材料表面工程第四讲

材料表面工程
材料表面工程是指对材料表面进行改性、处理或涂覆，以改善材料的性能和功
能的一种技术。

材料表面工程在工程领域中具有广泛的应用，可以有效地提高材料的耐磨性、耐腐蚀性、导热性、导电性等性能，从而满足不同工程领域对材料性能的需求。

首先，材料表面工程可以通过改变材料表面的化学成分和结构来实现。

例如，
通过表面氮化、碳化、氧化等处理，可以增强材料的硬度、耐磨性和耐蚀性。

此外，还可以通过表面涂覆金属、陶瓷、聚合物等材料来实现对材料表面性能的改善。

这些方法可以有效地提高材料的表面性能，从而延长材料的使用寿命。

其次，材料表面工程可以通过改变材料表面的形貌和结构来实现。

例如，通过
表面喷丸处理、激光熔覆、电镀等方法，可以改变材料表面的粗糙度、形貌和结构，从而提高材料的抗疲劳性、导热性和导电性。

这些方法可以有效地提高材料的表面性能，从而满足不同工程领域对材料性能的需求。

另外，材料表面工程还可以通过表面涂覆功能性薄膜来实现。

例如，通过表面
喷涂纳米材料、功能性陶瓷涂层、涂覆聚合物薄膜等方法，可以实现对材料表面功能的改善，如降低摩擦系数、提高表面光泽度、改善表面润湿性等。

这些方法可以有效地提高材料的表面性能，从而拓展材料的应用领域。

总的来说，材料表面工程是一种重要的技术手段，可以有效地改善材料的表面
性能，满足不同工程领域对材料性能的需求。

随着科技的不断进步，材料表面工程技术也在不断发展和完善，将为工程领域带来更多的创新和突破。

相信在不久的将来，材料表面工程将会得到更广泛的应用和推广。

《材料表面工程》教学大纲课程编号：030540 开课学期：7课程性质：专业课先修课程：物理化学，材料力学总学时数：32 学分：2.0 讲课：32 实验：0适合层次：本科适合专业：材料成形与控制工程、材料科学与工程一、课程的目的和任务表面工程是近年来迅速发展起来的一门新的跨学科的综合性课程，主要论述如何改变金属及其合金，陶瓷，玻璃，聚合物，半导体及电子材料等现代材料表面特性，特别是提高精密机械零件表面抗磨、耐腐和抗疲劳特性，以及延长机械零件的使用寿命的各种技术、设备、工业应用等，是工科院校学生应当具有的基本知识和技能。

本课程是材料成型与控制工程专业和材料科学与工程专业的专业选修课。

本课程的主要任务是：1.从表面改性技术的不断改进和发展，培养学生理论联系实际，不断创新的精神；2.使学生了解各种现代材料表面改性技术，改性机理，应用领区域；3.让学生根据所用零件具体情况，正确选择现代材料表面改性技术，提高零件表面特性；4.使学生具备正确选择使用表面技术和设备的能力，实现用最低的费用，获得最好的表面改性效果。

二、理论教学内容第一章表面工程技术概述掌握材料表面工程的概念，表面工程具有的作用，表面工程技术所包含的内容，了解表面工程技术的发展历程以及发展前景，表面工程具有的意义。

第二章表面热处理技术掌握表面淬火技术的特点，表面淬火用钢的特点，当今主要的表面淬火方法, 重点掌握感应加热表面淬火技术、火焰加热表面淬火技术、了解激光加热表面淬火技术以及等离子体加热表面淬火技术的主要方法及其特点。

了解表面扩渗的原理。

第三章堆焊技术掌握堆焊的概念、作用及技术特点。

了解堆焊金属的合金化以及与基体的结合方式，掌握常用合金化的方法以及影响过渡系数的因素。

了解基本的堆焊技术, 掌握火焰堆焊、电孤堆焊、埋孤堆焊、等离子孤堆焊的技术方法及主要特点。

第四章热喷涂技术掌握热喷涂技术的概念，基本原理以及涂层形成过程，涂层的结合机理。

了解常见的热喷涂材料的形态和种类。

大学表面工程学教案大学表面工程学教案一、课程概述表面工程学是研究各种材料表面性质、表面现象及表面处理技术的科学。

本课程主要介绍表面工程学的基本概念、表面性质的测定方法和表面处理技术的分类及应用。

二、教学目标1.了解表面工程学的基本概念和相关术语。

2.掌握表面性质的测定方法，包括表面张力、表面能、润湿性等。

3.熟悉表面处理技术的分类及应用，包括化学表面处理、物理表面处理等。

4.能够应用所学的知识解决实际问题。

三、教学内容第一讲：表面工程学的概念及基本概念1.表面工程学的发展历史2.表面工程学的定义及相关术语3.表面性质的基本概念第二讲：表面张力、表面能及润湿性的测定方法1.表面张力的测定实验及其原理2.表面能的测定实验及其原理3.润湿性的测定实验及其原理第三讲：化学表面处理技术1.化学镀层工艺2.电化学处理工艺3.化学腐蚀控制技术第四讲：物理表面处理技术1.力学工艺2.高能束处理技术3.等离子体技术第五讲：表面工程在材料科学中的应用1.表面涂层在材料领域中的应用2.表面改性在材料领域中的应用3.表面润湿性与润滑性在材料领域中的应用第六讲：表面工程在其他领域的应用1.表面工程在生物医学领域中的应用2.表面工程在能源领域中的应用3.表面工程在环境保护领域中的应用四、教学方法本课程采用理论授课、案例分析和实验操作相结合的教学方法。

五、教学评价1.理论与实践相结合，注重理论的应用。

2.鼓励学生参加有关表面工程的学术交流，提高学生的综合素质。

3.采用课程作业、期末考试等方式进行学生的综合评价。

六、教学资源1.教材：《表面工程学》，李晶、李春成编，清华大学出版社。

2.实验室：本课程需要安排表面张力、表面能、润湿性等实验操作。

七、教学时间与学分本课程为学期课程，总学时为48小时，学分为3分。

八、教学计划第一讲：表面工程学的概念及基本概念（2学时）第二讲：表面张力、表面能及润湿性的测定方法（6学时）第三讲：化学表面处理技术（8学时）第四讲：物理表面处理技术（8学时）第五讲：表面工程在材料科学中的应用（12学时）第六讲：表面工程在其他领域的应用（12学时）。

第四章表面淬火和变形强化1表面淬火技术的原理和特点2感应加热表面淬火3火焰加热表面淬火4激光加热表面淬火4-1. 表面淬火技术的原理将钢表面快速加热到Ac3（亚共析钢）或Ac1 （过共析钢）以上，然后使之迅速冷却并转变为马氏体。

将钢整体加热到Ac3（亚共析钢）或Ac1 （过共析钢）以上，然后使其表面迅速冷却并转变为马氏体。

2. 表面淬火对材料的要求凡是能进行整体淬火强化的材料都可以进行表面淬火。

低碳钢或低合金钢需进行表面渗碳或合金化（齿轮渗碳）。

表面硬度要求越高，要求钢碳含量和合金含量越高；表面硬化层越深，要求钢淬透性越好。

3.与常规淬火技术的区别在一定加热速度范围内，V加热↑，T临界↑V加热↑，奥氏体成分的不均匀性↑a. C 成分不均匀,从相图上看与F,K 相邻的浓度相差很大,C 来不及扩散。

b. 合金元素不均匀预先热处理（调质、正火、球化退火）——表面淬火V加热↑，奥氏体晶粒细化显著a.过热度大,相变趋动力增大,晶粒形成位置增多,A在F 和K相界上形成，A在F 亚晶界上形成。

b.加热时间短,如果加热速度10 7 度/S,形成时间10-5S,在如此短时间内奥氏体晶粒来不及长大。

V冷却↑，表面硬度高4. 表面淬火技术的特点生产效率高，能耗小。

加热快，冷却快：组织细，硬度高；组织均匀性差（渗碳体来不及溶解和扩散）。

表面组织细，硬度高，中部硬度低，韧性好。

4.2 感应加热表面淬火技术1感应加热淬火原理将工件紧靠在有足够功率输出的感应圈附近,感应圈通电，在高频(中频)交流磁场的作用下（如果工件与线圈的间隙非常小）由于集肤效应,在工件表面产生很大的涡流，大小与线圈电流相等，方向相反。

涡流产生热量，将工件表面加热迅速加热到淬火温度，并用冷却介质快速冷却，达到对工件表面淬火的目的。

2感应加热淬火技术特点效率高；变形小；深度可控；需要制作特定的线圈；电源功率大；“尖角”效应3感应加热淬火技术应用高频淬火：轴类零件，磨损量小，但精度要求高的零件中频淬火：齿轮、活塞环槽，有明显磨损量，精度要求较高的零件工频或双频：轧辊，磨损量大表面淬火在粗加工或半精加工后进行，最后只留磨量。