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表面工程1. 简介表面工程是一种应用于工业生产中的技术，通过对材料表面进行改性或处理，可以改变材料的性质和表面特征，从而提供更好的耐磨、耐腐蚀、耐高温等性能，并增加材料的美观度和装饰性。
表面工程广泛应用于汽车工业、航空航天、电子设备制造、医疗器械、建筑等领域。
2. 表面工程的分类2.1 表面涂覆表面涂覆是将一层或多层涂料、漆膜、涂层等材料均匀地涂覆在材料表面上，形成一层保护层或功能层的处理方法。
常见的表面涂覆技术包括电镀、喷涂、浸镀等。
表面涂覆可以提高材料的耐腐蚀性能、抗磨损性能等，同时也能增加材料的装饰性。
2.2 表面喷涂表面喷涂是将材料的颗粒或粉末喷射到待处理表面上，通过热熔或化学反应使其附着在表面上形成涂层。
表面喷涂常用于金属表面的防护和保护，可以防止氧化、腐蚀和高温等影响。
2.3 表面改性表面改性是通过物理或化学方法对材料表面进行处理，从而改变其物理、化学或机械性能。
常见的表面改性方法包括阳极氧化、磨削、抛光等。
表面改性可以提高材料的硬度、耐磨性、耐腐蚀性等性能。
2.4 表面涂覆与改性的比较表面涂覆和表面改性是表面工程的两种主要方法，它们有各自的特点和适用范围。
表面涂覆主要应用于需要增加防护和装饰性的场合，例如汽车的喷漆，可以保护车身免受腐蚀和刮擦；而表面改性主要应用于需要改变材料性质和提升机械性能的场合，例如通过磨削和抛光改善金属表面的光洁度和平整度。
3. 表面工程的应用3.1 汽车工业在汽车制造过程中，表面工程技术可以使车身更加耐腐蚀、耐磨损，同时也增加了车身的装饰性。
例如，汽车车身经过喷漆和镀膜等表面涂覆技术可以防止腐蚀和刮擦，并提供车身的颜色和亮度；汽车发动机的表面经过热喷涂技术可以提高其耐磨损性和耐高温性能。
3.2 航空航天在航空航天领域，材料的轻量化和高强度是目前的发展趋势。
通过表面涂覆和改性可以增加材料的耐腐蚀性和抗磨损性，从而提高飞机和航天器材料的使用寿命和安全性。
3.3 电子设备制造表面工程在电子设备制造中起着至关重要的作用。
一、表面工程技术的特点1.获得优良的表面力学性能(高硬、耐磨、抗疲劳、抗冲蚀、低摩擦系数、自润滑等) ；2获得优良的表面物理功能(吸波、导波、超导、软磁、硬磁、电磁屏蔽、光-电转换、压电陶瓷薄膜、低膨胀系数等) ；3获得优良的表面化学性能(防锈、耐蚀、杀菌、仿生物污染、自洁净等) ；4获得优良的表面热性能(耐热、吸热、导热、阻热及热反射等)。
二、物理吸附和化学吸附的特点物理吸附的特点：1物理吸附的吸附热较低，因此物理吸附通常在低温下吸附，在高温下解吸。
2物理吸附一般不需要激活能，所以吸附和解吸速度都很快。
3物理吸附既可以是但原子层吸附,也可以是多原子层吸附。
4物理吸附对吸附剂和吸附质的组合没有选择性，可以在任意的固-气体系中发生。
化学吸附的特点：1化学吸附通常需要激活能，因此化学吸附往往发生在高温，吸附速度较慢，并且很难解吸。
2化学吸附有明显的选择性，只在特定的固-气体系中发生。
3由于化学吸附的本质是发生电子转移后形成的离子键合或者化学键合，因此化学吸附只能是单层吸附。
三、比较CO2激光器和YAG激光器（1）CO2激光器功率：0.5~45kw之间波长：10.6μm既可连续输出，也可脉冲输出。
有较大光电转化效率。
缺点：体积庞大。
（2）YAG激光器优点：波长较短，1.06μm作用于金属表面时，有较大吸收率。
功率小于CO2体积小，造价低。
缺点：光电转化率低，光泵用灯的寿命较短。
四、高能量密度表面处理的特色①利用激光、电子束极高的加热冷却速度，在材料表面形成非晶、微晶和其他热平衡相图上不存在的高过饱和固溶体、亚稳相，从而赋予材料表面以特殊的性能。
②利用离子注入技术可把异类原子直接引入表面层中进行表面合金化，在引入原子和数量方面，突破了常规合金热力学的限制，从而获得超常规的优异表面性能。
五、物理气相沉积特点①对沉积材料有较宽范围的选择，金属、合金金属间化合物、陶瓷和有机化合物均可沉积。
②基体温度由低温到高温可自由变化，薄膜结构具有可设计性和可控性。
防腐蚀工程施工技术防腐蚀工程是设备及管道设施长期安全可靠运行的重要保障，防腐蚀技术已广泛应用于石油、化工、电力、冶金、机械、电子、轻纺、建筑等工业和民用领域。
防腐蚀工程施工应严格按照国家、行业相关技术标准和规范进行技术管理和质量控制，达到防腐蚀工程一次合格。
本目的重点是：设备及管道防腐蚀材料的性能；防腐蚀施工方法；防腐蚀施工要求。
一、设备及管道防腐蚀材料的性能防腐蚀材料是保证设备及管道防腐蚀工程质量的物质基础，应了解设备及管道腐蚀与防护的基本知识，掌握机电工程设备及管道防腐的基本方法，正确选择适合设备及管道的防腐蚀材料。
本条的知识点是：设备及管道腐蚀类型和防腐方法；设备及管道防腐蚀材料类型；防腐蚀涂料的性能；金属热喷涂材料的性能。
一、设备及管道腐蚀类型和防腐方法（一）设备及管道腐蚀类型按照金属腐蚀过程的机理，可以划分为化学腐蚀和电化学腐蚀；按照腐蚀环境，可以划分为大气腐蚀、海水腐蚀、淡水腐蚀、土壤腐蚀、高温腐蚀、化学介质腐蚀等；按照破坏形态的不同可以划分为全面腐蚀和局部腐蚀；按照腐蚀程度可以划分为强腐蚀、中等腐蚀、弱腐蚀三类。
（二）设备及管道防腐方法控制设备及管道腐蚀的方法主要有：合理选材、介质处理、金属表面覆盖层、电化学保护、添加缓蚀剂。
1.合理选材。
根据管道及设备的运行条件及不同的介质，选用恰当的金属材料和非金属材料。
例如，可以选择不锈钢用作化工设备及管道材料；天然气输送管道应选择具有抗硫化氢腐蚀的材料等。
2.介质处理。
包括去除介质中促进腐蚀的有害成分，调节介质的PH 值及改变介质的湿度等。
例如，锅炉给水的除氧；原油在管道输送之前必须脱出水等腐蚀性成分。
3.金属表面覆盖层。
在金属表面喷、衬、渗、镀、涂上一层耐蚀性较好的金属或非金属物质，也可以将金属进行磷化或氧化处理，使被保护金属表面与介质隔离，降低金属腐蚀的速度。
4.电化学保护。
电化学保护又称为电法保护，可以分为阳极保护与阴极保护两种形式。
表面工程技术一、热喷涂热喷涂技术是采用气体、液体燃料或电弧、等离子弧、激光等作热源，使金属、合金、金属陶瓷、氧化物、碳化物、塑料以及它们的复合材料等喷涂材料加热到熔融或半熔融状态，通过高速气流使其雾化，然后喷射、沉积到经过预处理的工件表面，从而形成附着牢固的表面层的加工方法。
1.热喷涂具有以下特点:1)取材范围广，几乎所有的工程材料都可以作为喷涂材料。
2)几乎所有固体材料都可以作为基体进行喷涂。
3)工艺灵活, 施工范围小到10mm的内孔，大到铁塔、桥梁。
4)喷涂层厚度可调范围大，从几十微米到几毫米，而且表面光滑，加工量少。
5)工件受热程度可以控制，热喷涂时工件受热程度可控制在30～200℃之间，保证不改变基体的金相组织，工件不会发生畸变。
6)比电镀生产率高。
7)可赋予普通材料以特殊的表面性能，可使材料满足耐磨、耐蚀、抗高温氧化、隔热等性能要求，达到节约贵重材料，提高产品质量，满足多种工程和尖端技术的需求。
2.热喷涂工艺原理喷涂层是由无数变形粒子互相交错呈波浪式堆叠在一起的层状组织结构。
3.热喷涂材料热喷涂材料的材质可分为金属及其合金、陶瓷、金属化合物、某些有机塑料、玻璃、复合材料等。
4.几种不同热源的热喷涂方法1）火焰喷涂火焰喷涂的基本原理是通过乙炔、氧气喷嘴出口处产生的火焰，将线材（棒材）或粉末材料加热熔化，借助压缩空气使其雾化成微细颗粒，喷向经预先处理的粗糙工件表面使之形成涂层。
2）电弧喷涂电弧喷涂的基本原理是将两根被喷涂的金属丝作自耗性电极，连续送进的两根金属丝分别与直流的正负极相连接。
在金属丝端部短接的瞬间，由于高电流密度，使两根金属丝间产生电弧，将两根金属丝端部同时熔化，在电源作用下，维持电弧稳定燃烧；在电弧发射点的背后由喷嘴喷射出的高速压缩空气使熔化的金属脱离金属丝并雾化成微粒，在高速气流作用下喷射到基材表面而形成涂层。
3）等离子喷涂等离子喷涂法是利用等离子焰的热能将引入的喷涂粉末加热到熔融或半熔融状态，并在高速等离子焰的作用下，高速撞击工件表面，并沉积在经过粗糙处理的工件表面形成很薄的涂层。
化工设备的腐蚀防腐蚀措施摘要：随着经济的发展，对化工产品的需求不断增加，越来越多生产设备的运行超出设计能力，因而目前对化工企业而言，防止工艺设备因受到腐蚀发生故障而造成损失已成为迫在眉睫的问题。
许多专家认为，材料保护和防腐措施是降低维护费用和使工厂安全稳定运行的重要保证。
关键词：化工设备；腐蚀；防腐蚀随着经济的发展，对化工产品的需求不断增加，越来越多生产设备的运行超出设计能力，因而目前对全球的化工企业而言，防止工艺设备因受到腐蚀发生故障而造成损失已成为迫在眉睫的问题。
许多专家认为，材料保护和防腐措施是降低维护费用和使工厂安全稳定运行的重要保证。
腐蚀的分类腐蚀：材料与周围环境发生作用而被破坏的现象。
腐蚀按材料种类分为金属腐蚀和非金属腐蚀。
腐蚀按表面形貌分为全面腐蚀和局部腐蚀；局部腐蚀又有小孔腐蚀、应力腐蚀破裂、缝隙腐蚀、电偶腐蚀、磨损腐蚀等等；金属腐蚀按机理可分为物理腐蚀、化学腐蚀、电化学腐蚀等。
物理腐蚀：材料单纯物理作用的破坏，一般是由溶解、渗透引起的，如熔融金属容器的溶解，高温熔盐、熔碱对容器的溶解渗透。
化学腐蚀：金属与非电解质直接发生化学作用引起的破坏，腐蚀过程中没有电流的产生。
腐蚀过程是纯氧化-还原反应，腐蚀介质与金属表面的原子直接碰撞而形成腐蚀产物，反应中无电流产生，符合化学动力学规律。
电化学腐蚀：金属与电解质溶液发生电化学作用而引起的破坏。
反应过程中有阳极失去电子和阴极获得电子以及电子的流动（电流），历程符合电化学动力学规律。
化工设备的防腐蚀措施目前的防腐技术主要有：开发耐蚀材料，表面防蚀技术，电化学保护等。
开发耐蚀材料耐蚀材料的开发研究是防腐蚀技术进步的突破口，人类各个时期的技术进步无不与其息息相关。
耐蚀材料主要分为金属材料、高分子材料、无机非金属材料。
金属及合金材料是结构材料中的主体，其中钢铁占据主要地位，但是，钢铁的耐蚀性能具有局限性。
具有高性能的合金及有色金属材料的开发和应用发展迅速，在一定程度上解决了局部腐蚀及特殊环境下的腐蚀问题。
1.表面工程：经表面与处理后，通过表面涂覆，表面改性，表面加工或几种表面工程技术复合处理，改变固体材料表面的形态，化学成分，组织结构，应力状态等，以获得所需要各类表面性能的系统工程。
2.表面技术主要途径：1）表面覆盖：电镀，电镀刷，化学镀，涂装，粘贴，堆焊和熔结，热喷涂，塑料粉末涂敷，电火花涂敷，热浸镀，搪瓷和陶瓷涂敷，真空蒸镀，溅射镀，离子镀，化学气相沉积，分子束外延，离子束合成薄膜技术，化学转化度，热烫印，暂时性覆盖处理；2）表面改性：喷丸强化，表面热处理，化学热处理，等离子扩散处理，高能束表面处理，粒子注入表面改性；3）表面加工技术：电铸，包覆，抛光，蚀刻等。
3.表面防护：材料表面防止化学腐蚀和电化学腐蚀等能力。
4.耐磨：指材料在一定摩擦条件下抗磨损（磨料磨损，粘着磨损，疲劳腐蚀，冲蚀，气蚀等）的能力。
5.强化：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。
6.表面装饰：主要包括光亮，色泽，花纹，仿照等多方面特性。
7.表面技术在环境方面的应用：1）净化大气；2）净化水质；3）抗菌灭菌；4）吸附杂质；5）去除藻类污垢；6）活化功能；7）生物医学；8）治疗疾病；9)绿色能源；10）优化环境。
8.表面技术的分类：1）原子沉积；2）颗粒沉积；3）整体覆盖；4）表面改性。
9.现代表面技术：表面清洗；预处理，表面功能化后处理。
包括表面分析技术，表面物理，表面化学。
10.电刷度：在阳极表面裹上棉花和面絮等吸水材料，使其吸饱镀液，然后在作为阴极的零件上往复运动，使镀层牢固沉积在工件表面上。
工件→机械处理→化学处理→电化学精处理→预镀→电镀→镀后处理。
11.化学镀：在无外电流通过的情况下，利用还原剂将电解质溶液中的金属离子化学还原在呈活性催化的工件表面，沉积出与基件牢固结合的镀覆层。
12.涂装：用一定的方法将图料涂覆于工件表面而形成涂膜的全过程。
13.粘结：用粘结剂将各种材料或制件连接成为一个牢固整体的方法。
不锈钢表面的防腐蚀--钝化不锈钢的抗腐蚀性主要由表面覆盖着一层极薄的（约1nm）致密的钝化膜把腐蚀介质隔离,是不锈钢防护的基本屏障。
不锈钢钝化具有动态特征,不应看作腐蚀完全停止，而是形成扩散的阻挡层,使阳极反应大大降低.通常在有还原剂（如氯离子）情况下倾向于破坏膜,而在氧化剂（如空气）存在时能保持或修复膜。
不锈钢工件放置于空气中会形成氧化膜，但这种膜的保护性不够完善。
通常先要进行彻底清洗，包括碱洗和酸洗,再用氧化剂钝化,才能保征钝化膜的完整性与稳定性。
酸洗的目的之一是为钝化处理创造条件，保证形成优质的钝化膜。
因为通过酸洗使不锈钢表面平均有10um厚一层表面被腐蚀掉,酸液的化学活性使得缺陷部位的溶解率比表面上其它部位高,因此酸洗可使整个表面趋于均匀平衡，一些原来容易造成腐蚀的隐患被清除掉了.但更重要的是，通过酸洗钝化，使铁与铁的氧化物比铬与铬的氧化物优先溶解,去掉了贫铬层,造成铬在不锈钢表面富集,这种富铬钝化膜的电位可达＋1.0V(SCE），接近贵金属的电位，提高了抗腐蚀的稳定性。
不同的钝化处理也会影响膜的成份与结构，从而影响不锈性,如通过电化学改性处理，可使钝化膜具有多层结构,在阻挡层形成CrO3或Cr2O3，或形成玻璃态的氧化膜，使不锈钢发挥最大的耐腐蚀性。
1．不锈钢酸洗钝化的必要性:奥氏体不锈钢具有良好的耐蚀性能，抗高温氧化性能，较好的低温性能及优良的机械与加上r生能。
因此广泛用于化工、石油、动力、核工程、航天航空、海洋、医药、轻工、纺织等部门。
其主要目的在于防腐防锈。
不锈钢的耐腐蚀主要依靠表面钝化膜，如果膜不完整或有缺陷,不锈钢仍会被腐蚀.工程上通常进行酸洗钝化处理，使不锈钢的耐蚀潜力发挥得更大。
在不锈钢设备与部件在成形、组装、焊接、焊缝检查 (如探伤、耐压试验)及施工标记等过程中带来表面油污、铁锈、非金属脏物、低熔点金属污染物、油漆、焊渣与飞溅物等，这些物质影响了不锈钢设备与部件表面质量，破坏了其表面的氧化膜,降低了钢的抗全面腐蚀性能和抗局部腐蚀性能（包括点蚀、缝隙腐蚀)，甚至会导致应力腐蚀破裂。
建筑防腐蚀工程施工及验收规范GB50212－81主编部门：中华人民共和国化学工业部批准部门：中华人民共和国建设部施行日期：1992年7月1日关于发布国家标准《建筑防腐蚀工程施工及验收规范》的通知建标〔1991〕817号根据国家计委计综〔1986〕2630号文的要求，由化学工业部会同有关部门共同修订的《建筑防腐蚀工程施工及验收规范》，已经有关部门会审。
现批准《建筑防腐蚀工程施工及验收规范》GB50212—91为国家标准，自1992年7月1行起施行。
原国家标准《建筑防腐蚀工程施工及验收规范》TJ212—75同时废止。
本标准由中国化学工业部负责管理。
具体解释等工作由化工部施工技术研究所负责。
出版发行由建设部标准定额研究所负责组织。
中华人民共和国建设部1991年11月15日修订说明本规范是根据国家计委计综（1986）2630号文的要求，由我部负责主编，具体由化工部施工技术研究所会同冶金工业部、航空航天工业部、中国石油化工总公司和化学工业部所属的有关单位对原《建筑防腐蚀工程施工及验收规范》（TJ212—76）进行全面修订而成。
在修订过程中，编制组进行了广泛的调查研究，认真总结了我国近10余年来建筑防腐蚀工程施工、工程应用和科研等方面的经验，并多次广泛征求了全国有关单位的意见，经过反复修改后，由我部会同有关部门审查定稿。
本规范共包括十二章和四个附录，其中第一、二、十一、十二章为通用部分，其余各章为按材料划分的各种防腐蚀工程的特殊要求，第八、十一章为本次修订时新增内容。
随着建设事业的不断发展，新技术、新工艺将不断涌现，希望各单位在执行本规范的过程中，认真总结经验，注意积累资料。
若发现需要修改和补充之处，请将意见和有关资料寄交化学工业部施工技术研究所（地址：河北省石家庄市槐中中路，邮政编码：050021），以便今后修订时参考。
化学工业部1990年6月第一章总则第1.0.1条为保证建筑物和构筑物防腐蚀工程的施工质量，以减少因腐蚀而造成的损失，制订本规范。
防腐蚀工程施工技术一、防腐蚀措施和施工方法1.材料腐蚀类型材料腐蚀是指材料受其周围环境介质的化学、电化学和物理作用下引起失效破坏的现象。
1)金属材料腐蚀金属材料腐蚀是指材料和周围环境发生化学或电化学作用，由元素状态转变为离子状态，导致金属性能和本质变坏的过程。
2)非金属材料腐蚀非金属材料腐蚀是指非金属材料由于在环境介质的化学、机械和物理作用下，出现老化、龟裂、腐烂和破坏的现象。
2.金属腐蚀的分类和特点1)按腐蚀的破坏形式分类和特点按腐蚀的破坏形式可以分为全面腐蚀、局部腐蚀。
(1)全面腐蚀是指腐蚀发生在金属材料整个表面，其结果是导致整个金属材料减薄。
全面腐蚀又可分为均匀腐蚀和不均匀腐蚀。
全面腐蚀的特点如下：①金属材料各部位腐蚀速率接近。
②金属表面比较均匀地减薄，无明显的腐蚀形态差别。
③金属表面允许均有一定程度的不均匀性。
(2)局部腐蚀是指腐蚀破坏集中发生在金属材料表面的特定局部位置，而其他大部分区域腐蚀十分轻微，甚至未发生腐蚀。
局部腐蚀又可分为点蚀(孔蚀)、缝隙腐蚀、电偶腐蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀。
局部腐蚀的特点如下：①腐蚀发生在金属的某一特定部位。
②阳极区与阴极区可以截然分开。
③次生产物可在阴阳极交界的第三点形成。
2)按腐蚀的机理分类和特点按腐蚀的机理可以分为化学腐蚀、电化学腐蚀、物理腐蚀。
(1)化学腐蚀是指金属与环境介质直接发生化学反应而使金属性能降低、本质变坏的过程。
如金属在热处理过程中造成高温氧化腐蚀的现象，其特点是腐蚀过程中只是单纯的化学反应，无电流产生，腐蚀产物直接覆盖在发生腐蚀的地方。
(2)电化学腐蚀是指金属与环境介质发生电化学作用而引起的金属腐蚀，其特点是有电流产生。
(3)物理腐蚀是指金属由于单纯的物理溶解作用所引起的破坏。
在液态金属中可发生物理腐蚀。
例如：用来盛放熔融锌的钢容器，由于铁被液态锌所溶解而损坏。
3.金属材料的防腐蚀方法金属材料防腐蚀就是通过采取各种手段，保护容易锈蚀的金属物品，来达到延长其使用寿命的目的。
