机电工程学院
摩擦学与润滑技术作业摩擦学与表面工程
2012年3月
摩擦学与表面工程
摩擦学对表面工程的要求主要是实现摩擦副功能，减少或增加摩擦和磨损。从摩擦学的角度出发，要尽力避免力将摩擦副偶件孤立起来进行表面处理技术研究，即在研究和选择表面处理技术时，必须从系统的观点出发，充分考虑配副性问题。表面工程摩擦学领域所获得的大量研究成果，不仅促进和丰富了摩擦学的基础研究而且为开发工业和高新技术发展所必需的具有高强度高耐磨性和
高抗蚀性的摩擦学材料提供了重要的指南。表面工程是极具活力的实用技术与之结合，将摩擦学是研究相对运动的相互作用表面间的摩擦、润滑和磨损，以及三者间相互关系的基础理论和实践，表面工程是表面经过预处理后，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，以获得表面所需性能的系统工程。
一表面工程的分类
根据表面工程技术涂层和表面处理发展历程把表面工程分为两代，第一代主要采用单一技术包括电镀化学镀热喷涂热化学处理沉积以及载能束改性等表面工程技多年来该类表面工程及其摩擦学的研究取得了巨大进展许多研究成果已获得了应用随着新型工艺如和等的采用具有低摩擦高抗磨性的新型涂层如等应运而生但是只有采用第二代表面工程即复合表面工程才有可能从经济和技术上不断满足高性能新材料的要求
按表面技术分类如下。
1.表面热处理及化学热处理。
2.堆焊及热喷涂
3.电镀及电沉积
4.气相沉积
5.高能密度处理
6.胶粘非金属涂层
二．表面工程常用方法
1、表面化学法预处理：溶剂清洗，碱洗，碱蚀，酸洗，酸蚀，乳化液清洗，
化学抛光，电解抛光，电解清洗等。目的是满足清洁表面（去油、锈、氧化皮）使表面光亮、粗化或满足其他要求，使表面均一。
2、表面机械法精整：喷砂、喷丸、磨光、抛光、刷光、滚光等目的是清理表
面杂质；表面均一及粗化；表面强化（喷丸硬化）
3、热加工相变硬化：火焰加热硬化、激光淬火、电子束硬化等。目的是提
高表面硬度与耐磨性（不改变基体表面化学成份）
4、热化学（扩散）表面改性：渗碳、碳氮共渗，渗氮、渗硫与多元共渗，渗
硼及多元共渗，渗金属及复合渗，激光表面合金化，热浸锌、铝等。目的是提高耐蚀、耐热、耐磨及抗疲劳性能
5、化学法镀覆：化学镀，溶胶一凝胶法，磷酸盐处理，（磷化）铬酸盐处理
（铬酸盐钝化）草酸盐处理，钢铁氧化等。目的是防护装饰；改善耐磨性能；冷变形加工润滑
6、电镀：常规单金属镀，复合电镀，合金电镀，脉冲电镀，高速电镀，激
光电镀，刷镀等。目的是防护装饰；提高减摩耐磨性能；制备特殊功能金属镀层（光、电、磁、可焊性等）
7、电铸：电铸镍，电铸铜等复制金属制品尺寸修复
8、阳极氧化：铝及铝合金阳极氧化，镁及镁合金阳极氧化，钛及钛合金阳
极氧化等目的是防护装饰；提高喊摩耐磨性能；制备特殊功能膜（耐热、绝缘、太阳能吸收等）
9、有机涂装：浸涂，淋涂，幕帘淋涂，辊涂，电泳涂装，自泳涂装，静电
涂装，喷涂，流化床涂覆等目的是防护装饰；耐腐蚀；制备特种功能有机涂层（隔音、减震、隔热、耐油、防火、电绝缘、防污等）
10、梯度功能表面技术：正机械梯度意味着摩擦表面材料的剪切屈服应力
〔或硬度)小于非摩擦表面基体材料的剪切屈服应力，即从摩擦表面到基体内，材料的屈服应力逐渐增大;反之为负机械梯度。正机械梯度摩擦面的剪切强度低于比基体的低，剪切发生在摩擦接触面上，表现为外摩擦;
负机械梯度因摩擦面的剪切强度高于基体的，剪切发生在摩擦件基体内，表现为内摩擦。机械梯度功能表面是目前梯度功能表面技术的一部分，它很好地体现了摩擦学关于摩擦表面机械梯度的理论。
11、热喷涂：火焰喷涂，电弧喷涂，等离子喷涂，爆炸喷涂，粉末等离子堆
焊等目的是制备耐蚀，耐磨，减摩，隔热，导电，绝缘，可磨耗封严等多种功能涂层
12、物理气相沉积（PVD）：蒸发镀，溅射镀，离子镀等目的是制备装饰性，
耐磨，耐蚀及光，电，磁等功能薄膜
13、化学气相沉积（CVD）：常压化学气相沉积，低压化学气相沉积，激光化
学气相沉积，金属有机化合物化学气相沉积，等离子体化学气相沉积等目的是制备耐磨，抗氧化，抗腐蚀固态薄膜，适用于复杂零件及难熔金属、石墨、陶瓷等基体材料零件处理，可沉积难熔金属
14、离子注入表面改性：氮离子注入（单一气体注入），等离子源离子注入，
离子辅助镀膜等。目的是制备金属成形刀具、模具耐磨硬质涂层
15、缓蚀材料防锈（封存防锈）：水剂防锈，油脂防锈，气相防锈，可剥性塑
料防锈，防锈切削液等。目的是整机设备及机械基础件（包括原材料，毛坯件）在运输、储存及加工工序间周转过程中防锈
16、其他：包覆、衬里、搪瓷涂覆、离心浇注、料浆喷涂、机械镀等目的是
制备耐化工腐蚀厚覆层及耐蚀镀层（机械镀）
三．表面工程的应用
1. 在改善和美化人们生活中的应用
2. 在保护、优化环境中的应用
3. 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。
4.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。
5.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。
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------- 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---------------------------------------------------------
第20卷 第2期摩擦学学报V o l20, N o2 2000年4月TR I BOLO GY A p r,2000表面工程摩擦学研究进展3 张绪寿,余来贵,陈建敏 (中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室,甘肃兰州 730000) 摘要:综述了第二代表面工程技术和表面工程摩擦学的研究进展,展望了21世纪表面工程摩擦学研究的发展动向. 关键词:表面工程摩擦学;表面涂层;复合表面工程;多层涂层 中图分类号:TH117文章标识码:A文章编号:100420595(2000)022******* 随着表面科学和材料科学与工程的发展,近廿年来表面工程摩擦学(改性表面摩擦学)获得了迅速发展.80年代初,表面工程摩擦学研究在英国和德国摩擦学各研究领域中已分别上升到了第一位和第二位. 1983年世界上第一个表面工程研究所在英国伯明翰大学成立.1985年《SU R FA CE EN G I N EER I N G》创刊,1988年《表面工程》创刊.资料表明[1],1990年到1994年仅德国就有近1000家新的表面工程公司成立.1994年北美、日本和西欧各国在表面工程研究领域的总投资达400亿美元.目前表面工程摩擦学已成为摩擦学研究领域中十分活跃的分支[2,3].这从1997年第一届世界摩擦学大会的有关论文情况亦可得到佐证[4].表面工程摩擦学领域所获得的大量研究成果不仅促进和丰富了摩擦学的基础研究,而且为开发工业和高新技术发展所必需的具有高强度、高耐磨性和高抗蚀性的摩擦学材料提供了重要的指南. 1 表面工程摩擦学研究现状 1.1 表面工程技术研究进展 1997年B ell根据表面工程技术(涂层和表面处理)发展历程把表面工程分为两代[5]:第一代主要采用单一技术,包括电镀、化学镀、热喷涂、热化学处理、CVD、PVD沉积以及载能束改性等表面工程技术.20多年来,该类表面工程及其摩擦学的研究取得了巨大进展,许多研究成果已获得了应用.随着新型工艺如PA PVD、PA CVD和PS II等的采用,具有低摩擦高抗磨性的新型涂层如C3N4等应运而生[6,7].但是,只有采用第二代表面工程即复合表面工程才有可能从经济和技术上不断满足高性能新材料的要求[5,8].Sub ram an ian等[9]根据涂层的发展历程把涂层技术分为3代:第一代涂层指传统的单组分涂层如T i N;第二代指二元复合涂层如T i(CN)和(T i A l)N;第三代指新近出现的多层及多组元涂层.近年来针对复合表面工程及多层涂层的研究更为活跃[10],其代表了表面工程技术90年代以来的发展方向.本文就复合表面工程和多层涂层摩擦学的研究进展进行综述. 1.2 复合表面工程的定义和分类 复合表面工程的特点在于采用2种或2种以上表面技术以获得任何单一技术不能达到的具有良好综合性能的复合物表面.按照两种不同技术间的相互作用及其对复合表面层综合性能的贡献,可以进一步将复合表面工程分为2类[5]:第一类指2种不同工艺技术互相补充,其最终性能是2种工艺共同作用的结果;第二类指一种工艺补充和增强另一种工艺,前者作为预处理或前处理,最终性能则主要取决于后一种工艺.采用复合表面工程的主要目的在于:①通过对底材进行强化预处理以提高底材对涂层的支撑能力,从而防止在给定负荷下由于底材的塑性变形而导致涂层的过早失效[5];②利用多种涂层或处理技术复合产生协同效应,从而在表面上获得更高性能的复合改性层[8].从技术上说,2种或多种表面技术的结合是没有限制的,但实际上复合表面工程不是每种表面技术的简单混合.由于复合处理的结果组成了一个典型的多层复合体系,复合体系的最终性能主要取决于2种不同处理技术的综合效应,其中2种处理间的协同效应对改善复合体系的性能有利.因此,选择复合表面处理技术时,必须仔细考虑不同处理工艺在冶金学、力学、物理和化学等方面的相互作用,严防 3国家杰出表年基金资助项目. 1999210212收到初稿,2000201228收到修改稿 通讯联系人张绪寿.张绪寿 男,65岁,研究员,主要从事摩擦学表面工程研究工作.
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。
绪论 1、摩擦学定义：是关于相对运动的相互作用表面的科学技术，包括摩擦、润滑、磨损和冲蚀。 2、摩擦学研究内容主要包括：摩擦、磨损、润滑以及表面工程技术。 3、摩擦：是抵抗两物体接触表面在外力作用下发生切向相对运动的现象。 4、磨损：着重研究与分析材料和机件在不同工况下的磨损机理、发生规律和磨损特性。 5、润滑：研究内容包括流体动力润滑、静力润滑、边界润滑、弹性流体动力润滑等在内的各种润滑理论及其在实践中的应用。 6、表面工程技术：将表面与摩擦学有机结合起来，解决机器零部件的减摩、耐磨，延长使用寿命的问题。 第一章 1、表面形貌：微观粗糙度、宏观粗糙度（即波纹度）和宏观几何形状偏差。 2、表面参数：（1）算术平均偏差Ra 是在一个取样长度lr 内纵坐标值Z （x ）绝对值的算术平均值。（2）轮廓的最大高度Rz 是在一个取样长度lr 内最大轮廓峰高Zp 和最大轮廓谷深Zv 之和的高度。（3）均方根偏差Rq 是在一个取样长度lr 内纵坐标值Z （x ）的均方根值。 3、对于液体，表层中全部分子所具有的额外势能的总和，叫做表面能。表面能越高，越易粘着。 4、物理吸附：当气体或液体与固体表面接触时，由于分子或原子相互吸引的作用力而产生的吸附叫做物理吸附，是靠范德华力维系的，温度越高，吸附量越小。物理吸附薄膜形成的特点是吸附和解吸附具有可逆性，无选择性。 5、化学吸附：极性分子与金属表面的电子发生交换形成化学键吸附在金属表面上，且极性分子呈定向排列。化学吸附的吸附能较高，比物理吸附稳定，且是不完全可逆的，具有选择性。 6、粘附：是指两个发生接触的表面之间的吸引。 7、影响粘附的因素：①润湿性，②粘附功，③界面张力，④亲和力。 8、金属表面的实际结构：（1）外表层：①污染层，②吸附气体层，③氧化层；（2）内表层：①加工硬化层，②金属基体。 第二章 1、固体表面的接触分类：（1）点接触和面接触。（2）①弹性接触（赫兹接触），②塑性接触，③弹塑性接触，④粘弹性接触。 2、名义接触面积：是两接触固体几何（宏观）界面的边界所确定的面积。 3、实际接触面积：是两接触固体之间传递界面力的各接触斑点面积之和。 影响因素：①载荷的大小，②材料的性质，③微观粗糙度。 4、接触模型：①圆柱体模型（当载荷改变时其接触面积保持不变），②圆锥体模型（比较接近实际情况，因为存在尖端微凸体的可能性很小），③形状对称的球体模型（最符合实际）。 5、塑性指数： 2 1??? ??=ψR H E σ σ：表面微凸体高度分布的标准偏差；R ：微凸体的相当曲率半径；E ：复合弹性模量；H ：材料的硬度值。当ψ<1，弹性接触；ψ>1，部分接触点含有塑性接触；ψ>3，主要是塑性接触。 第三章 1、摩擦的概念：摩擦力是指两个相互接触的物体在外力作用下发生相对运动（或具有趋势）时在接触面间产生的切向运动阻力，这种现象称为摩擦现象。 2、摩擦有害的方面：（1）造成大量能量的消耗，引起机械效率的降低；（2）摩擦使得机器中相对运动的零件表面产生磨损；（3）摩擦使得摩擦副工作温度上升。 3、摩擦的分类： （1）运动状态：静摩擦和动摩擦；（2）运动方式：①滑动摩擦，②滚动摩擦，③转动摩擦；
摩擦学发展概况综述 姓名：XXX 学号：XXX 日期：2016年5月
目录 1.引言 (1) 2.近年来我国摩擦学发展的重要成就 (1) 2.1摩擦学教育 (2) 2.2摩擦学研究 (2) 3.现代摩擦学的发展 (3) 4.70~90年代摩擦学的主要研究内容 (4) 4.1磨损研究 (4) 4.2流体动压轴承 (4) 4.3流体静压支承和动静压支承 (4) 4.4弹性流体动压润滑 (5) 4.5固体润滑材料 (5) 4.6润滑油脂材料 (5) 4.7摩擦学测试技术及共况检测 (5) 5.90年代后至今摩擦学的发展方向 (5) 6.工业界的摩擦学研究 (6) 7. 摩擦学工业应用举例 (7) 8对摩擦学在我国国民经济中的重要作用的几点认识 (8) 9.摩擦学面临的挑战 (8) 10.结束语. (9)
摘要：本文简要介绍了摩擦学的发展历史、研究内容及其在机械工业领域中的应用,并提出了当今摩擦学的主要发展方向。回顾了我国摩擦学发展的历程,综述了近年来我国摩擦学发展的重要成就,分析了摩擦学在我国国民经济发展中的重要作用,强调了节能、节资应该是摩擦学应用研究的主要发展方向。摩擦学在解决我国国民经济和社会发展中所面临的资源、能源、环境问题中具有重要的战略地位,对我国建设可持续发展的资源节约型和环境友好型社会,对国家安全、公众健康和高新技术的发展都具有重要作用。显然,国内面临的严峻形势需要我国摩擦学的发展,并赋予它新的历史使命,即摩擦学除了继续发挥它对高新技术和许多科技与工程领域的技术支撑作用之外,还应成为节约资源、能源,保护生态环境,实现经济社会与自然生态、环境资源协调发展的一支重要力量。 1.引言 按照当今的概念,摩擦学是研究作相对运动的相互作用表面及其有关实践的科学与技术,以摩擦、磨损和润滑为主要研究内容。根据这个概念,远古时代的钻木取火技术应该是比较早的摩擦学技术,在公元前几千年的制陶工具———陶轮中人们就已经开始使用轴承;战车的使用也可以追溯到夏代。诗经里的“载脂载辖,还车言迈”是我国早期使用润滑脂的文字记载,说明最晚在2 500年前人们就已经开始普遍使用润滑剂了。我国摩擦学技术的早期研究有着悠久的历史。摩擦学(Tribolgy)一词是在1966年以后才开始使用并收入在牛津大学出版社出版的牛津英语词典中,这个新词是英国HPeterJost先生于1966年3月9日首先提出的。摩擦学包括摩擦、磨损与润滑。摩擦学被定义为“研究相对运动的相互作用的表面的有关理论与实践的一门科学与技术”。摩擦学是当今国际上研究十分活跃和受到各国普遍重视的交叉学科领域。摩擦学涉及材料科学、表面工程、流体力学、化学、物理及机械工程等学科。目前,摩擦学的研究不仅存在于机械系统中,而且存在许多领域中,如计算机工业中的磁性信息储存器、核反应堆中的摩擦学问题、医疗工程中的生物摩擦学等。 由于过去没有摩擦学的概念,各项研究工作都是在自然形成的各自的技术领域(如摩擦、磨损、润滑)中进行的,摩擦学科学研究进展缓慢。直到1966年,以H PJost博士为首的专家小组,提出了著名的《英国教育科研部关于摩擦学教育和研究的报告》(Jost报告)。该报告提出了“摩擦学”这样一个学科术语,它把摩擦、磨损、润滑及其相互作用的表面科学联系起来。摩擦学的提出对于促进该学科领域的发展具有十分重要的意义。 2.近年来我国摩擦学发展的重要成就 2006年中国工程院专门立项进行了《摩擦学科学与工程应用现状与发展战略研究》。项目由徐匡迪院长担任顾问,机械与运载工程学部副主任张彦仲院士任组长,谢友柏、薛群基、徐滨士院士任副组长,来自全国各高等院校、研究院所、大型企业和军事部门的33个单位的15位院士、63名专家直接参加了调研工作,另有200余位各个行业的摩擦学专家教授、工程技术和管理人员协助参加了调研工作。项目组按照调研对象(行业)成立了冶金、能源化工、机车、汽车、航空航天、船舶、军事装备和农业装备等8个课题组,结合我国实际,采用面上调查和典型事例相结合的方法,选择了若干有代表性、专业人员基础较好、统计资料较完整的企业,通过问卷调查、组织座谈和专题讨论,以及深入现场收集资料等多种方式开展了调研工作。根据调查结果可以认为, 20年来我国在摩擦学教育、科研和工业应用领域取得了许多重要成果。
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
?????????*????＊?????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。
摩擦学的现状与前沿 ——机自09-8班姚安 03091131 摩擦学作为一门实践性很强的技术基础科学，它的形成和发展与社会生产要求和科学技术的进步密切相关。它作为一门独立的学科受到世界各国普遍重视，摩擦学理论与应用研究进入了一个新的时期。 1 研究现状与发展趋势 现代摩擦学研究的主要特征可以归纳为： (1)在以往分学科研究的基础上，形成了一支掌握机械、材料和化学等相关知识的专业研究队伍，有利于对摩擦学现象进行多学科综合研究，推动了摩擦学机理研究的深入发展。 (2)由于摩擦学专业教育的发展和知识普及，以及摩擦学本身具有的实践性很强的特点，当今工业界有大量的工程科技人员结合工程实际开展研究，促使摩擦学应用研究取得巨大的经济效益。 (3)随着理论与应用的不断完善，摩擦学研究模式开始从以分析摩擦学现象为主逐步向着分析与控制相结合，甚至以控制性能为目标的研究模式发展。此外，摩擦学研究工作从以往的主要面向设备维修和改造逐步进入机械产品的创新设计领域。 （4）交叉学科的发展。摩擦学作为一门技术基础学科往往与其他学科相互交叉渗透从而形成新的研究领域，这是摩擦学发展的显著特点。主要的交叉学科如下:摩擦化学、生物摩擦学、生态摩擦学及微机械学等。 当今，相关科学技术特别是计算机科学、材料科学和纳米科技的发展对摩擦学研究起着重要的推动作用，主要表现在以下方面。 1.1 流体润滑理论 以数值解为基础的弹性流体动力润滑(简称弹流润滑)理论的建立是润滑理论的重大发展。现代计算机科学和数值分析技术的迅猛发展，对于许多复杂的摩擦学现象都可能进行精确的定量计算目前薄膜润滑研究尚处于起步阶段，在理论和应用上都将成为今后润滑研究的新领域。 1.2 材料磨损与表面处理技术 现代材料磨损研究的领域已从以金属材料为主体扩展到非金属材料包括陶瓷、聚合物及复合材料的研究。表面处理技术或称表面改性是近20年来摩擦学研究中发展最为迅速的领域之一。它利用各种物理、化学或机械的方法使材料表面层获得特殊的成分、组织结构和性能，以适应综合性能的要求。就学科发展趋势而言，复合性材料的研究是材料科学的重点方向，而表面改性技术实质上就是研制表里具有不同材质的复合性材料，因而受到摩擦学者广泛的重视。 1.3 纳米摩擦学 纳米摩擦学提供了一种新的思维方式和研究模式，即从原子分子尺度上揭示摩擦磨损与润滑机理，从而建立材料微观结构与宏观特性之间的构性关系，这将更加符合摩擦学的研究规律.目前，纳米摩擦学的主要研究内容包括材料微观摩擦磨损机理与控制，以及表面和界面分子工程即通过材料表面微观改性和纳米涂层，或者建立有序分子膜润滑，以获得优异的减摩耐磨性能。当前的应用研究主要集中在计算机磁记录装置以及超精密和微型机械。纳米摩擦学是摩擦学研究的热点领域，迄今已有大量的研究报告发表，并出版了专著。
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。
《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。
表面工程技术与摩擦学 摘要：利用表面工程技术解决摩擦磨损问题具有高效、实用等特点。随着科学技术的迅速发展，表面工程技术被广泛应用于摩擦学领域，以解决和提高材料、机件的抗磨减摩性能。本文对几种具有摩擦学应用价值的表面工程技术进行了概述，并对其在液体润滑材料制备方面的应用进行了展望。 关键词：表面工程技术；摩擦；应用 据不完全统计，世界能源的1/3～1/2消耗于摩擦，机械零件80%失效原因是磨损[1]。机械设备零部件的摩擦磨损过程只发生在表面。从这一现象出发，可以从两个方面考虑来解决机件的摩擦磨损问题：一是采取外加润滑材料的方式，实现抗磨减摩的目的；二是改善和提高机件材料本身表面的抗磨减摩性能。显然，表面工程技术作为“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[2]”,可以实现对固体表面进行强化、改性、超精细加工或赋予表面新功能，从而有效解决摩擦磨损问题。 1 表面淬火和表面形变强化 表面淬火技术和表面形变强化技术不需要外加其它材料，主要依靠材料自身组织与结构转变来进行表面改性，实现表面强化和硬度提高，从而改善机件的耐磨性能。 表面淬火技术是采用特定热源将钢铁材料表面快速加热到对亚共析钢或对
过共析钢之上，然后使其快速冷却并发生马氏体相变，从而形成表面强化层，根据淬火热源不同，可以分为感应加热淬火、火焰淬火、激光淬火、电子束淬火等。表面淬火技术主要用于高碳钢和中碳钢，低碳钢由于强化效果不显著，较少采用该工艺。该技术被广泛应用于汽车工业，如万向节、十字轴、曲轴、齿轮、发动机缸体和气缸套内壁等部件的表面强化处理，以提高机件的耐磨性能。 表面形变强化技术是指通过滚压或者高速喷丸冲击，使得工件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和抗疲劳强度，以改善零部件的耐磨和抗腐蚀性能。该技术常用于齿轮和轴类工件的表面强化硬化处理。 2 热扩渗 将工件置于特殊介质中加热，使介质中某一种或几种元素（通常选择能提高材料硬度和耐磨性能的C、B、N、Zn、Cr等元素）渗入工件表面，形成合金层的工艺，称之为热扩渗技术，或化学热处理技术。根据渗剂物质状态不同，通常分为气体热扩渗、液体热扩渗、固体热扩渗、等离子热扩渗和复合热扩渗。其基本原理是通过加热或化学反应，产生渗剂元素的活性原子，活性原子在基体表面吸附，随后被基体吸收，并在基体金属内部发生扩散，形成具有高硬度、韧性良好、耐磨性高的特殊功能层，从而提高机件的抗磨耐磨性能。 3 热喷涂 热喷涂技术是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，根据热源、
“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。
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