表面工程 第一章 绪论

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1、1.1表面工程概述1.表面工程的定义表面工程也称为“表面技术”、“表面处理”或“表面改性”，是应用物理、化学、机械等方法改变固体材料表面成分或组织结构，获得所需性能的表面，以提高产品的可靠性或延长其使用寿命的各种技术的总称。对象：固体表面手段：各种技术方法2.表面工程的目的提高材料抵御环境作用的能力！赋予材料表面某种功能特性！3.表面工程的特点廉价基体上，获得多种功能表面！表面层很薄，但可获得很好的效果！大幅度的节约能源和资源！1.2表面工程学科体系1.按照沉积物的尺寸分类原子沉积：原子、离子、分子及基团在基体上的凝聚、成核、长大；例如电镀、化学镀、蒸镀、溅射、气相沉积等。颗粒沉积：熔化的液

2、滴、细小颗粒在外力作用下于基体表面凝聚、沉积或烧结；例如热喷涂、搪瓷涂层等。整体覆盖：欲涂覆的材料同时施加于基体；例如包箔、贴片、热浸镀、涂刷、堆焊等。表面改性：用离子处理、热处理、机械处理、化学处理的方法改变材料表面的组成和性质。例如化学转化镀、喷丸强化、激光束、电子束、离子束表面处理。2.国家自然科学基金委分类--《金属材料科学》表面改性：改变基体金属材料表面层的化学成分，例如化学热处理、等离子扩渗处理、离子注入。表面处理：不改变基体金属表面化学成分的情况下，使其组织与结构发生变化，例如喷丸强化、表面热处理等。表面涂镀层技术：在基体材料表面形成一层新的覆盖层，覆盖层与基体之间有明显的分界

3、面；例如镀层、涂层、沉积层。复合表面技术：上述三类技术的复合应用。纳米表面工程技术：在基体表面制备含纳米颗粒的涂层或具有纳米结构的表层。3.广义的表面工程技术4.本门课程表面处理技术表面改性处理表面处理表面改性表面改性技术表面涂镀层薄膜技术涂层技术表面涂层技术4.本门课程表面处理技术表面改性技术激光束表面处理电子束表面处理太阳能表面处理表面扩渗离子注入涂层技术电镀化学镀表面着色涂装热喷涂堆焊熔结非金属涂层等薄膜技术蒸镀溅射离子镀化学气相沉积分子束外延1.3表面工程现状及趋势1.表面工程的发展概况表面技术的历史很久远！表面科学与工程上世纪60年代末形成！早期表面技术3000年前，陶器表面的釉的

4、出现汉代青瓷、唐宋白瓷、元青花、明清五彩瓷器春秋战国时期的漆器！兵马俑中镀铬铜车马！早期长剑、箭链的热处理和渗碳！表面工程的确立上世纪60年代以来，形成了表面工程技术体系。1983年，英国T.Bell教授提出表面工程的概念。1983年，伯明翰大学沃福森表面工程研究所成立1985年，《表面工程》国际刊物发行。1986年，国际热处理联合会更名为国际热处理及表面工程联合会。我国表面工程的发展中国机械工程学会于1987年建立了学会性质的表面工程研究所。1988年出版了第一本中国的《表面工程》期刊。1993年成立了中国机械工程学会表面工程分会。表面工程的三个阶段第一阶段：单一表面改性技术的增加、工艺成

5、熟为特征！第二阶段：复合表面工程技术，1+1＞2。第三阶段：纳米表面工程，纳米润滑、纳米涂层、纳米加工。2.表面工程的意义（1）社会生产生活需要★材料的疲劳、断裂、磨损、腐蚀、氧化等一般都是从表面开始的。★摩擦损失：美国200亿美元，德国387亿马克，英国5亿英镑，我国GDP总值1.8%；★腐蚀损失：全世界1亿吨，GDP2-4%；★衣料的美观、保暖、手感、抗静电；★食品的色泽、保鲜、储存、包装；★新型建材、房屋装修；★汽车的美观、节油、低噪声离不开渗透在摩擦副、活化剂、传感器、电子仪表中的表面工程。★保护视力的镜片、高级照相镜头、比天然品更美的镀膜首饰、美观舒适的墙体和地面装饰、镀膜玻璃、灯

6、具和发光体、不粘附厨房用具。（2）大幅度提高产品质量★工程建筑中的构件，机械装备中的零部件以及工具、模具等，需要好的耐磨、耐蚀性和装饰性。★电子电器产品需要表面成分和结构得到严格的控制，同时进行高精度的微细加工。★取决于表面性能的产品，表面性能好就可以做的很薄，用材少，经济节约。（3）表面修复★机器的零部件因表面强度、硬度、耐磨性、耐蚀性等不足而逐渐磨损、剥落、锈蚀，产生失效。★表面技术进行修复，不仅能修复尺寸精度，而且能恢复或提高表面性能，使废旧机件再生，经济价值客观。★取决于表面性能的产品，表面性能好就可以做的很薄，用材少，经济节约。（4）节能节材★表面工程技术大大降低了损失于腐蚀、磨损

7、、疲劳的钢铁构件、管道和设备的数量，延长了建筑物、船舶、桥梁和机器的使用寿命。★金属表面电解法热镀55％Al-Zn合金，可提高材料耐蚀性、抗高温氧化、抗SO2腐蚀，主要用于电气铁路承力钢索、高速公路安全护栏和围等。（5）环境保护、可持续发展★表面技术制成的吸附剂，可以除去空气、水、溶液中的有害成分，以及具有除臭、吸湿等作用。★氨基甲酸乙酰泡沫上涂覆铁粉，经烧结后成为除臭剂，用于冰箱、厨房、厕所、汽车内。1.4