料所不具备的某些特殊性能。表面技术多获得的表面覆盖层厚度一般从几十微米到几毫米。
1.2.3表面工程的功能
装饰性：表面工程技术的传统作用之一是赋予表面更好的装饰性。不过对于金属的纯装饰性表面处理不多，很多是在兼顾表面防护性能的前提下赋予材料的装饰性，如在钢制工件上底镀Cu、中镀Ni、表镀Cr，Cu层和Ni层起防护作用，而表镀的Cr层可长久保持装饰性金属光泽。
防护性：据不完全统计，全世界每年因表面磨损、表面腐蚀、表面摩擦、表面缺陷造成对金属、非金属损失约 3.0万~3.5万亿美金，约占全世界GDP的10%~12%。表面工程技术的主要作用是：经表面改性、表面处理、表面涂覆或表面复合处理，解决材料表面磨损、表面腐蚀、表面摩擦、表面缺陷造成的破坏，从而延长材料的有效服役时间。这既是表面工程存在的价值体现，也是表面工程发展的根本动力。
修复性：工件因腐蚀、磨损或其他原因造成工件表面基体材料或表面处理层失效后，可通过单一或复合表面工程技术的应用，恢复其表面应有的尺寸精度，兼或重新赋予与新品相当，甚至超过新品的表面性能及功能，实现工件、总成或产品的再制造。
功能性：表面工程技术除了具有以上主要作用外，还可赋予材料表面耐高温或耐低温、导电或绝缘、导磁或磁屏蔽、增光或反光、润湿或憎水、生物相容性或生物排他性等新的功能，发挥新的作用。
1.2.4表面工程的应用
○1在保护、优化环境中的应用：
(1)净化大气采用化学气相沉积和溶胶-凝胶等技术制成的催化剂载体，可有效地治理被污染的大气。
(2)净化水质过滤膜可采用化学气相沉积、阳极氧化和溶胶-凝胶等表面工程技术来制备。
(3)吸附杂质采用表面技术制成的吸附剂，可使空气、水、溶液中的有害成分被吸附，还可去湿、除臭。
(4)活化功能远红外具有活化空气和水的功能。
(5)绿色能源表面工程技术是开发绿色能源的基础技术之一，许多绿色能源装置都应用了气相沉积镀膜和涂覆技术。
○2在结构材料中的应用：
表面工程技术在耐腐蚀性和装饰性方面起着重要作用，同时在强化、耐磨、装饰等方面也起着重要作用。
(1)表面防护表面防护主要是指材料表面防止化学腐蚀和电化学腐蚀等的能力。采用表面工程技术能显著提高结构件的防护能力。
(2)耐磨性耐磨性是指材料在一定摩擦力条件下抵抗磨损的能力。它与材料特性以及载荷、速度、温度等磨损条件有关。利用热喷涂、堆焊、电刷镀和电镀等表面技术，在材料表面形成Ni基、Co基、Fe基、金属陶瓷等覆层，可有效地提高材料或制件的耐磨性。
(3)表面强化主要指通过各种表面强化处理来提高材料表面抵御除腐蚀和磨损之外的环境作用的能力。
(4)表面装饰具有光亮、色泽、花纹和仿照等功能。合理地选择电镀、化学镀、氧化等表面技术，可以获得镜面镀层、全光亮镀层、亚光镀层、缎状镀层，不同色彩的镀层，各种平面、立体花纹镀层、仿贵金属、仿古和仿大理石镀层等。
○3在功能材料和元器件中的应用
功能材料主要指具有优良的物理、化学和生物等功能，以及一些声、电、光、磁等互相转换功能，而被用于非结构目的的高技术材料，常用来制造各种装备中具有独特性能的核心部件。材料的功能特性与其表面成分、组织结构等密切相关。
(1)电学特性利用电镀、化学镀、气相沉积、离子注入等技术可制备具有电学特性的功能薄膜及其元器件。
(2)磁学特性通过气相沉积技术和涂装等表面技术制备出磁记录介质、磁带、磁泡材料、电学屏蔽材料、薄膜磁阻元件等。
(3)光学特性利用电镀、化学镀、转化膜、涂装、气相沉积等方法，能够获得具有反光、光选择吸收、增透性、光致发光、感光等特性的薄膜材料。
(4)声学特性利用涂装、气相沉积等表面技术，可以制备掺杂Mn-Zn铁氧体复合聚苯胺款频段的吸波涂层、红外隐身涂层、降低雷达波反射系数的纳米复合雷达隐身涂层，声反射和声吸收涂层以及声表面波器件等。
(5)热血特性采用磁控溅射，涂装等方法制备。
(6)生物学特性具有一定的生物相容性和物理化学性质的生物医学材料，利用等离子喷涂、气相沉积、等离子注入等方法形成的一用涂层，可在保持基体材料特性的基础上，提高基体表面的生物学性质、耐磨性、耐蚀性和绝缘性等，阻隔基体材料离子向周围组织溶出扩散，起到改善同人体机能的作用。在金属材料上制备生物陶瓷涂层，提高材料的生物活性，用作人造关节、人造牙等医学植入体。将磁性涂层涂覆在人体的一定穴位上，有治疗疼痛、高血压等功能。
(7)各种转换功能采用表面工程技术可获得进行光-电，热-电，光-热，力-热，磁-光等转换功能的器件。
○4在再制造工程中的应用
(1)再制造工程的内涵再制造工程是在维修工程和表面工程的基础上发展起来的新兴科学，是以产品全寿命周期论为指导，以实现废旧产品的性能提升为指标，以优质、高效、节能、节材和环保为准则，以先进生产技术和产业优化为手段，来修复、改造废旧产品的一系列技术措施或工程活动的总称。简而言之为是废旧产品高技术修复、改造的产业。其重要特征是，再制造以后的产品质量和
性能达到或超过新品，成本只是产品的50%，可节能60%，节材70%，对环境的不良影响显著降低，可有力的促进资源节约型、环境友好型社会的建设。
(2) 再制造工程的效益和特色效益体现在：废旧产品的零部件因被直接用作再制造的毛坯而不是回炉冶炼获得钢垫，避免了回炉时对能量的消耗和对环境造成的二次污染；避免了由钢锭到新零件的二次制造时对能源的再次消耗和对环境的再度污染。一方面提高了产品的绿色度，另一方面避免了成为固体垃圾而造成的环境污染。
表面工程技术的作用就是制备出由于本体材料性能的表面覆盖层，赋予工件表面耐蚀性、耐磨性即获得电、磁、光、声、热等功能。
1.2.5表面工程的意义
1）表面工程技术是保证产品质量的基础工艺艺术，满足不同工况服役与装饰外观的要求，显著提高产品的使用寿命、可靠性与市场竞争能力。
2）表面工程技术是节能、节材和挽回经济损失的有效手段。采用有效的表面防护手段，至少可减少腐蚀损失15~35%，减少磨损损失33%左右。
3）表面工程技术在制备新型材料方面具有特殊的优势
4）表面工程技术是微电子技术发展的基础技术。以化学气相沉积、物理气相沉积、光刻技术和离子注入为代表的表面薄膜沉积技术和表面微细加工技术是制作大规模集成电路、光导纤维和集成光路、太阳能薄膜电池等元器件的基础。2．表面工程的发展趋势
2.1面向绿色制造和节能降耗的表面工程
国家可持续发展，对装备的绿色制造和装备运行的节能减耗提出了更高的要求，不断发展的真空离子镀膜、磁控溅射镀膜、蒸发镀膜、离子注入、离子清洁等及其复合技术正在替代传统对环境污染严重的电镀技术，在绿色制造和节能降耗中发挥了重要作用。
2.1.1替代传统电镀铬的绿色镀膜技术
传统电镀铬是一种污染严重的工艺技术，尤其六价铬离子对水的污染非常严重，且难以消除，是公认的致癌物，给环境保护造成大量的困难。为此，世界各国对替代传统电镀铬的新技术开展了大量的研究。其中以物理气相沉积（PVD）为代表的绿色镀膜技术已成为其替代技术的研究热点。
2.1.2闭合场非平衡磁控溅射离子镀技术
磁控溅射离子镀技术因沉积温度低、易沉积多组元和梯度膜等优点受到精密制造及功能薄膜制备领域的广泛关注，但由于存在薄膜厚度沿靶基距方向的均匀性极差（平均递减速率＞3 μm/m）的技术瓶颈，严重制约了该技术的产业化推广。
2.1.3工程化超润滑复合碳膜技术
工程化超润滑薄膜是指摩擦因数显著降低到量级，并具有高技术工程应用价值的新型薄膜，这是一项近年来随着纳米科技和薄膜技术的发展而发展起来的前沿技术，在相关研究领域，主要研究包括：①具有一定晶体取向的类石墨薄膜；②溅射制备的纳米富勒烯结构二硫化钼（MoS2）薄膜；③磁控溅射制备的二硫化钨（WS2）薄膜；④采用气相沉积制备的类金刚石碳膜。其中研究最广、最
具有发展前景和工程应用价值的是特殊组成和结构的超润滑类金刚石薄膜，代表性工作如美国Argonne 国家实验室发出的在干燥惰性气氛中具有量级超低摩擦因数的含氢类金刚石薄膜等。但这一类薄膜存在内应力高、摩擦学性能环境依赖性强等主要问题，严重制约了这一类材料的应用。
2.2设备维修与再制造中的表面工程
表面工程在装备维修与再制造发挥了重要的作用。近年来在纳米电刷镀、纳米减摩自修复添加剂、热喷涂和激光表面强化等方面的研究取得了新的进展，将这些技术应用于设备维修和再制造，显著提高了零部件的质量。
2.2.1纳米电刷镀技术
纳米电刷镀技术是我国研究人员将电刷镀技术与纳米材料技术相结合的创新性研究成果。将纳米陶瓷颗粒或碳纳米管加入电刷镀溶液，并使其在基质镀液中均匀分散及稳定悬浮，可制备出高性能的电刷镀纳米复合镀层。采用单液法和双液法还可以制备出纳米多层镀层。
2.2.2纳米减摩自修复添加剂技术
纳米减摩自修复添加剂技术是一项新型的原位自修复技术。当含有纳米颗粒（如铜粒）的复合添加剂被加入润滑油后，纳米颗粒随润滑油分散于摩擦副接触表面，在一定温度、压力、摩擦力作用下，添加剂中的纳米颗粒就会在摩擦表面沉积，并与摩擦表面作用。当摩擦表面的温度高到一定值时，纳米材料颗粒强度
下降，与金属表面产生结合，并填补表面微观沟谷，从而形成一层具有减摩耐磨作用的固态修复膜。
2.2.3热喷涂技术
热喷涂技术经过100 余年的发展，已经成为金属材料保护并赋予新功能的重要表面涂层技术之一。新的研究方向包括：高效能超音速等离子喷涂、高稳定性智能高速电弧喷涂、电热爆炸喷涂、等离子喷涂物理气相沉积（PS–PVD）技术、液料等离子喷涂、冷喷涂技术应用研究、激光熔覆制备纳米结构涂层等等。
2.3极端环境下的表面工程
在核、空间和其它极端环境下，装备零部件将面对强辐射、真空（紫外线）、原子氧和高低温侵蚀等更加苛刻工作环境，表面工程可为这些工作在极端环境下的零部件提供有效的表面防护。它包括：核环境特种润滑涂层、空间环境高性能润滑涂层、空间原子氧效应防护涂层等等。
3．结语
表面工程技术的发展是人类社会的工业化的过程中催生的结晶，也是推动人类工业发展的重要技术手段。它不仅让工厂的机器使用更耐久，也让工厂生产出来的产品更加美观和耐用。表面工程已成为现代社会的一项重要技术，已经深入渗透到人们的衣食住行的方方面面。从咱们的手机的外壳工艺到汽车零部件的表面处理再到家装的装饰建材的光亮工艺，无一能离开表面工程技术。
近年来，表面工程已由传统表面工程向复合表面工程、纳米表面工程及表面工程自动化发展；表面工程的应用从对应磨损与腐蚀向抵抗疲劳与蠕变拓展；表面工程新的增长点正在信息技术、生物技术、纳米科技等前沿领域中萌生；表面工程的产业化在航空、航天、新能源、新材料、环保与资源循环中得到迅速发展。期待，经过科学家和工程师们的不懈努力，表面工程技术终将使人类的生活更加绚烂多彩、和谐美好！
注：内容参考
1.徐滨士，谭俊，陈建敏等《表面工程领域科学技术发展》
2.百度百科《表面工程》
表面工程学试题2带答案 《表面工程学》期末考试试卷适用班级：( 卷) 考试时间：小时 三、判断题 1．喷涂材料在热源中被加热过程和颗粒与基材表面结合过程是热喷涂制备涂层的关键环节 2．等离子喷涂中，等离子气体流量直接影响焰流的温度，所以应选择高工作电压和高的工作电流。 一、填空题 1. 当θ90°时，称为；当θ =180时，称为完全不润湿。 2. 热喷涂技术可应用于喷涂耐腐蚀涂层、涂层和耐涂层。 3. 金属的电沉积包括液相传质、和电结晶步骤。 4. 表面清理中常用的清理工艺过程为：脱脂→水洗→→水洗→→水洗。 5. 金属腐蚀的基本原理是形成，其中极腐蚀。 6. 真空蒸镀薄膜的形成机理有核生长型、型和混合生长型。二、选择题 1．化学镀的关键是____B___的选择和使用，从本质上讲，化学镀是一个无外加电场的___过程。 A 氧化剂氧化－还原 B 还原剂电化学 C 氧化剂氧化 D 还原剂还原 2．下面说法正确的是__A___
A 电刷镀需要直流电，并在一定电压下才能工作 B 电刷镀被消耗的那个电极要不断补充，电刷镀才能继续进行 C 刷镀工艺中的电净过程和活化过程都不需要接电源 D 一般活化液呈碱性，电净液呈酸性 3．哪一个不是激光表面合金化的主要优点___D__ A 可控制加热深度 B 能局部合金化 C 快速处理中能有效利用能量 D 比用其他方法得到的镀层更耐腐蚀 4．热浸镀中助镀剂的主要作用是__A___ A 防止钢铁腐蚀，降低熔融金属的表面张力 B 除去金属表面的氧化物和锈 C 除去金属表面的油污和杂质 D 钝化金属 5．大气腐蚀的速度的受到多种因素的影响，但主要的影响因素不包括：_D__ A 大气的成分 B 大气的湿度 C 大气的温度 D 大气的流动速度 第 1 页共 4页 3．在正式电刷镀前要对基体表面进行预处理，主要有用电净液电解刻蚀和活化液除油。 4.真空蒸镀时要把材料加热熔化使其蒸发或升华，有些合金或化合物会因此分解产生新的物质，所以真空蒸镀属于化学气相沉积。5. 保护大气还原法热浸镀不需要对工件进行碱洗、酸洗和水洗。四、名词解释 1．吸附作用：物体表面上的原子或分子力场不饱和，有吸引周围其它物质(主要是气体、液体)分子
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------- 再制造调研报告 一、国外、国内的再制造产业发展现状 （一）国外发展现状。再制造在欧美发达国家已发展50多年，形成了巨大的产业。2005年全球再制造业产值已超过1000亿美元。美国的再制造产业规模最大，达到 750亿美元，再制造产业产值和利润都已经超过钢铁行业。其中汽车和工程机械再制 造占2/3以上，约500亿美元左右；目前美国汽车再生利用率已达80%以上。美军高度重视再制造,隶属于美国国家科学研究委员会的“2010年后国防制造工业委员会”制订了2010年国防工业制造技术的框架，将武器系统的再制造列为国防工业的重要研究领域。近年来，日本加强了对工程机械的再制造，至2008年，再制造的工程机械中，58%由日本国内用户使用，34%出口到国外，其余的8%拆解后作为配件出售。至2004年，德国大众汽车公司已再制造汽车发动机748万台，变速器240万台，公司销售的再制 造发动机及其配件和新机的比例可达到9:1。 （二）国内发展现状。我国再制造产业发展起步虽晚，但发展迅速。1999年徐滨士院士最早提出发展再制造产业；2000年，“再制造工程技术及理论研究”被国家自然科学 基金委机械学科列为“十五”优先发展领域；2005年，国务院在《关于加快发展循环经 济的若干意见》中明确提出支持发展再制造。2005年，经国务院批准，国家第一批循环经济试点将再制造作为重点领域；“资源循环型制造与再制造”又被国家自然科学基 金委机械学科列为“十一五”优先发展领域。2006年国际再制造巨头卡特彼勒公司在上 海成立“再制造中心”，这是第一个外商独资再制造公司。2008年，《循环经济促进法》将再制造纳入法律范畴进行了规范。我国汽车零部件再制造试点单位已形成汽车发动机、变速箱、转向机、发电机共23万台套的再制造能力；批准成立了工程机械、工业机电设备、机床、矿采机械、铁路机车装备、船舶及办公信息设备等的再制造试点； 此外还有大量尚未获得发改委、工信部审批为再制造试点单位的企业。市侨联考察过 的武汉千里马再制造基地，2008年开工，2010年5月其首台再制造挖掘机也是国产 第一台利用再制造技术生产的工程机械整机产品成功下线。可以看出，我国的再制造 产业尚处于起步阶段。但是，我国的再制造基础理论和关键技术研发，却取得重要突破，开发应用的自动化纳米颗粒复合电刷镀等再制造技术达到国际先进水平。 目前我国再制造产业发展面临的突出问题是：再制造产业发展尚处于起步阶段，再制 造作为新的理念还没有被消费者及社会广泛认同；再制造旧件来源及再制造产品销售 渠道不够畅通；再制造技术和管理水平不高，产品质量良莠不齐；报废汽车回收管理 等相关法规亟待修订，有关管理制度急需健全，技术标准还不完善；缺乏政策激励。 ---------------------------------------------------------精品文档---------------------------------------------------------
材料表面工程技术期中测试题 姓名： 一、名词解释 1.溅射镀膜： 2.分子束外延： 3.激光合金化技术： 4.物理气相沉积： 5.真空蒸镀： 6.热喷涂工艺： 7.气相沉积： 8.合金电镀： 9.腐蚀：10.电镀：11.堆焊：12.化学转化膜：13.表面工程技术： 14.磨损：15.极化：16.钝化：17.表面淬火：18.喷丸强化：19.热扩渗：20.热喷涂：21.热喷焊：22.电镀：23.化学镀： 二、填空题 1.钢件渗碳后，表面为（）钢，心部仍保持（）状态。再通过（）及（）工艺，可使渗碳件具有表面硬度高，耐磨损，心部硬度低，塑性和韧性好的特点。 2.感应加热表面淬火的原理是利用感应电流的（），（）和（）。 3. （）、（）和（）是衡量气体渗碳件是否合格的三大主要性能指标，它们基本决定了渗碳件的综合力学性能。 4.热喷涂时，熔滴撞击基材后扩展成（），撞击时的高能量有助于熔滴的扩展，但会因为（）和（）而停止扩展，并凝固成一种（）结构。 5.热扩渗时，渗剂元素原子扩散的机理主要有（）、（）和（）三种。 6.腐蚀按材料腐蚀原理分为（）和（）两种。 7.热喷涂时，当熔滴撞击基体并快速冷却凝固时，颗粒内部会产生（），而在基体表面产生（）。喷涂完成后，涂层内部残余应力大小与 （）成正比。 8.磨损分为（）、（）、（）、（）微动磨损、冲蚀（包括气蚀）磨损高温磨损。 9.离子镀膜是（）与（）相结合的一种镀膜工艺。 10.常用的热喷涂工艺方法有（）、（）和（）。
三、简答题 1．表面淬火技术与常规淬火技术有何区别？ 2．简述复合镀的原理和需要满足的基本条件？ 3．最基本的金属腐蚀的主要形式和金属材料腐蚀控制及防护方法？4．简述热喷涂涂层的形成过程。 5.简述离子镀膜的特点？ 7．简述CVD的沉积条件？ 8．简述等离子体热扩渗与普通气体热扩渗技术相比都有哪些基本特点？ 9.简述离子镀膜的特点？ 10.简述形成热扩渗层的基本条件？ 11.简述热扩渗层的形成机理？ 12.简述化学镀的原理与特点. 四、论述题 1.试述常用的热喷涂工艺方法及其基本特点? 2.试述热喷涂涂层结合的三种机理? 3.试述表面淬火和化学热处理的概念及区别？ 4.试述什么是堆焊？堆焊层有哪些特点？ 5.试述堆焊与一般焊接的区别及特性？ 6.试述物理与化学气相沉积原理，特点及分类? 7.试述几种典型表面淬火工艺及特点？
再制造工程在水电设备中的应用 赵林明王清贵 （河北工程大学，石家庄智铠深冷技术有限公司） 摘要：本文简要地介绍了再制造产业的崛起，以及党中央和国务院对再制造的战略部署；再制造的确切概念与内涵以及再制造产业的核心技术——表面工程技术；同时阐述了再制造技术在水电设备中的应用。 关键词：再制造；表面工程；水电设备 一. 再制造工程的崛起 工业革命以来，人类在创造巨大物质财富的同时，也付出了巨大的资源和环境代价。20世纪的100年，人类创造的物质财富超过了以往5000年的历史总和，传统的经济增长模式在极端地消耗地球资源（已使地球上较贵重金属的开采量下降到仅有30年的年限—弹指一挥间的时间啊！）。又给人类社会带来许多负面效应，特别对生态环境的污染是极其严峻的。 党的十六大提出了全面建设小康社会的目标和任务。而国际经验则表明：从低收入国家步入中低收入国家行列的阶段，对任何国家的成长来说都是一个极为重要的历史阶段，它既是一个“黄金发展时间”，又是“矛盾凸现时期”，特别是随着经济快速增长和人口的不断增加，水、土地、能源、矿产等资源不足的矛盾会越来越凸出，生态建设和环境保护的形势则日益严峻。继续沿袭传统的以资源的大量消耗来实现工业化和现代化，是难以为继的，是决不可取的；必须按照科学发展的要求，大力发展循环经济，坚持循环经济中的4R原则，
即减量化、再利用、再制造、再循环，充分发挥再制造在废旧机电产品资源化中的作用，加快建立资源节约型社会和环境友好型社会。完全可以说：再制造产业是社会发展的必然选择。 我国是一个人口众多，人均资源相对缺乏的国家，随着国民经济的飞速发展和人民生活水平的不断提高，产品更新换代频率加快，一方面造成了自然资源的日益匮乏，另一方面造成了机电产品年报废量的激增，并以惊人的报废速度呈现在我们面前：2000年达到报废标准的汽车210万辆，预测到2010年前，年均汽车报废量将在200万辆以上，家电年均报废量超过1500万台；电脑的平均淘汰量在500万台以上。直接经济损失逾千亿元； 如此巨大数量废弃的机电产品若不能及时有效地资源化，将成为极大的“社会公害”： 1. 严重威胁人类健康：废旧机电产品中含有300多种有害物质，处置不当可能通过呼吸，食物链甚至皮肤进入人体，威胁人类健康； 2. 污染自然环境：目前尚无有效处理的办法，只能混同一般的固体垃圾堆放和填埋，造成了对空气、土壤、水质的严重污染，破坏了生态环境； 3. 占用大量土地：在破坏环境景观的同时，占用着大量土地，我国1993年固体废弃物占地约500km2； 4. 构成安全隐患：一些本应报废的产品大量从发达地区流向不发达地区继续使用，不仅造成多种形式的环境污染，同时很容易引发直接危及人身安全的触电、火灾、车祸等事故。
《表面工程学》期末考试试卷（B） 适用班级： ( 卷) 考试时间： 1.5小时 一、填空题（每题2分共20分） 1.当θ<90°时，称为润湿；当（θ=0°）时，称为完全润湿；当θ>90°时，称为（不润湿）；当θ =180时，称为完全不润湿。 2.热喷涂技术可应用于喷涂耐腐蚀涂层、（耐磨）涂层和耐（热障）涂层。 3.金属的电沉积包括液相传质、（电化学还原）和电结晶步骤。 4.表面清理中常用的清理工艺过程为：脱脂→水洗→（化学浸蚀）→水洗→（中和）→水洗。 5.金属腐蚀的基本原理是形成（原电池），其中（阳）极腐蚀。 6.真空蒸镀薄膜的形成机理有核生长型、（单层生长）型和混合生长型。 二、选择题（每题2分共10分） 1．化学镀的关键是____B___的选择和使用，从本质上讲，化学镀是一个无外加电场的___过程。 A 氧化剂氧化－还原 B 还原剂电化学 C 氧化剂氧化 D 还原剂还原 2．下面说法正确的是__A___ A 电刷镀需要直流电，并在一定电压下才能工作 B 电刷镀被消耗的那个电极要不断补充，电刷镀才能继续进行 C 刷镀工艺中的电净过程和活化过程都不需要接电源 D 一般活化液呈碱性，电净液呈酸性 3．哪一个不是激光表面合金化的主要优点___D__ A 可控制加热深度 B 能局部合金化 C 快速处理中能有效利用能量 D 比用其他方法得到的镀层更耐腐蚀 4．热浸镀中助镀剂的主要作用是__A___ A 防止钢铁腐蚀，降低熔融金属的表面张力 B 除去金属表面的氧化物和锈 C 除去金属表面的油污和杂质 D 钝化金属 5．大气腐蚀的速度的受到多种因素的影响，但主要的影响因素不包括：_D__ A 大气的成分 B 大气的湿度 C 大气的温度 D 大气的流动速度 三、判断题（每题2分共10分） 1．喷涂材料在热源中被加热过程和颗粒与基材表面结合过程是热喷涂制备涂层的关键环节（√）2．等离子喷涂中，等离子气体流量直接影响焰流的温度，所以应选择高工作电压和高的工作电流。 （×）3．在正式电刷镀前要对基体表面进行预处理，主要有用电净液电解刻蚀和活化液除油。（×）4.真空蒸镀时要把材料加热熔化使其蒸发或升华，有些合金或化合物会因此分解产生新的物质，所以真空蒸镀属于化学气相沉积。（×） 5. 保护大气还原法热浸镀不需要对工件进行碱洗、酸洗和水洗。（√） 四、名词解释（每题5分共25分） 1．吸附作用：物体表面上的原子或分子力场不饱和，有吸引周围其它物质(主要是气体、液体)分子的能力。 2．极化：腐蚀电池工作时，阴、阳极之间有电流通过，使阴、阳极之间的电位差(实际电极电位)比初始电位差要小得多的现象。 3．热扩渗：将工件放在特殊介质中加热，使介质中某一种或几种元素渗入工件表面，形成合金层(或掺杂层)的工艺。(化学热处理技术) 4. 电镀：在含有欲镀金属的盐类溶液中，在直流电的作用下，以被镀基体金属为阴极，以欲镀金属或其它惰性导体为阳极，通过电解作用，在基体表面上获得结合牢固的金属膜的表面工程技术。 5.溅射镀膜：用高能粒子轰击固体表面，通过能量传递，使固体的原子或分子逸出表面并沉积在基片或工件表面形成薄膜的方法。 五、简答题（每题7分，共35分） 1、表面工程技术的特点与意义； 答：表面工程技术具有一般整体材料加工技术不具备的优点。 1）主要作用在基材表面，对远离表面的基材内部组织与性能影响不大。因此，可以制备表面性能与基材性能相差很大的复合材料。 2）采用表面涂(镀)、表面合金化技术取代整体合金化，使普通、廉价的材料表面具有特殊的性能，不仅可以节约大量贵重金属，而且可以大幅度提高零部件的耐磨性和耐蚀性，提高劳动生产率，降低生产成本。 3）可以兼有装饰和防护功能，有力推动了产品的更新换代。 4）表面薄膜技术和表面微细加工技术具有微细加工功能，是制作大规模集成电路、光导纤维和集成光路、太阳能薄膜电池等元器件的基础技术。 5）二维的表面处理技术已发展成为三维零件制造技术（生长型制造法），不仅大幅度降低了零部件的制造成本，亦使设计与生产速度成倍提高。 第 1 页共4页第2 页共 4 页
表面工程应用实例 [例51] 激光熔覆技术在油田注水泵零部件再制造中的应用 激光熔覆技术是以激光作为热源，用不同的添料方式在被熔覆的基体上放置所选择的涂层材料，经过激光照射使之与基体表层同时熔化，并快速凝固后形成稀释率极低、与基体材料形成冶金结合的表面涂层，从而显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化能力及电气特性的工艺技术。该技术具有稀释率小、熔覆厚度可控、热影响区小、工作距离大、工艺实施方便、工艺可控性强的特点。 油田注水泵的柱塞和阀座等部件在腐蚀、磨蚀的介质环境下容易发生点蚀、磨粒磨损、冲蚀磨损和疲劳失效，导致其使用寿命较短。一般柱塞的使用寿命只有15~30 d，阀座的使用寿命只有7~20 d。利用激光熔覆技术在旧柱塞及旧阀座的表面再制造一层耐磨、耐腐蚀合金，有效解决了柱塞和阀座的腐蚀、磨蚀问题，可显著提高其使用寿命（见表1）。 激光熔覆技术用于油田注水泵零部件的再制造成效显著，再制造零部件各项性能指标满足需要，对降低油田注水泵故障率、延长配件寿命、降低维修费用具有重要作用。2016年以来，长庆油田注水泵零部件再制造1 800余件，节约资金200余万元，再制造部件寿命是旧品的1.5倍以上，维修费用大幅下降。 表1 柱塞和阀座再制造前后性能对比 零部件 HRC (中性盐雾试验) d HRC (中性盐雾试验) d h，五级 15–30 55–58 336 h，一级 30–60 柱塞 50–53 96 h，一级 25–45 h，五级 7–20 48–50 288 阀座 43–45 192 图1 再制造前的柱塞图2 激光熔覆中的柱塞图3 再制造后的柱塞 图4 再制造前的阀座图5 激光熔覆中的阀座图6 再制造后的阀座 长庆油田公司设备管理处吉效科供稿
材料表面工程技术练习题（答案） 一、解释名词 1.喷丸强化技术:利用高速喷射的细小弹丸在室温下撞击受喷工件的表面，使表层材料在再结晶温度下产生弹、塑性变形，并呈现较大的残余压应力，从而提高工件表面强度、疲劳强度和抗压力腐蚀能力的表面工程技术。 2.干法热浸渗:先将经常规方法脱脂除锈清洗后的清洁工件或钢材进行溶剂处理，干燥后再将工件浸入欲渗金属溶液中，保温数分钟后抽出，水冷。 3.粘结底层:某些材料能够在很宽的条件下喷涂并粘结在清洁、光滑的表面上，而且这类涂层表面粗糙度适中，对随后喷涂的其它涂层有良好的粘结作用。 4.溅射镀膜:用高能粒子轰击固体表面，通过能量传递，使固体的原子或分子逸出表面并沉积在基片或工件表面形成薄膜的方法。(在真空室中，利用荷能粒子轰击材料表面，使其原子获得足够的能量而溅出进入气相，然后在工件表面沉积的过程。) 5.分子束外延:在超高真空环境中，将薄膜诸组分元素的分子束流，直接喷到温度适宜的衬底表面上，在合适的条件下就能沉积出所需要的外延层。 6.激光合金化技术:激光合金化就是利用激光束将一种或多种合金元素快速熔入基体表面，从而使基体表层具有特定的合金成分的技术。换言之，它是一种利用激光改变金属或合金表面化学成分的技术。 7.物理气相沉积:在真空条件下，利用各种物理方法，将镀料气化成原子、分子或使其粒子化为离子，直接沉积到基体表面上的方法。 8.真空蒸镀:在真空条件下，用加热蒸发的方法使镀料转化为气相，然后凝聚在基体表面的方法。
9.热喷涂工艺:热喷涂是用专用设备把某种固体材料熔化并使其雾化,加速喷射到机件表面,形成一特制薄层,以提高机件耐蚀、耐磨、耐高温等性能的一种工艺方法。 10.气相沉积:气相沉积技术也是一种在基体上形成一层功能膜的技术，它是利用气相之间的反应，在各种材料或制品表面沉积单层或多层薄膜，从而使材料或制品获得所需的各种优异性能。 气相沉积技术一般可分为两大类:物理气相沉积(pvd)和化学气相沉积(cvd)。 11.合金电镀:在一个镀槽中，同时沉积含有两种或两种以上金属元素镀层称为合金电镀。 12.腐蚀:材料与环境介质作用而引起的恶化变质或破坏。 13.电镀:在含有欲镀金属的盐类溶液中，在直流电的作用下，以被镀基体金属为阴极，以欲镀金属或其它惰性导体为阳极，通过电解作用，在基体表面上获得结合牢固的金属膜的表面工程技术。 14.堆焊:在零件表面熔敷上一层耐磨、耐蚀、耐热等具有特殊性能合金层的技术。 15.离子镀膜:真空蒸发镀膜:在真空室内，加热蒸发容器中待形成薄膜的原材料，使其原子或分子从表面气化逸出，形成蒸气流，入射到固体(基片/基板/衬底、工件)表面，凝结形成固态薄膜的方法。 16.化学转化膜:通过化学或电化学方法，使金属表面形成稳定的化合物膜层而不改变其金属外观(形状及几何尺寸)的一类技术。 17.表面工程技术:为满足特定的工程需求，使材料或零部件表面具有特殊的成分、结构和性能(或功能)的化学、物理方法与工艺。 18.表面能:严格意义上指材料表面的内能，包括原子的动能、原子间的势能以及原子中原子核和电子的动能和势能等。
?????????*????＊?????激光再制造技术 激光再制造技术是一种全新概念的先进修复技术，它集先进的激光熔覆加工工艺技术、激光熔覆材料技术和其它多种技术于一体，不仅可以使损伤的零部件恢复外形尺寸，还可以使其性能达到甚至超过新品的水平，是重大工程装备修复 表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光使之与基体表面薄层一起熔凝的方法，在材料表面形成与其为冶金结合的添料熔覆层，以改善工件表面性能的工艺。 激光再制造主要工艺流程 ?电刷镀技术 电刷镀技术需要采用专用的直流电源设备，电源的正极连接镀笔作为刷镀时的阳极；电源的负极连接工件作为刷镀时的阴极。镀笔通常采用高纯度细石墨块作为阳极材料，石墨块外面包裹一层棉花和耐磨的涤棉套。刷镀时使浸满镀液的镀笔以一定的相对运动速度在工件表面上移动，并保持适当的压力。在镀笔与工
件接触的部位，镀液中的金属离子在电场的作用下扩散到工件表面，并在表面获得电子被还原成金属原子，沉积结晶形成镀层，随着刷镀时间的增长，镀层增厚，从而达到镀覆及修复的目的。 ?纳米电刷镀技术 纳米电刷镀技术是在传统电刷镀技术的基础上发展起来的先进表面工程技术，通过把具有特定性能的纳米颗粒加入到电刷镀液中，从而得到含有纳米颗粒的复合电刷镀溶液，在刷镀过程中，复合镀液中的纳米颗粒在电场力的作用下或在络合离子挟持作用下与金属离子共同沉积在基体表面，获得纳米颗粒弥散分布的复合电刷镀层，进而提高装备零件表面性能。 纳米电刷镀溶液的制备是纳米电刷镀技术的关键和基础。镀液制备的关键是要解决纳米颗粒在盐溶液中团聚这一重大难题。 高能机械化学法是一种能有效地将纳米陶瓷颗粒分散在金属基质溶液中的复合分散方法。 ?纳米铜自修复技术 纳米铜自修复技术就是纳米铜粉作为润滑油添加剂时摩擦副出现“负磨损”现象形成的一种技术。 试验样品：铜粉颗粒直径20nm-80nm（0.5%质量），基础油为650SN。试验使用前用超声分散60min。 ?激光熔覆技术 激光熔覆技术是指在被涂覆基体表面上，以不同的添料方式放置选择的涂层材料，经激光辐照使之和基体表面薄层同时熔化，快速凝固后形成稀释度极低，与基体金属成冶金结合的涂层，从而显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等工艺性能的方法。 目前，有些亟待解决的难题，如残余应力、变形和裂纹等。 ?激光熔覆同步送粉技术 激光熔覆过程送粉方式：预置式和同步式。预置式是将熔覆材料在激光扫描前已沉积到基体表面，此方法难以满足制备全密度功能梯度材料、高柔性等诸多现代科技需求；同步式是在激光扫描基体表面同时将熔覆材料引入熔池，可克服预置式的不足。 同步送粉法分侧向送粉和同轴送粉。 （1）侧向送粉法是粉末流与激光束轴线之间存在一定夹角，即喷嘴置于激光束一侧。难题是扫描速度方向的变化会引起熔覆层形状与厚度的改变。 （2）同轴送粉法是粉末流与激光束都垂直于熔覆层表面，克服了侧向送粉的不足。实现方法有二，如下： ①典型同轴送粉。环形粉末流围绕垂直放置的单个激光束，并汇聚于粉末流焦点。粉末流有圆环锥形聚焦粉末流和对称聚焦粉末流。 ②光内送粉。环形激光束围绕垂直放置的单个粉末流，并与粉末流相交。 光内送粉将真正消除扫描方向性问题，提高粉末流稳定性。光粉耦合不受光束离焦量影响，精度高，操作容易。通过适当调节粉斑直径和聚焦光斑直径，不仅可实现光斑略大于粉斑工艺，还能完成轮廓法熔覆过程，大大增加粉末利用率、改善熔覆质量。
表面工程复习资料 一．名词解释（3X6=18） 热渗镀：用加热扩散的方法把一种或几种元素渗入基体金属的表面，形成一扩散合金层，这种方法叫渗镀。所形成的镀层叫做渗镀层（简称渗层）或扩散渗镀层。 热喷涂：将金属、合金、金属陶瓷材料加热到熔融或部分熔融，以高的动能使其雾化成微粒并喷至工件表面，形成牢固的涂覆层。 转化膜：对金属进行化学或电化学处理所形成的含有该金属化合物的表面膜层。 化学转化膜：化学转化膜的实质是金属处在特定条件下人为控制的腐蚀产物，即金属与特定的腐蚀液接触并在一定条件下发生化学反应，形成能保护金属不易受水和其他腐蚀介质影响的膜层。 电化学氧化：在一定电解液中以金属制件为阳极，经电解，于制件表面形成一层具有防护性、装饰性或其它功能氧化膜的过程。 深镀能力：镀液在特定条件下凹槽或深孔处沉积金属的能力。 表面弛豫：表面上的原子会发生相对于正常位置的上、下位移（压缩或膨胀）以降低体系能量的现象称为表面驰豫。 拜尔贝层：固体材料经切削加工后，在几个微米或者十几个微米的表层中可能发生组织结构的剧烈变化，使得在表面约10nm的深度内，形成一种非晶态薄层--拜尔贝（Beilby）层。 缓冲剂：能够使溶液PH值在一定范围内维持基本恒定的物质。 络合剂：能与金属离子或含有金属离子的化合物结合而形成络合物的物质。 分散能力：在特定条件下，镀液使镀件表面镀层分布更加均匀的能力。亦称均镀能力。 阴极性镀层：电极电位的代数值比基体金属大的金属镀层（仅有机械保护作用，没有电化学保护作用）。 阳极性镀层：电极电位的代数值比基体金属小的金属镀层（机械保护、电化学保护作用）。 二．简答题（5X10=50） 1.表面工程技术的内涵： ①.表面技术的基础和应用理论；②.表面处理技术，它又包括表面覆盖技术、表面改性技术和复合表面技术三部分；③.表面加工技术；④.表面分析和测试技术；⑤.表面工程技术设计 2.前处理： 包括清洁表面，除锈、除油、激活等； 除锈： 机械法：利用机械的方法使表面达到平整的同时除去表面的锈层，如喷砂、
21世纪表面工程发展概述 摘要：表面工程作为2l世纪工业发展的关键技术之一，是先进制造技术的重要组成部分，可为先进制造技术的发展提供技术支撑。表面工程具有广泛的功能性、潜在的创新性、环境的保护性、很强的实用性和巨大的增效性，因而受到各行各业的重视。近年来，表面工程已由传统表面工程向复合表面工程、纳米表面工程及表面工程的自动化发展；表面工程应用从对应磨损与腐蚀向抵抗疲劳与蠕变拓展；表面工程新的增长点正在信息技术、生物技术、纳米科技等前沿领域中萌生；表面工程产业化在航空、航天、新能源、新材料、环保与资源循环中得到迅速发展。
目录 摘要 (1) 第1章绪论 (2) 第2章面向绿色制造和节能降耗的表面工程 ..................... 错误！未定义书签。 2.1替代传统电镀铬的绿色镀膜技术.......................... 错误！未定义书签。 2.2闭合场非平衡磁控溅射离子镀技术 (3) 2.3工程化超润滑复合碳膜技术 (4) 第3章设备维修与再制造中的表面工程 (4) 3.1纳米减摩自修复添加剂技术 (4) 3.2 纳米电刷镀技术 (4) 3.3热喷涂新技术 (5) 3.4激光表面强化技术 (5) 第4章极端环境下的表面工程 (5) 4.1核环境特种润滑涂层 (5) 4.2空间环境高性能润滑涂层 (6) 4.3空间原子氧效应防护涂层 (6) 第5章新能源中的表面工程 (6) 5.1 薄膜太阳能电池关键薄膜制备装备和技术 (6) 5.2太阳能集热选择性吸收薄膜制备装备和技术 (6) 5.3质子交换膜燃料电池金属双极板的表面改性 (6) 六、轻合金构件的表面工程 (7) 6.1纳米复合微弧氧化陶瓷层技术 (7) 6.2镁合金化学转化膜技术 (7) 6.3硅烷／稀土复合钝化剂技术 (7) 七、生物医学中的表面工程 (8) 7.1表面生物学特性的研究 (8) 7.2生物诱导-陛表面的构建 (8) 7.3多功能复合表面的构建 (8) 结论 (8) 参考文献 (9) 一、绪论 表面工程是表面预处理后，通过表面涂覆、表面改性或多种表面技术复合处理，改变固体金属表面或非金属表面的形态、化学成分、组织结构和应力状况，以获得所需表面性能的系统工程【1】。 表面工程的特色与优势主要表现在以下几个方面。①以高性能的表面与基体的配合获得更加优异的整体性能；②以较少的能源和材料获得比基体材料更高的
《材料表面工程基础》课后习题目录及答案 1.材料表面工程技术为什么能得到社会的重视获得迅速发展? 2.表面工程技术的目的和作用是什么? 3.为什么说表面工程是一个多学科的边缘学科? 4.为什么会造成表面原子的重组？ 5.什么是实际表面？什么是清洁表面？什么是理想表面？ 6.常用的材料表面处理预处理种类及方法有哪些？ 7.热喷涂技术有什么特点？ 8.热喷涂涂层的结构特点是什么？其形成过程中经历了哪几个阶段？ 9.简单分析热喷涂涂层的结合机理？ 10.热喷涂只要有哪几种喷涂工艺？各有什么特点？ 11.热喷涂材料有哪几大类？热喷涂技术在新型材料开发方面可以做什么工作？ 12.镀层如何分类？怎样选择使用？ 13.金属电镀包括哪些基本步骤？说明其物理意义。 14.电镀的基本原理？ 15.共沉积合金的相特点有几种类型？ 16.电刷镀的原理及特点是什么？ 17.什么叫化学镀？实现化学镀过程有什么方式。 18.与电镀相比，化学镀有何特点？ 19.热浸镀的基本过程是什么？控制步骤是什么？其实质是什么？ 20.形成热浸镀层应满足什么条件？
21.简述钢材热镀铝时扩散层的形成过程。 22.热镀铝的优缺点怎样？ 23.表面淬火与常规淬火的区别：临界温度上移、奥氏体成分不均匀、晶粒细化、硬度高、耐磨性好、抗疲劳强度高。 24.表面淬火层组成：淬硬区、过渡区和心部区。 25.硬化层厚度的测定：金相法和硬度法。 26.喷丸强化技术原理、特点、应用围。 27.感应加热淬火原理、涡流、集肤效应。 28.工件感应加热淬火的工艺流程。 29.各种表面淬火的特点和应用围。 30.什么是表面工程？表面工程技术的作用是什么？ 31.金属离子电沉积的热力学条件是什么？金属离子从水溶液中沉积的可能性取决于什么？ 32.什么是热喷涂技术？试简述热喷涂的特点。 33.热喷涂的涂层结构特点是什么？其涂层与基体的结合机理是什么？一般的等离子喷涂层不可能形成太厚的涂层，为什么？而HVOF技术则可以获得10余毫米厚的超厚涂层，又是为什么？ 34.化学镀的基本原理是什么？有哪些特点？ 35.材料表面工程技术是我校材料科学的学科优势之一？你对于我校材料表面技术的发展有什么想法和建议？ 36.材料表面耐腐蚀的技术有哪些？我国规定煤矿系统的井筒井架、电力塔架、广播发射塔等必须要进行钢结构长效防腐处理。一般的寿命要求30～50年。请
面向二十一世纪的表面工程和再制造工程 徐滨士 装甲兵工程学院装备再制造国防科技重点实验室北京100072 摘要：表面工程发展至今经历了传统表面工程、复合表面工程、纳米表面工程三个发展阶段。表面工程作为先进制造工程和再制造工程的重要组成部分，可以为先进制造工程与再制造工程的发展提供重要技术支撑。同时表面工程和再制造工程作为发展循环经济的重要组成方式，符合节约资源、能源，建设资源节约型、环境友好型社会的要求。面对21世纪表面工程及再制造工程的发展应坚持以信息化带动工业化，广泛应用高技术和先进实用技术改造提升产品性能和质量、降低材料消耗，实现拉动国民经济发展、节约能源、保护环境的目的，发挥表面工程及再制造工程对循环经济发展的重要支撑作用，通过科技创新不断发展完善表面工程及再制造工程，对促进我国国民经济全面而快速地步入循环经济轨道具有重大而深远的意义。 关键词：表面工程再制造工程循环经济科技创新 2006年2月发布的国家中长期科学和技术发展规划纲要中指出―21世纪新科技革命迅猛发展，正孕育着新的重大突破，将深刻地改变经济和社会的面貌。信息科学和技术发展方兴未艾，依然是经济持续增长的主导力量；生命科学和生物技术迅猛发展，将为改善和提高人类生活质量发挥关键作用；能源科学和技术重新升温，为解决世界性的能源与环境问题开辟新的途径；纳米科学和技术新突破接踵而至，将带来深刻的技术革命。‖因此，科技工作者要站在时代的前列，以世界眼光，迎接新科技革命带来的机遇和挑战。纵观全球，许多国家都把强化科技创新作为国家战略，把科技投资作为战略性投资，大幅度增加科技投入，并超前部署和发展前沿技术及战略产业，实施重大科技计划，着力增强国家创新能力和国际竞争力。面对国际新形势，我们必须增强责任感和紧迫感，坚定地把科技创新作为经济社会发展的首要推动力量，把提高自主创新能力作为调整经济结构、转变增长方式、提高国家竞争力的中心环节，把建设创新型国家作为面向未来的重大战略选择[1]。 再制造工程是以产品全寿命周期理论为指导，以废旧产品性能跨越式提升为目标，以优质、高效、节能、节材、环保为准则，以先进技术和产业化生产为手段，来修复、改造废旧产品的一系列技术措施或工程活动的总称。简言之，再制造工程是废旧产品高技术修复的产业化[2-4]。实践证明，再制造可使废旧产品中蕴含的价值得到最大限度的开发和利用，是废旧机电产品资源化的最佳形式和首选途径，是节约资源的重要手段。对废旧机电产品进行再制造是发展循环经济、建设节约型社会的重要举措。
“材料表面工程”复习题 一、名词解释 表面工程技术：为满足特定的工程需求，使材料或零部件表面具有特殊的成分、结构和性能(或功能)的化学、物理方法与工艺。 表面能：严格意义上指材料表面的内能，包括原子的动能、原子间的势能以及原子中原子核和电子的动能和势能等。 洁净表面：材料表层原子结构的周期性不同于体内，但其化学成分仍与体内相同的表面。 清洁表面：一般指零件经过清洗(脱脂、浸蚀等)以后的表面。 区别：洁净表面允许有吸附物，但其覆盖的几率应该非常低。洁净表面只有用特殊的方法才能得到。清洁表面易于实现，只要经过常规的清洗过程即可。洁净表面的“清洁程度”比清洁表面高。 吸附作用：物体表面上的原子或分子力场不饱和，有吸引周围其它物质(主要是气体、液体)分子的能力。 磨损：相对运动的物质摩擦过程中不断产生损失或残余变形的现象。 腐蚀：材料与环境介质作用而引起的恶化变质或破坏。 极化：腐蚀电池工作时，阴、阳极之间有电流通过，使阴、阳极之间的电位差(实际电极电位)比初始电位差要小得多的现象。 钝化：由于金属表面状态的改变引起金属表面活性的突然变化，使表面反应速度急剧降低的现象。(阳极反应受阻的现象) 表面淬火：用特定热源将钢铁材料表面快速加热到Ac3(对亚共析钢)或者Ac1(对过共析钢)之上(奥氏体化)，然后使其快速冷却并发生马氏体相变，形成表面强化层的工艺过程。 喷丸强化：利用高速喷射的细小弹丸在室温下撞击受喷工件的表面，使表层材料在再结晶温度之下产生弹、塑性变形，并呈现较大的残余压应力，从而提高工件表面强度、疲劳强度和抗应力腐蚀能力的表面工程技术。(喷丸强化技术) 热扩渗：将工件放在特殊介质中加热，使介质中某一种或几种元素渗入工件表面，形成合金层(或掺杂层)的工艺。(化学热处理技术) 热喷涂：采用各种热源使涂层材料加热熔化或半熔化，然后用高速气体使涂层材料分散细化并高速撞击到基体表面形成涂层的工艺过程。 热喷焊：采用热源使涂层材料在基体表面重新熔化或部分熔化，实现涂层与基体之间、涂层内颗粒之间的冶金结合，消除孔隙的表面处理技术。(喷焊) 堆焊：在零件表面熔敷上一层耐磨、耐蚀、耐热等具有特殊性能合金层的技术。
我对表面工程的认识 表面工程是表面预处理后，通过表面涂覆、表面改性或多种表面技术复合处理，改变固体金属表面或非金属表面的形态、化学成分、组织结构和应力状况，以获得所需表面性能的系统工程。表面工程技术是表面工程的核心和实质。 1.表面工程的基本知识 1.1表面工程的发展历史 ·1983年首次由Prof. T.Bell提出。英Birmingham大学成立澳福森表面工程研究所 ·1985年发行表面工程(Surface Engineering)杂志 ·1986年在布达佩斯国际热处理联合会更名为国际热处理与表面工程联合会 ·1987年在英国，1988年在日本召开ICSE ·1987年12月在京成立中国机械工程学会表面工程研究所。88年创刊《表面工程》杂志。11月召开首届表工程研讨会。1998年表面工程杂志更名为《中国表面工程》(CSE) 1.2表面工程学的现状 1.2.1表面工程技术分类 ○1表面涂镀技术 将液态涂料涂覆在材料表面或将镀料原子沉积在材料表面形成涂层或镀层。常见手段有热喷涂、堆焊、电镀、化学镀、气相沉积和涂装技术。 ○2表面改性技术 利用热处理、机械处理、离子处理和化学处理等方法，改变材料表面的成分及性能的技术。常见手段有热扩渗、转化膜、表面合金化、离子注入和喷丸强化。 ○3薄膜技术 采用各种方法在工件表面上沉积厚度为100nm至1um或数微米薄膜的技术。常见手段有气相沉积技术等。
1.2.2表面工程的特点 表面工程技术最突出的技术特点是无需改变整体材质，就能获得本体材料所不具备的某些特殊性能。表面技术多获得的表面覆盖层厚度一般从几十微米到几毫米。 1.2.3表面工程的功能 装饰性：表面工程技术的传统作用之一是赋予表面更好的装饰性。不过对于金属的纯装饰性表面处理不多，很多是在兼顾表面防护性能的前提下赋予材料的装饰性，如在钢制工件上底镀Cu、中镀Ni、表镀Cr，Cu层和Ni层起防护作用，而表镀的Cr层可长久保持装饰性金属光泽。 防护性：据不完全统计，全世界每年因表面磨损、表面腐蚀、表面摩擦、表面缺陷造成对金属、非金属损失约 3.0万~3.5万亿美金，约占全世界GDP的10%~12%。表面工程技术的主要作用是：经表面改性、表面处理、表面涂覆或表面复合处理，解决材料表面磨损、表面腐蚀、表面摩擦、表面缺陷造成的破坏，从而延长材料的有效服役时间。这既是表面工程存在的价值体现，也是表面工程发展的根本动力。 修复性：工件因腐蚀、磨损或其他原因造成工件表面基体材料或表面处理层失效后，可通过单一或复合表面工程技术的应用，恢复其表面应有的尺寸精度，兼或重新赋予与新品相当，甚至超过新品的表面性能及功能，实现工件、总成或产品的再制造。 功能性：表面工程技术除了具有以上主要作用外，还可赋予材料表面耐高温或耐低温、导电或绝缘、导磁或磁屏蔽、增光或反光、润湿或憎水、生物相容性或生物排他性等新的功能，发挥新的作用。 1.2.4表面工程的应用 ○1在保护、优化环境中的应用： (1)净化大气采用化学气相沉积和溶胶-凝胶等技术制成的催化剂载体，可有效地治理被污染的大气。 (2)净化水质过滤膜可采用化学气相沉积、阳极氧化和溶胶-凝胶等表面工程技术来制备。 (3)吸附杂质采用表面技术制成的吸附剂，可使空气、水、溶液中的有害成分被吸附，还可去湿、除臭。 (4)活化功能远红外具有活化空气和水的功能。 (5)绿色能源表面工程技术是开发绿色能源的基础技术之一，许多绿色能源装置都应用了气相沉积镀膜和涂覆技术。 ○2在结构材料中的应用：
再制造技术 再制造是一种对废旧产品实施高技术修复和改造的产业，它针对的是损坏或将报废的零部件，在性能失效分析、寿命评估等分析的基础上，进行再制造工程设计，采用一系列相关的先进制造技术，使再制造产品质量达到或超过新品。就是通过一系列工业过程,将废旧产品中不能使用的零部件通过再制造技术修复,主要以先进的表面工程技术为修复手段（即在损伤的零件表面制备一薄层耐磨、耐蚀、抗疲劳的表面涂层），使得修复处理后的零部件的性能与寿命期望值达到或高于原零部件的性能与寿命。 再制造的内容有在产品设计阶段，要考虑产品的再制造性设计。在产品的服役至报废阶段，要考虑产品的全寿命周期信息跟踪。在产品的报废阶段，要考虑产品的非破坏性拆解、低排放式物理清洗。要进行零部件的失效分析及剩余寿命演变规律的探索；要完成零部件失效部位的具有高结合强度和良好摩擦学性能的表面涂层的设计、制备与加工，以及对表面涂层和零部件尺寸超差部位的机械平整加工及质量控制等。再制造的研究内容非常广泛，贯穿产品的全寿命周期，体现着深刻的基础性和科学性。主要以先进的表面工程技术为修复手段。表面工程技术又包括：喷涂修复技术，电刷镀修复技术，激光修复技术，纳米表面工程技术。主要用于轴类及一些贵重零件修复技术。 需要独立解决的科学和技术问题：1、加工对象更苛刻主要有：锻焊、热处理、铣磨件尺寸差、残余应力、内部裂纹、表面变形等缺陷；2、前期处理更繁琐再制造的毛坯必须去除油污、水垢、锈蚀层及硬化层；3、质量控制更困难再制造毛坯寿命预测和质量控制，因毛坯损伤的复杂性和特殊性而使其非常困难；4、工艺标准更严格再制造过程中废旧零件的尺寸变形和表面损伤程度各不相同，必须采用更高技术标准的加工工艺。 表面工程技术：表面工程是一项系统工程:因为表面工程是以表面科学为理论基础，以表面和界面行为为研究对象，首先把互相依存、相互分工的零件基体与零件表面构成一个系统，同时又综合了失效分析、表面技术、涂覆层材料、预处理和后加工、表面检测技术、表面质量控制、使用寿命评估、表面施工管理、技术经济分析、三废处理和重大工程实践等多项内容。表面工程在不同领域的功能：机械类产品：提高零件表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗疲劳等性能。电子电器元件：提高元器件表面的电、磁、声、光等特殊物理性能。生物医学材料：提高人造骨骼等人体植入物的耐磨性、耐蚀性及生物兼容性。工艺品：提高耐蚀性和美观性。表面工程技术分为：表面改性，表面处理，表面涂覆，复合表面技术，纳米表面工程。（一）、表面改性：表面改性是指通过改变基质表面的化学成份以达到改善表面结构和性能的目的。例如：化学热处理、离子注入、渗氮、渗碳处理等。表面改性技术有：1、扩散渗入：非金属元素表面渗扩，金属元素表面渗扩，复合元素表面渗扩；2、离子注入：非金属离子注入，金属离子注入，复合离子注入；3、转化膜技术：电化学转换膜，化学转换膜，金属着色技术。（二）、表面处理：1、表面淬火处理：感应加热表面淬火，激光加热表面淬火，电子束加热表面淬火；2、表面变形处理：喷丸，辊压，孔挤；3、表面纳米加工技术。（三）、表面涂覆，在基质材料表面制备涂覆层，即表面涂覆是在基质表面上形成一种膜层。涂覆层的化学成分、组织结构可以和基质材料完全不同，它以满足表面性能、涂覆层与基质材料的结合强度能满足工况、经济、环境好为准则。如化学气相沉积（CVD)、物理气相沉积（PVD）热喷涂、堆焊等、电镀、化学镀等。（四）、复合表面工程技术，复合表面工程技术是对上述三类表面工程技术的综合运用。复合表面工程技术是在一种基质材料表面上采用了两种或多种表面工程技术，用以克服单一表面工程技术的局限性，发挥多种表面工程技术间的协同效应，从而使基质材料的表面性能、质量、经济性达到优化。（五）、纳米表面工程技术，纳米表面工程技术是充分利用纳米材料、纳米结构的优异性能，将纳米材料、纳米技术与表面工程技术交叉、复合、综合，在基质材料表面制备出含纳米颗粒的复合涂层或具有纳米结构的表
现代表面工程与技术 Modern Surface Engineering and Technology 什么是表面工程？ 表面工程是将材料的表面与基体一起作为一个系统进行设计，利用各种表面技术，使材料的表面获得材料本身没有而又希望具有的性能的系统工程。 第一章表面技术概论 表面技术是直接与各种表面现象或过程相关的，能为人类造福或被人们利用的技术----宽广的技术领域。 一、使用表面技术的目的 1、提高材料抵御环境作用能力。 2、赋予材料表面功能特性。 3、实施特定的表面加工来制造构件、零部件和元器件。 途径： 表面涂覆：各种涂层技术（电镀、化学镀、热渗镀、热喷涂、堆焊、化学转化膜、涂装、气相沉积、包箔、贴片）。 表面改性：喷丸强化、表面热处理、化学热处理、激光表面处理、电子束表面处理。 二、表面技术的分类 1、按作用原理 (1)原子沉积 电镀、化学镀、物理、化学气相沉积 (2)颗粒沉积 热喷涂、搪瓷涂敷 (3)整体覆盖 包箔、贴片 (4)表面改性 2、按使用方法 (1)电化学法 电镀、电化学氧化（阳极氧化） (2)化学法 化学转化膜、化学镀 (3)真空法 物理、化学气相沉积、离子注入 (4)热加工法 热浸镀、热喷涂、化学热处理、堆焊 (5)其它方法 涂装、机械镀、激光表面处理
三、表面技术的应用 1、广泛性和重要性 (1)广泛性 内容广 基材广 种类多 遍及各行业，用于构件、零部件、元器件，效益巨大 (2)重要性 ?改善耐腐蚀、磨损、氧化、疲劳断裂、辐照损伤 ?提高产品长期运行可靠性、稳定性 ?满足特殊要求（必不可少或唯一途径）
?生产各种新材料、新器件（在制备临界温度超导膜、金刚石膜、纳米多层膜、纳米粉末、纳米晶体材料、多孔硅中起关键作用；又是许多光学、微电子、磁性、化学、生物等功能器件研究和生产的基础） 2、在结构材料及构件和零部件上的应用 表面技术作用：防护、耐磨、强化、修复、装饰 3、在功能材料和元器件上的应用 制造装备中具独特功能的核心部件。 表面技术可制备或改进一系列功能材料及元器件 物理特性： ?光学 反射镜材料，防眩零件 ?热学 散热材料，耐热涂层，吸热材料 ?电学 表面导电玻璃，绝缘涂层 ?磁学 磁记录介质，电磁屏蔽材料，磁泡材料 化学特性： 分离膜材料 4、在人类适应、保护和优化环境方面的应用 (1)净化大气 原料、燃料→CO2、NO2、SO2 措施：回收、分解 方法：制备触媒载体（钯炭、铂炭、钌炭、铑炭） (2)净化水质 制备膜材料，处理污水、化学提纯、水质软化、海水淡化 (3)抗菌灭菌 TiO2（粉状、粒状、薄膜状）可将污染物分解 ?当光照射半导体化合物时，并非任何波长的光都能被吸收和产生激发作用，只有能量E满足式(1)的光量子才能发挥作用。 ?光子波长 h-普朗克常数，4.138×10-15 eV·s； c-真空中光速，2.998×1017 nm/s 锐钛型TiO2的Eg = 3.2eV ?在TiO2粒子表面上，有还原作用；产生氧化作用。 在界面处的还原作用：