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材料表面工程课件

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表面工程学--涂装技术ppt课件

表面工程学--涂装技术ppt课件
➢ 第二类：转化型成膜物质：在涂料成膜过程中组织结构发 生变化，形成与其原来组成结构完全不同的涂膜。
特点：由于转化成膜物质具有能起化学反应的官能团，在 热氧或其他物质作用下能够聚合成与原有结构不同的不溶， 不熔的网状高聚物，即热固性高聚物，因而形成的涂膜是 热固性的，通常具有网状结构。比如干性油和半干型油， 漆酚，多异氰酸酯的加成物和聚合物。
标志作用功能
利用色彩的明度和反差强烈的特性，引起人们警觉，避免危 险事故发生，保障人们的安全。有些公共设施，如医院、消防 车、救护车、邮局等，也常用色彩来标示，方便人们辨别。
特殊作用功能
涂装能使物体获得力学性能（耐磨、润滑）、热功能（耐 高温、阻燃）电磁学功能（导电、防静电涂料）、声波、雷达 波的反射和吸收、夜光作用等。
18
3.3 涂膜防护原理 涂膜对金属的保护作用主要体现在：
涂膜
金属与腐蚀 介质隔离， 阻碍电化学 腐蚀的发生
阻碍阳极与 溶液间离子 的移动，减 小了腐蚀速
率
涂料中的颜 料对金属表 面起钝化作 用，减缓了
腐蚀速度
19
第四节 涂装材料
涂装用材料主要包括：预处理材料、涂料、后处理材料。
4.1 预处理材料
17
链锁聚合反应(加聚反应)成膜：有三种形式 a) 氧化聚合形式：以天然油脂为成膜物质的油脂涂料以及 含有油脂组分的天然树脂涂料、酚醛树脂涂料、醇酸树脂 涂料和环氧酯涂料等都是依靠环氧聚合成膜的。 b) 引发剂引发聚合形式：不饱和聚酯涂料是典型的依靠引 发剂引发聚合成膜的。 c) 能量引发聚合形式：一些以含共价键的化合物或聚合物 为成膜物质的涂料可以通过能量引发聚合形式而成膜。
第九章 涂装技术
本章主要内容
• 第一节 涂装技术的概述 • 第二节 涂料的基本组成及其作用 • 第三节 涂料成膜机理 • 第四节 涂装材料 • 第五节 涂装工艺与设备 • 第六节 几种典型产品涂装 • 第七节 涂膜质量评价及涂装技术发展趋势

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常用的喷涂材料有很多根据需要来设计。
材料的形式主要有：粉末（HVOF、等离子、 爆炸喷涂、火焰喷涂等），线材（火焰喷 涂、电弧喷涂）
材料成分主要有：金属、非金属、陶瓷、 碳化物、自熔合金、复合粉末等
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
（3）金属陶瓷
主要是一些碳化物如WC、SiC、BC这 些材料喷涂时防止分解。一般用金属 作 “胶粘剂” 制成金属陶瓷粉末。如 WC-Co系Cr3C2-NiCr系，具有优良的耐 磨、耐蚀性能。
（4）自粘性喷涂粉末（自熔合金）
如镍包铝、铝包镍等。可以提高涂层 与基体结合强度。
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各种喷涂方法简介
工艺品：提高耐蚀性和美观性。
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
1.2表面工程技术分类
1、表面改性技术：通过改变基质材料成分， 达到改善性能的目的。如：渗氮、渗碳处 理。
2、表面处理：不改变材质成分，只改变基 质材料的组织结构及应力，以改善性能。 如：表面淬火，喷丸辊压等。
结合强度 8-20 12-25 可达
>70 60~77

材料表面处理-工程

材料表面处理-工程

材料表面处理-工程表面处理这里从类同与电镀的一些工艺作分析介绍，以下的一些工艺都是在与我们电镀相关的一些工艺过程，通过这样的介绍给大家对这些工艺有一个感性的认识，。

化学镀（自催化镀）autocalytic plating在经活化处理的基体表面上，镀液中金属离子被催化还原形成金属镀层的过程。

这是在我们的工艺过程中大多都要涉及到的一个工艺工程，通过这样的过程才能进行后期电镀等处理，多作为塑件的前处理过程。

电镀electroplating利用电解在制件表面形成均匀、致密、结合良好的金属或合金沉积层的过程，这种工艺过程比较烦杂，但是其具有很多优点，例如沉积的金属类型较多，可以得到的颜色多样，相比类同工艺较而言价格比较低廉。

电铸electroforming通过电解使金属沉积在铸模上制造或复制金属制品（能将铸模和金属沉积物分开）的过程。

这种处理方式是我们在要求最后的制件有特殊表面效果如清晰明显的抛光与蚀纹分隔线或特殊的锐角等情况下使用，一般采用铜材质作一个部件的形状后，通过电镀的工艺手段将合金沉积在其表面上，通常沉积厚度达到几十毫米，之后将形腔切开，分别镶拼到模具的形腔中，注射塑件，通过这样处理的制件在棱角和几个面的界限上会有特殊的效果，满足设计的需要，通常我们看到好多电镀后高光和蚀纹电镀效果界限分明的塑胶件质量要求较高的通常都采用这样的手段作设计。

如下图所见的棱角分明的按键板在制造上采用电铸工艺的话，会达到良好的外观效果。

真空镀vacuum plating真空镀主要包括真空蒸镀、溅射镀和离子镀几种类型，它们都是采用在真空条件下，通过蒸馏或溅射等方式在塑件表面沉积各种金属和非金属薄膜，通过这样的方式可以得到非常薄的表面镀层，同时具有速度快附着力好的突出优点，但是价格也较高，可以进行操作的金属类型较少，一般用来作较高档产品的功能性镀层，例如作为内部屏蔽层使用。

塑料电镀塑料电镀的特点塑料电镀制品具有塑料和金属两者的特性。

材料表面工程课件

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领域。
跨学科交叉与合作可以促进 材料表面工程的发展和创新
。
国内外学术交流与合作有助 于推动材料表面工程的发展 。
环保与可持续发展的问题
01
材料表面工程需要考虑环保和 可持续发展的问题。
02
环保和可持续发展的需求推动 材料表面工程向绿色、低碳方 向发展。
03
材料表面工程中需要考虑资源 节约、能源消耗降低、废弃物 减少等问题。
要点二
详细描述
不锈钢是一种具有优异耐腐蚀性和美观性的金属材料，广 泛应用于建筑、装饰、医疗器械等领域。然而，在某些腐 蚀环境下，不锈钢的耐腐蚀性仍需提高。通过表面处理技 术，如氮化处理、钝化处理等，可以增强不锈钢的耐腐蚀 性和抗疲劳性，提高其使用寿命。
铝合金的硬质表面处理
总结词
提高铝合金的硬度和耐磨性。
硬质涂层
通过电子束加热和蒸发金属或非金属材料，在金属表面形成一层具有高硬度和耐磨性的涂层。
纳米结构涂层
通过电子束加热和蒸发金属或非金属材料，在金属表面形成一层具有纳米尺度的涂层，提高表面性能和耐腐蚀性 。
04
材料表面工程的应用案例
高温合金的表面强化
总结词
提高高温合金的耐磨性、抗疲劳性和耐腐蚀 性。
科植入物等。然而，钛合金的表面性质直接影响到其与人体组织的相容性和生物活性。通过表面处理技术，如 涂层技术、等离子处理等，可以改善钛合金的表面性质，提高其在生物医学领域的适用性。例如，通过涂层技 术可以在钛合金表面形成一层生物活性陶瓷涂层，提高其与人体组织的相容性和生物活性；通过等离子处理可 以改变钛合金表面的化学性质和微观结构，提高其抗细菌粘附和抗炎性能。
实践环节与操作技巧
实践环节注意事项
在实践环节中需要注意的事项和细节，包括安全操作、 设备维护和环境保护等。

《表面工程》PPT课件

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第二节 外表工程技术的专业环境
平安第一！ 安康第一!
一般的外表技术运用对环境没有什么特殊要求，局部 外表工程技术如涂装技术、气相沉积、外表微细加工对专 业环境有特色要求。 1 喷涂工作环境的要求 1)最好是在无人的封闭工作间内进展； 2) 要有强排风装置，防止粉尘危害；
3)等离子喷涂应有防噪音措施，如戴耳 塞。
2、有机溶剂脱脂 用于金属零件的初步脱脂,如汽油、苯、四氯化碳等。一
般在常温下脱脂。 特点：脱脂速度快、效果好，但溶剂易挥发、易燃、有毒性， 使用时应注意通风。
安阳工学院 表面工程学 梁永政
第三章 外表工程技术的预处理工艺与专业环境
第一节 外表预处理工艺
3、水剂脱脂 以水溶剂作为清洗液去除待处理外表油污的清洗方法。
安阳工学院 表面工程学 梁永政
第三章 外表工程技术的预处理工艺与专业环境
第一节 外表预处理工艺
磨料的选择 滚光磨料有浮石、石英砂、花岗石，皮革角、贝壳、
铁屑，钢砂和陶瓷碎片等 。
刷光：利用金属丝轮或金属丝刷，在刷光机上或用手工 进展刷光的外表清理过程。
作用：去除金属外表上的毛刺、氧化物、 残存的油污及侵蚀后的黑膜等。
第三章 外表工程技术的预处理工艺与专业环境
第一节 外表预处理工艺
〔1〕 热固性塑料、ABS塑料、聚苯乙烯等：用溶剂或清洗 剂去除外表油垢、脱模剂等杂质，并进展粗化处理以使塑 料外表微观粗糙，以提高塑料外表与覆层之间的结合力。 〔2〕 聚烯烃、聚乙烯缩醛等塑料：必须进展外表氧化、酸 处理、电晕放电、紫外线等处理，改变其外表极性，提高 涂膜的附着力和亲水性。
等离子弧外表淬火
电阻外表淬火
安阳工学院 表面工程学 梁永政
第四章 外表淬火和形变强化技术

材料表面工程第十章 功能薄膜

材料表面工程第十章 功能薄膜
（7）有机薄膜微电和光电材料（OLED) 需要提高效率和可靠性
（8）High-K、Low-K材料更快的速度、 更高的集成度、更低的能耗，含氟氧 化硅、Hf02、Zr02
（9）高温超导和巨磁阻 （10）有机薄膜及有机-无机混合薄膜 （11）新型薄膜…
薄膜的应用举例
集成电路计算机，互联网，手机，Mp3
现已在多层薄膜、颗粒薄膜、非连续多层薄膜、氧化物陶 瓷等多种结构中观察到 GMR。
衡量和评价材料 GMR 性能的两个基本参数是：
在一定温度下所能达到的最大 GMR 值； 获得最大 GMR效应所需施加的饱和外磁场强度。
磁场灵敏度：GMR 与饱和外磁场强度的比值称为磁场灵敏度。
寻求 GMR 值高，饱和磁场小，磁场灵敏度高的合金体系和人工薄 膜结构是当前 GMR 材料实用化的难点和重点。
在高温（650 ℃～800 ℃）和氧气气氛下进行。 物理沉积技术，如共蒸发、分子束外延（MBE）、脉冲激
光淀积、以及溅射等；有机化学气相沉积（MOCVD）和 液相外延（LPE）。
在物理沉积 HTS 銅酸盐过程中，物相所含各种成分以单一原子或 单一氧化物成分的束流形式输送，大多数情况下薄膜生长过程都 能达到原子级别的控制，故能制备出各种新奇的多层结构。
磁记录及硬盘系统
The surface of stretched (12%) video tape without DLC-layer.
Liquid lubricant 1-2 nm
DLC 10-30 nm Magnetic coating 25-75 nm Al-Mg/10 m NiP or Glass-ceramic 0.78-1.3 mm
ZnO，Diamond，GeSi，a-Si:H 改进工艺，降低成本，研究新的应用 （2）超硬薄膜：Diamond，c-BN，b-C3N4 BCN （3）纳米薄膜材料 （4）超晶格和量子阱薄膜 （5）无机光电薄膜材料：III-V，II-V

表面工程学-第四章

表面工程学-第四章
第四章
表面淬火和表面形变强化技术
在表面工程技术中，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的工艺主要有两类： 一、表面淬火与退火技术 二、表面形变强化技术 特点：工艺简单、效果显著、应用广泛
一
（一）原理：

表面淬火技术
定义： 采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，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。 注意：凡是能通过整体淬火强化的金属材料，原则上都可以进行表面淬火。
注：P/(Dv)称为比能量，物理意义为单位面积激光作用区注入的激光能量
(3)表面预处理状态 • 表面组织准备：
通过调制处理等手段，获得较 细的材料表面组织(细片状珠光体、 回火马氏体或奥氏体)
•
表面“黑化”处理：
磷化法、氧化法、喷刷涂料法、 镀膜法
二、激光表面熔凝技术原理
定义：
采用激光束将基材表面加热到熔化温度以上，当激光束移开后由于基材 内部导热冷却而使熔化层表面快速冷却并凝固结晶的表面处理工艺。(液相淬
2．受控喷丸对材料表面形貌与性能的影响 (1)对材料表面硬度的影响：
表面硬度可大幅度提高，且硬化层深度最高 可达0.8mm
(2)对表面粗糙度的影响：
表面粗糙度对其疲劳寿命影响很大， 降低表面粗糙度可以增加零件的疲劳强度。 受控喷丸以后的表面痕迹没有方向性， 有利于增加零件的疲劳强度。
(3)对疲劳寿命与抗应力腐蚀能力的影响：
三、适用范围：
主要用于单件、小批量生产及大型齿轮、轴、轧辊、导轨等
四、组织特征：过渡区较宽
第三节
激光淬火与电子束淬火技术
一、激光淬火技术的原理及应用：

材料表面工程技术

材料表面工程技术

喷丸技术
喷丸处理也称喷丸强化，是减少 零件疲劳，提高寿命的有效方法 之一，喷丸处理就是将高速弹丸 流喷射到弹簧表面，使弹簧表层 发生塑性变形，而形成一定厚度 的强化层，强化层内形成较高的 残余应力，由于弹簧表面压应力 的存在，当弹簧承受载荷时可以 抵消一部分抗应力，从而提高弹 簧的疲劳强度。
喷完处理的方法步骤
实践证明，热喷涂技术具有独特的优越性， 在汽车修理方面有广阔的应用前景。除上述 所例举的曲轴、排气门的修复之外，还有象 汽车上的轴类零件、汽缸体、齿轮、键槽等 都可以用热喷涂(焊)技术修复，以提高零件的 使用寿命。[5]
应用实例
• 1975年美国P＆W公司就有2800件发动机 零件采用热喷涂技术。 • 通用电气公司的一个发动机工厂热喷涂零 件。 • 也有2000多个美国公司斯贝发动机有八种 热喷涂涂层应用于近200多个零件。[4]
表面工程技术在汽车制造中的 应用
表面工程中防锈、电镀、表面强化及改性技术、涂 装是汽车工业中应用最广泛的技术，而喷丸技术和 热喷涂技术也广泛应用于汽车零部件，利用喷丸强 化和热喷涂技术来提高、改善、修复汽车关键部件 的抗疲劳寿命、耐腐蚀性、耐高温氧化、耐磨等。[1]
• 汽车制造业越来越仰赖喷丸强化技术和热喷 涂技术改善、修复和提高汽车关键部件的抗 疲劳寿命与抗腐蚀、耐高温氧化、耐磨等， 并将这些因素在轿车、卡车、摩托车等设计 的最初就加以充分考虑和重视。喷丸强化技 术和工艺热喷涂技术的应用先亦包括大部分 零件的设计中，包括：曲轴（去氧化皮和强 化）、连杆（强化）、传动齿轮和其他轴类 零件、齿圈、活塞、太阳齿和行星齿、板簧 和圆簧、活塞杆、气门等。
• 热喷涂技术（热喷涂加工）正是适应这种需 要的一种金属表面强化技术。应用热喷涂技 术在零件表面喷敷各种性能的材料(例如镍基、 铁基、铜基合金以及铝、钼、锌等金属、或 陶瓷等材料)，就可以使零件表面其有一些特 殊性能如耐磨、耐蚀、扰氧化、绝热、导电、 绝缘、密封等。这样可以简便地、大幅度地 改善零件表面的工作性能。

《表面工程学》课件

《表面工程学》课件
《表面工程学》PPT课件
通过本课件，您将了解表面工程学的定义、应用领域、基本原理、常见表面 处理技术以及发展前景，希望能为您带来启发和新的知识。
课程介绍
本课程将深入探讨表面工程学的重要性和应用，为您揭示其在不同行业中的 巨大潜力。
表面工程学的定义
表面工程学是研究对材料表面进行改性和处理的学科，旨在改善材料的功能性、性能和外观。
表面工程学的应用领域
表面工程学广泛应用于汽车制造、航空航天、电子设备、医疗器械等行业， 在提升产品质量和性能方面发挥着关键作用。
表面工程学的基本原理
1 材料相互作用
通过控制表面与环境的相 互作用，实现材料性能的 优化。
2 界面工程
通过调整材料与界面之间 的相互作用，改变材料表 面的性质。
3 涂层技术
Байду номын сангаас结
通过本课程，您对表面工程学的重要性和应用领域有了更深刻的了解。继续探索和学习，将为您的事业带来无 限可能。
利用各种涂层技术，增强 材料的抗腐蚀性、耐磨性 和导热性。
常见表面处理技术
等离子体表面处理
利用等离子体反应，对材料表面 进行清洁和改性。
电镀工艺
通过电解过程，在材料表面形成 金属或合金涂层。
激光刻蚀
利用激光束对材料表面进行精确 刻蚀，实现图形和文字的印刻。
表面工程学的发展前景
随着科技的不断进步和工业需求的增长，表面工程学将继续发展，为各行各 业带来更多创新和突破。

材料表面工程技术课件

材料表面工程技术课件
通过化学或物理方法，改 善塑料表面的润湿性、粘 结性和装饰性。
功能材料表面改性实例
高分子材料表面改性
通过化学或物理方法，改变高分子材料的表面能、极性和 润湿性，提高其与其它材料的粘结性和相容性。
石墨烯表面修饰
通过化学反应，在石墨烯表面引入官能团或其它基团，改 变其物理和化学性质，实现其在传感器、电池等领域的应 用。
通过电解作用在材料表面附着一层金属膜的技术
详细描述
电镀技术利用电解原理，在材料表面附着一层金属膜，以提高材料的耐腐蚀性 、耐磨性和装饰性。电镀技术广泛应用于汽车、电子、建筑和航空航天等领域 。
化学镀技术
总结词
通过化学反应在材料表面沉积金属或合金的技术
详细描述
化学镀技术利用化学反应在材料表面沉积一层金属或合金，以提高材料的耐腐蚀 性、耐磨性和导电性。化学镀技术广泛应用于电子、生物医学和装饰等领域。
生物材料表面改性
通过物理或化学方法，改变生物材料的表面性质，使其具 有更好的生物相容性和功能性，如组织工程、药物传递和 生物检测等领域的应用。
05
材料表面工程技术展望
新材料表面工程技术的发展趋势
纳米表面工程技术
利用纳米技术提高材料表 面的耐磨、耐腐蚀和抗疲 劳等性能，满足高精度、 高性能的应用需求。
化学气相沉积技术
总结词
通过化学反应将气态物质转化为固态物质沉积在材料表面的技术
详细描述
化学气相沉积技术利用化学反应将气态物质转化为固态物质，并沉积在材料表面，形成一层薄膜。化 学气相沉积技术广泛应用于电子、光学和生物医学等领域。
03
材料表面改性技术
表面合金化技术
表面合金化技术是通过在材料表面添加合金元素，改变材料表面的成分和结构，从 而提高材料表面的性能。

材料表面工程概述

材料表面工程概述
材料表面工程
概述
第1章 绪 论
2
材料表面工程的定义
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。
3
1.1 表面工程技术的意义、目的、途径和应用
1.1.1 表面工程技术的意义
⑴ 避免和减少经济损失 ⑵ 赋予材料表面功能特性
的结果。 2. 抗磨材料的选择：选择材料前要首先查清影响产品寿命的
基本因素和磨损过程是否始终以同样的磨损机理进行等情 况，然后进行选材。 3. 耐磨表面处理：表面处理，提高耐磨性。
25
第4章 表面腐蚀基本理论
26
4.1 腐蚀的定义与分类
金属腐蚀：金属与环境组分发生化学反应而引起的表面破 坏称为金属腐蚀.
④表面改性
7
第2章 固体表面的物理化学特征
8
2.1.1固体的理想表面和清洁表面
清洁表面
☆ 指在特殊环境中经过特殊处理后获得的表面，是不存在任 何污染的化学纯表面，即不存在吸附、催化反应或杂质扩散 等物理、化学效应的表面。
☆ 清洁表面是相对于受环境污染的表面而言的。只有用特殊 的方法，如高温热处理、离子轰击加退火、真空解理、真空 沉积、场致蒸发等才能得到清洁表面。
32
4.1 腐蚀的定义与分类
④丝状腐蚀：涂有透明清漆或油漆膜的金属暴露在潮湿的大 气中时，金属表面由于漆膜能渗透水分和空气而发生腐蚀. 腐蚀产物呈丝状纤维网样，这种腐蚀称丝状腐蚀。其产生 原因是潮湿大气的作用，其机理为氧的浓差电池作用.
⑤应力腐蚀开裂：金属和合金在腐蚀与拉应力的同时作用下 产生的破裂，称为应力腐蚀开裂。 一般认为纯金属不会发生应力腐蚀的，含有杂质的金 属或是合金才会发生应力腐蚀.

材料表面工程技术-8转化膜与着色技术

材料表面工程技术-8转化膜与着色技术

成膜过程及加速所用
磷化过程不仅是化学过程，而且还有电化学过程。难溶性 磷化过程不仅是化学过程，而且还有电化学过程。 磷酸盐的沉积发生在微阴极区， 磷酸盐的沉积发生在微阴极区，而阳极极化处理效果却相 反。 随着温度的上升，速率亦相应增大，最后达到最大值。表 随着温度的上升，速率亦相应增大，最后达到最大值。 面越粗糙，晶核数就越多，成膜速度也越快。 面越粗糙，晶核数就越多，成膜速度也越快。溶液性质不 其相界面的扩散系数、 同，其相界面的扩散系数、溶液成分进入晶格时结晶的排 列情况以及催化作用和抑制作用也不同。 列情况以及催化作用和抑制作用也不同。 磷化处理到一定时间以后，成膜速度降低到零， 磷化处理到一定时间以后，成膜速度降低到零，膜的形成 和溶解达到平衡。 和溶解达到平衡。磷化膜的形成并不是在停止放氢时就停 止了，而是在细孔中进一步形成。在停止放氢的一瞬间， 止了，而是在细孔中进一步形成。在停止放氢的一瞬间， 膜的孔隙率仍占金属总面积的3 ~20％， ％，只有在某一时间 膜的孔隙率仍占金属总面积的3％~20％，只有在某一时间 以后(大约10min) 孔隙率才达到0.5 的恒定值。 10min)， 0.5％ 以后(大约10min)，孔隙率才达到0.5％的恒定值。
特点： 特点
由于化学转化膜是金属基体直接参与成膜反应而成 的，因而膜与基体的结合力比电镀和化学镀膜层大的多。
mM + nA Z − → M m A n + nze
其中： 表面金属 表面金属， 介质中价态为z 其中：M—表面金属，AZ- —介质中价态为z的阴离子
注 ：上述反应式是化学转化膜反应的基本形式，具体的
转化膜形成过程要复杂的多，一般都包含多步化学反应和电 化学反应，也包含多种物理化学变化过程。其反应产物也不 像式中那样单一，而是要复杂的多。

表面工程技术(PPT 90张)

表面工程技术(PPT 90张)
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腐 蚀
美国：国家标准局1978年调查： 1975年腐蚀损失达820亿美元，占 国民生产总值的4.9%； 1995年腐蚀损失达3000亿美元； 中国：1983年调查：腐蚀损失400亿元/年
腐蚀和磨损均是 发生于机件表面 的材料流失过程， 其他形式的失效 过程有许多也是 从表面开始
世界三大名刃之一
日本刀的覆土烧刃
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1.1 表面工程
www.theபைடு நூலகம்
1.1.1 表面技术及其发展背景
19世纪工业革命以来，为适应高强度、高硬度 和耐磨、耐蚀、耐高温等特殊要求，需不断开发 各种特殊的合金材料，但这些材料往往价格昂贵。 因此，人们试图采用各种表面技术对普通钢材表 面进行加工，改变其表面性能，以适应复杂的工 作环境。 另外，磨损、腐蚀等失效都是首先发生在材料 表面，通过对材料表面进行有效处理，可极大地 提高材料寿命。基于这样的背景，逐步形成了一 门新兴学科——表面工程学。
材料表面工程

概论
第一章
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第一章 材料表面工程概论

主要内容： 1.1 表面工程的概述 1.2 表面工程技术的功能与分类 1.3表面工程的科学体系 1.4表面工程技术的应用 1.5表面工程技术的发展趋势
13
延缓和 控制表 面破坏 的方法
促进 了表 面工 程学 的发 展与 形成
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表面工程技术的背景


表面工程概念的提出始于20世纪80年代。 1983年英国T· Bel教授首先提出了表面工程的概 念。 表面工程学科发展的重要标志是1983年英国伯 明翰大学沃福森表面工程研究所的建立和1985 年国际刊物《表面工程》的发行。 1986年10月国际热处理联合会决定接受表面工 程的概念，并把自己的会名改为国际热处理及 表面工程联合会。
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性能进行改变。 具体说：表面工程技术是在不改变基体材料的
成分、不削弱基体材料的强度的条件下，通过物理手段或 化学手段赋予材料表面以特殊的性能，从而满足工程技术 上对材料提出的要求的技术。
10
表面工程技术的重要性
1. 表面技 术可以减 缓和消除 金属材料 和零部件 表面的变 化和损伤
在自然界和工程实践中，金属机器设备和零部件 需要承受各种外界负荷， 并产生形式多样、程度 不一的表面变化及损伤。工程材料和零部件的表 面往往存在微观缺陷或宏观缺陷。
再制造工程可以大量地节省因购置新品、库存备 件和管理以及停机等所造成的对能源、原材料和 经费的浪费，并极大地减少了环境污染及废物的 处理。
14
表面工程技术的重要性
5. 表面技 术在发展 新兴技术 和学术研 究中起着 不可忽视 的作用
发展新兴技术需要大量具有特殊功能的材料，包 括薄膜材料和复合材料，如薄膜光电器件、导电 涂层、光电探测器、液晶显示装置、超细粉末、 高纯材料、高强高韧性的结构陶瓷等。在这些方 面，现代表面技术可以发挥重大的作用。
一般把来自采掘工业和农业的劳动对象称为“原 料”，把经过工业加工的原料成为“材料”。
机哥 伦 比 亚 号 航 天 飞
6
材料是人类生产和生活 所必须的物质基础。
“神舟”四号飞船成功返 回
锉刀
手
锤
国产涡喷-7涡轮喷气发动机
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材料科学是一个 跨物理、化学等 的学科。材料科 学的核心问题是 材料的成分 （Composition）、 组织结构 （Structure）、 工艺（Processing Technology）和 性能（Property） 以及它们之间的 关系。右图为材 料科学与工程四 要素。
比如在Cu中加入Cr可以提高铜的耐腐蚀性能。从 Cr-Cu相图可知，用一般的冶金方法不可能产生出 Cr浓度高于1%的单相铜合金。用激光表面合金化 工艺可以在Cu表面获得原子浓度为8%、厚约 240nm的表面合金层，使耐蚀性大大提高。
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表面工程技术的重要性
在工件表面制备具有优良性能的涂层，可以达 3. 表面技 到提高热效率，降低能源消耗的目的。 术可用于 用先进的表面技术代替污染大的一些技术，可 节约能源， 以改善作业环境质量。 降低成本， 零件的磨损、腐蚀和疲劳现象发生在表面，通 改善环境 过表面的修复、强化，而不必整体改变材料，
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教学事项
特点: 内容多、叙述多、学时少。 环节： 教材 讲课 作业 复习 辅导 考核 学习方法： 1. 着重理解教学内容，尽量避免死记硬背； 2. 内容多，每章要及时跟上消化； 3. 利用多媒体帮助加深理解； 考试方式：闭卷统考。
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材料：是指经过某种加工，具有一定结构、成分和性 能，并可应用于一定用途的物质。
A: 节约材料：黄金奖杯—镀金—镀TiN薄膜—化学染黄 模具：提高寿命—整体合金化—表面处理
B: 难加工： 纯陶瓷模具—极难加工—表面涂层 C: 性能差： 纯陶瓷模具—韧性不足—表面涂层 D: 耐磨损： TiN,TiC—燃气轮机叶片的高温微粒流磨损 E: 耐腐蚀： NiP—世界上钢铁腐蚀报废量惊人 以 上每提F高:10耐℃高其温热、效抗率氧提化高：15-A2l0%2O左3、右(。Ti,Al)N，发电机组，600℃ G: 太阳能吸热器： Co- Al2O3，吸收率达95%。 国外发展趋H:势：氧薄传膜感化器、：小T型iO化2、。ZrO2，汽车尾气净化与发动机油-气控制。 I: 装饰：TiN系列：金黄—桔红-粉红；茶色玻璃。 其应用已经深入到我们的日常生活，无处不在。
本课程突出表面工程学科“综合、复合、交叉、系统” 的特色，重视反映复合表面技术，调理论密切联系生产实 际，着力提高学生分析和解决表面工程问题的能力。
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教学目的
通过本课程学习: • 系统地掌握现代表面处理技术的基本原理； • 能合理选择并应用这些新的表面工程技术； • 解决材料表面硬度、强度、耐磨性与芯部强韧性之间的矛盾； • 充分发挥材料性能的潜力； • 延长产品使用寿命和提高产品质量。
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目录
课程简介 教学目的 教材与参考资料 材料与材料科学 绪论
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课程简介
材料表面工程为材料科学与工程、材料加工等专业选修 课。本课程按照表面工程的体系，较为全面系统地介绍了 表面工程的理论与技术。分类讨论了应用广泛的有发展前 景的各类现代表面技术的特点、适用范围、典型设备、工 艺措施和应用实例，并介绍一些表面分析和检测技术的内 容。
使材料物尽其用，可以显著地节约材料。 表面工程技术可以补救加工超差废品，节约能
源和材料
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表面工程技术的重要性
4. 表面技 术是再制 造工程不 可缺少的 手段
再制造工程：对因磨损、腐蚀、疲劳、断裂等原 因造成的重要零部件的局部失效部位，采用先进 的表面工程技术，优质、高效、低成本、少污染 地恢复其尺寸并改善其性能的系统性的技术工作。
表面工程新技术的发展，不仅有重大的经济意 义，而且具有重大的学术价值。表面技术的开 发与完善有力地促进了材料科学、冶金学、机 械学、机械制造工艺学以及物理学、化学等基 础学科的发展。
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表面工程技术的作用
改善或赋予表面各种性能 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。
表面缺陷和损伤Байду номын сангаас成为降低材料力学性能、耐蚀 性能及耐磨性能的发源地。
使用表面技术减缓材料表面变化及损伤，掩盖表 面缺陷，可以提高材料及其零部件使用的可靠性， 延长服役寿命。
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表面工程技术的重要性
2. 普通的 廉价的材 料经过表 面技术处 理后可以 获得具有 特殊功能 的表面
使用表面技术在普通的廉价的材料表面获得某些 稀贵金属(如金、铂、钽等)和战略元素(如镍、钴、 铬)具有的特殊功能，从而可以节约这些金属材料。
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第一章 绪论
表面工程技术的定义
定义： 表面工程是指利用各种表面处理、表面涂层 和表面改性技术作用于材料或工件的表面以获得 预想的性能。 表面工程包含了从设计、选材、表面处理工 艺、表层质量控制与检测、工程应用以及失效分 析等，是一个系统工程。
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表面工程技术的目的
表面工程技术的主要目的： 就是在于通过表面处理使材料表面按人们希望的