材料现代表面技术

现代表面技术第一章表面技术概论第一节表面技术的涵义19世纪工业革命以来，材料品种日益繁多，为了适应高强度、高硬度和耐磨、耐高温、耐酸碱腐蚀等不同特殊要求，人们需要不断开发各种特殊的合金材料，但这些合金材料往往价格昂贵。

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，以改变其表面性能，使其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，可以极大地提高材料寿命。

因此，迫切需要开发出各种行之有效的表面技术，正是基于这样的背景，逐步形成了一门新兴学科——表面工程学。

表面工程技术的发展始于20世纪60年代末，近30年来发展尤为迅速。

在传统的表面处理技术不断改进、不断完善的同时，又有科学技术逐渐渗透到该领域，各种表面技术相互融合，从而使现代表面技术进入了一个新的发展时期。

表面技术是一门博大精深、实用价值极高的技术。

材料科学所面临的若干艰巨任务，如要求材料硬而不脆、耐磨而易车削、质高而价廉等间题，通过表面技术在相当程度上都可迎刃而解。

除本文所提及的巨大作用外，用表面技术合成人工结构材料、复合材料及沉积非晶态涂层及制取复合涂层方面都显示了巨大的应用潜力。

表面技术是一项能使产品获得高附加值的技术。

英国产品每年靠表面技术估计增值100亿英镑，如果对表面技术进行全开发，有可能节省200。

万到400亿埃居(约200亿英镑)，可见表面技术对国民经济的巨大作用。

我国在湿法镀覆等方面取得了令人瞩目的成就，但在PVD和表面改性方面还有许多工作要做。

这一方面要靠广大科技人员的才智与努力，同时有关领导部门在设备资金投入上给予有力的支持也至关重要。

只有这样，我国的表面技术才能以新的面貌进入21世纪，全方位赶上和领先世界水平。

一、什么是表面技术从广义上讲，表面技术是直接与各种表面现象或过程有关的，能为人类造福或被人们利用的技术。

任何表面在通常情况下实际上都是界面。

两种不同相之间的交界，称为界面，在任何两相界面上都可以发生复杂的物理或化学现象，总称为表面现象。

材料表面工程的技术手段与应用随着社会的发展，科技的进步，现代工业对材料性能的要求越来越高，其中对材料表面性能的要求尤为突出。

如何对材料表面进行改性以达到更优异的性能成为了工业界的重要问题。

材料表面工程是现代表面技术的重要分支之一，其主要是利用先进的材料表面处理技术手段，对材料表面的原有性能进行改性以达到一定的需要，广泛应用于航空、电子、机械、汽车、建筑等领域。

一、材料表面工程的技术手段1.化学镀膜化学镀膜是表面工程的一种简单、方便、低成本的处理方式，主要是将金属离子还原成金属沉积在材料表面上，从而提高材料表面的硬度、耐腐蚀性和装饰性等。

常见的化学镀膜有镀铬、镀铜、镀镍等。

2.物理镀膜物理镀膜是利用真空技术将一层金属沉积在材料表面上的一种表面处理方式，主要包括真空镀膜和溅射镀膜两种。

真空镀膜是将金属加热至蒸气状态，将气体抽空后，由真空镀膜设备内的电子围绕金属，离子产生激发，然后金属沉积在材料表面上的一种表面处理方式。

溅射镀膜是将材料置于被放电的惰性气体间，利用被放电的气体产生的离子将材料表面上的原子溅射掉，然后使被溅射的材料沉积在所需表面上的一种处理方式。

3.化学处理化学处理主要是利用化学反应改变材料表面的物理结构和化学性质，达到材料的改性目的，如氧化、氟化、磷化等。

其中，氧化处理是指将材料表面置于高温酸性或碱性溶液中使其氧化形成一定厚度的氧化层，从而提高材料表面的硬度和抗腐蚀性等。

4.电化学处理电化学处理是指在电解液中，利用电场变化来使材料表面的原有金属结构进行变化，从而起到一定改性效果的处理方式，如阳极氧化、电化学陶瓷涂层等。

二、材料表面工程的应用1.抗腐蚀材料表面的腐蚀问题是材料在使用过程中面对的主要问题之一，而材料表面工程从原始材料选择、制备加工、表面改性等多方面入手，通过现代的表面处理技术控制材料表面的微观结构、物理化学性质，从而实现材料表面的抗腐蚀性能的提高。

2.功能材料表面工程技术在功能材料的制备中发挥了非常重要的作用。

新型材料表面处理技术的最新进展随着技术的不断进步，越来越多的新型材料问世。

但是这些材料往往需要经过特殊的表面处理来强化其特性和延长使用寿命，这就需要高水平和高效率的表面处理技术。

最近几年，新型材料表面处理技术在不断地发展和进步，涌现出了许多新的处理方式。

本文将从多个角度分析新型材料表面处理技术的最新进展。

一、纳米技术在表面处理中的应用随着纳米技术的发展，纳米材料已经走进了各个领域，包括表面处理。

针对不同类型的材料，使用纳米颗粒进行表面处理可以有效地改善材料的性能。

例如，在金属材料表面添加纳米颗粒，在增强材料硬度的同时提高了耐腐蚀性和耐磨性。

这种方法已经在实际生产中得到广泛应用。

二、表面电化学技术的发展表面电化学技术是指通过对材料表面施加电压或电流来改善材料性能的技术。

近年来，随着表面电化学技术的不断进步，这种方式已经被广泛应用于实际生产之中。

例如，通过电化学氧化法可以让材料表面形成一层氧化膜，从而提高材料的耐蚀性和耐磨性。

这种方法经济实用，成本低廉，而且非常适合大规模生产。

三、等离子体表面处理技术等离子体表面处理技术是指在低气压等离子体中加工材料表面，从而改善材料性能的技术。

通过等离子体表面处理，材料的表面能够形成多孔结构，从而增强材料的吸附性、机械性能、耐磨性等。

近年来，等离子体表面处理技术得到了广泛的关注，尤其是在薄膜材料、光电材料、生物医用材料等领域。

四、表面喷涂技术表面喷涂技术是指通过喷涂材料在材料表面形成稳定的涂层以改善材料性能的技术。

这种方法广泛应用于各种领域，特别是在航空航天、汽车制造、化工等行业。

通过表面喷涂，可以让材料表面形成高质量的涂层，增强材料的抗腐蚀能力、耐高温性能、耐磨性等。

最近的进展包括采用纳米材料作为喷涂材料，从而提高涂层的质量和性能。

五、电化学沉积技术的应用电化学沉积技术是指通过在材料表面上沉积一层金属或化合物来改善材料性能的技术。

这种技术已经被广泛应用于各种材料的表面处理中，如锌镍合金、Cr-Ni合金等。

现代表面工程技术什么是表面工程？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，利用各类表面技术，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类表面现象或者过程有关的，能为人类造福或者被人们利用的技术----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、给予材料表面功能特性。

3、实施特定的表面加工来制造构件、零部件与元器件。

途径：表面涂覆：各类涂层技术（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、广泛性与重要性(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、稳固性•满足特殊要求（必不可少或者唯一途径）•生产各类新材料、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与生产的基础）2、在结构材料及构件与零部件上的应用表面技术作用：防护、耐磨、强化、修复、装饰3、在功能材料与元器件上的应用制造装备中具特殊功能的核心部件。

表面技术可制备或者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、在人类习惯、保护与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汲取与产生激发作用，只有能量E满足式(1)的光量子才能发挥作用。

一、材料现代表面分析技术常用方法及各自的用途表面分析与测试是以获得固体表面（包括薄膜、涂层）成分、组织、结构及表面电子态等信息为目的的试验技术与方法。

基于电磁辐射和运动粒子束（或场）与物质相互作用的各种性质而建立起来的分析方法构成了现代表面分析方法的主要部分，大致可分为衍射分析、电子显微分析、扫描探针分析、电子能谱分析、光谱分析及粒子质谱分析等几类。

1 分类表面分析方法是用一个探束(光子或原子、电子、离子等)或探针(机械加电场)去探测样品表面并在两者相互作用时，从样品表面发射及散射电子、离子、中性粒子(原子或分子)与光子等，检测这些微粒(电子、离子、光子或中性粒子等)的能量、质荷比、束流强度等，就可以得到样品表面的形貌、原子结构(即排列)、化学组成、价态和电子态(即电子结构)等信息。

（1）表面“形貌”分析指“宏观”几何外形分析。

主要应用电子、离子显微镜进行观察分析，当显微镜的分辨率达到原子级时，可观察到原子排列，这时“形貌”分析和结构分析之间就没有明确的分界。

有扫描电子显微镜、离子诱导扫描电子显微镜、场离子显微镜、扫描隧道显微镜、原子力显微镜等。

（2）表面成分分析包括表面元素组成及元素在表面与沿纵向深度分布、表面元素的化学态。

用于表面成分分析的方法主要：有电子探针X射线显微分析、X射线光电子能谱、俄歇电子能谱、电子探针、二次离子质谱、离子散射谱等。

（3）表面结构分析研究表面晶体原子排列、晶体大小、晶体取向、结晶对称性以及原子在晶胞中位置等晶体结构信息。

主要采用的衍射方法有X射线衍射、电子衍射、中子衍射等。

（4）表面电子态分析主要是对表面原子或吸附粒子的吸附能、振动状态以及他们在表面的扩散运动等能量或势态的分析。

主要有紫外光电子谱、X射线光电子能谱等。

2 主要几种分析方法的用途分析方法名称主要用途透射电子显微镜TEM 形貌分析、晶格结构分析、成分分析X射线光电子能谱表面组分分析、化学态分析原子力显微镜AFM 表面形貌与结构分析、表面原子间力和表面力学性质的测定扫描电子显微镜SEM 表面形貌与结构二、扫描电子显微镜SEM工作原理、适用范围及特点1扫描电子显微镜SEM的基本原理：扫描电子显微镜的成像原理是利用聚焦的电子束在样品表面扫描时激发出来的各种物理信号调制成像。

现代表面工程技术课件 (一)现代表面工程技术是一门近年来发展迅速的技术，它在各个领域的应用也越来越广泛。

现代表面工程技术课件则是这门技术的学习、研究必须要掌握的知识点。

在本文中，我们将全面地探讨现代表面工程技术课件。

一、现代表面工程技术的定义现代表面工程技术指的是运用各种化学、物理和机械手段，对材料表面进行处理和改性的技术。

其目的是改善材料表面的性能，如提高防腐、耐磨、抗氧化等性能，以及增加材料的功能性等。

二、现代表面工程技术的分类现代表面工程技术可以分为三类：化学表面处理技术、物理表面处理技术和机械表面处理技术。

1、化学表面处理技术：主要是利用各种化学反应来改变材料表面的组成和结构，以达到改善材料表面性能的目的。

常见的化学表面处理技术有镀金、镀银、镀铬、陶瓷涂层、涂料等。

2、物理表面处理技术：主要使用物理手段来改变材料表面的性质，如物理气相沉积、离子注入、热喷涂等。

这些技术可用于提高材料的耐热性、耐磨性等方面，也可以使材料表面具有光泽、颜色等多样化效果。

3、机械表面处理技术：利用机械力学原理，通过磨、打、滚、切、刻等手段对材料表面进行加工改变。

这些机械处理手段可以用于改善材料表面的平整度、平滑度、粗糙度等性能。

三、现代表面工程技术的应用领域现代表面工程技术广泛应用于各个领域。

以汽车工业为例，现代汽车的车身、底盘、发动机等部位均采用了表面工程技术进行处理，以求提高汽车的耐用性、安全性等方面的性能。

另外，在航空、机械、建筑、家电等领域，现代表面工程技术的应用也越来越广泛。

四、现代表面工程技术课件的重要性现代表面工程技术课件是学习和研究现代表面工程技术必须要掌握的知识点。

由于这门技术的发展迅速，它的知识点也越来越多，难度也越来越大，因此，现代表面工程技术课件对于学习者的学习和研究都有着至关重要的作用。

总之，现代表面工程技术课件是现代表面工程技术的重要组成部分。

了解和掌握这门技术的课件可以帮助学习者更好地理解和掌握现代表面工程技术的相关知识，从而为更好地应用这门技术提供必要的支持。

材料表面技术分类材料表面技术：材料表面涂镀技术、材料表面改性技术、材料表面微细加工技术、表面检测分析与质量评估。

材料表面涂镀技术：物理气相沉积PVD、化学气相沉积CVD、电镀及阳极氧化、化学镀、热喷涂喷焊、电刷镀、电泳涂层、涂镀（喷塑油漆）、表面复合处理技术、材料纳米化表面工程技术。

材料表面改性技术：活性气体离子处理、气体扩渗、液体扩渗、固体扩渗、机械强化、激光表面处理、电子束表面改性、离子束表面改性。

材料表面微细加工技术：光刻加工、电子束微细加工、离子束微细加工、激光束微细加工、微细电火花加工、微细喷粉加工、超声波加工、微细电解加工、微电铸加工、LIGA技术加工。

表面检测分析与质量评估：表面分析技术、表面物化特性、表面几何特性、表面力学特性、质量标准与质量评估。

表面工程学现代材料表面工程学：材料表面工程基础理论、材料表面工程技术、材料表面检测技术、材料表面工程技术设计、材料表面工程应用。

材料表面工程基础理论：腐蚀与防护理论，表面磨擦与磨损理论，表面完整性与界面理论，表面物理化学，表面装饰与美学，表面机、力、热、光、声、电、磁等功能膜层设计理论，表面功能特性间耦合转换、复合性能理论，表面失效理论及其分析理论，低维材料的结构理论。

材料表面工程技术：材料表面改性技术、薄膜技术、涂层技术、材料表面复合处理技术、材料表面纳米化工程技术。

材料表面改性技术：表面形变强化，表面相变强化，表面扩散渗入，化学转化，电化学转化，等离子表面强化，离子束、电子束、激光束表面改性。

薄膜技术：光学薄膜沉积技术，电子学薄膜沉积技术，光电子薄膜沉积技术，集成光学薄膜沉积技术，传感器用薄膜沉积技术，金刚石薄膜（含类金刚石薄膜）沉积技术，防护用（耐蚀、耐磨、抗高温氧化、防潮、高强高硬、装饰等）薄膜沉积技术。

涂层技术：热喷涂技术、电化学沉积技术、有机涂层技术、无机涂层技术、热浸镀技术、防锈技术。

材料表面复合处理技术：镀覆层——热处理，表面热处理——表面化学处理，热处理——表面形变强化，镀膜——注入——扩渗，离子注入——镀膜，激光——气相沉积，电子束——气相沉积，等离子喷涂——激光。