《表面处理》PPT课件

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1、1纳米表面工程的内涵纳米技术是20世纪80年代末期诞生并正在崛起的新技术。1990年7月，在美国巴尔的摩召开了国际首届纳米科学技术会议（Nano-ST）。纳米科技研究范围是过去人类很少涉及的非宏观、非微观的中间领域（10-9~10-7m），它的研究开辟了人类认识世界的新层次。纳米材料与技术的发展得到了世界各国的高度重视。第八章纳米表面工程11纳米表面工程的内涵在开展相关理论研究与实践应用的基础上，“纳米表面工程”这一新的概念和领域应运而生。2000年，徐滨士等人在《中国机械工程》杂志上首先提出了“纳米表面工程”的概念。2002年国际表面工程学科创始人、中国工程院外

2、籍院士、英国伯明翰大学T.Bell教授访华时对纳米表面工程的提法给予充分的肯定，并确定与中国学者联合开展纳米表面工程的研究工作。第八章纳米表面工程21纳米表面工程的内涵纳米表面工程是以纳米材料和其他低维非平衡材料为基础，通过特定的加工技术和手段，对固体表面进行强化、改性、超精细加工或赋予表面新功能的系统工程。产生机敏表面、纳米智能表面和表面纳米器件。（潜艇蒙皮、坦克外壳）简言之，纳米表面工程就是将纳米材料和纳米技术与表面工程交叉、复合、综合并开发应用。第八章纳米表面工程31纳米表面工程的内涵与传统的表面工程相比，其特点是：取决于基体性能的因素被弱化，表面处理、改性

3、和功能化的自由度扩大，表面加工技术的作用更加突出，产品的附加值更高。第八章纳米表面工程41纳米表面工程的内涵第八章纳米表面工程什么是“纳米表面”纳米量级厚度的薄膜表面含有纳米颗粒与原子团族表面含有纳米碳管复合纳米表面52纳米表面工程产生的背景随着纳米科技的发展，微机电系统的设计、制造日益增多，制造技术以由亚微米层次进入到原子、分子级的纳米层次。纳米机器人、纳米钳、纳米电机、……，此类机电系统涉及到大量的表面科学表面技术问题，且随着尺寸减小和表面效应的出现，传统的的表面设计和加工方法以不再适应。第八章纳米表面工程62纳米表面工程产生的背景要求材料在特殊情况，如超高温

4、/低温、超高压、高真空、强氧化还原或腐蚀环境以及存在辐射、声吸收、信号屏蔽、承受点载荷等条件下服役的情况越来越多，由于纳米材料在力、电、声、光、热、磁方面表现出与宏观材料不同的特性。因此传统材料表面纳米化显得特别重要。第八章纳米表面工程73实现表面纳米化的三种途径在金属材料表面获得纳米结构表层主要途径有三种：表面涂覆或沉积方法、表面自身纳米化方法和混合纳米化方法。（1）表面涂覆或沉积方法首先利用纳米粉体制备技术获得具有纳米尺度的颗粒，再将这些颗粒通过表面技术固结在材料的表面，形成一个与基体化学成分相同（或不同）的纳米结构表层。第八章纳米表面工程8纳米固体薄膜制备技

5、术直流溅射射频溅射磁控溅射离子束溅射真空蒸发溅射沉积离子镀物理气相沉积（PVD）化学气相沉积（CVD）分子束外延（MBE）气相沉积电镀法溶胶-凝胶法电阻加热感应加热电子束加热激光加热直流二极型离子镀射频放电离子镀等离子体离子镀HFCVDPECVDLECVD93实现表面纳米化的三种途径这种材料的主要特征是：纳米结构表层内晶粒大小比较均匀、晶粒尺寸可以控制；表层与基体之间存在着明显得界面；材料的外形尺寸较处理前有所增加。许多常规表面涂层和沉积技术都具有开发纳米表面膜层的潜力，如PVD、CVD、电解沉积等。通过工艺参数的调节，可以控制纳米结构表层的厚度和纳米晶粒的尺寸，

6、整个工艺过程的关键是实现表层与基体之间以及表层纳米颗粒之间的牢固结合。第八章纳米表面工程103实现表面纳米化的三种途径目前，这些技术经过不断地发展和完善，已比较成熟。（2）表面自身纳米化方法对于多晶材料，采用非平衡处理方法增加材料表面的自由能，可以使粗晶组织逐渐细化至纳米量级。这种材料的主要特征是：晶粒尺寸沿厚度方向逐渐增大；纳米结构表层与基体之间没有明显的界面；处理前后材料的外形尺寸基本不变。第八章纳米表面工程113实现表面纳米化的三种途径由非平衡实现表面纳米化主要有两种方法，即表面机械（加工）处理法和非平衡热力学法，不同方法所采用的工艺和由其导致纳米化的微观机

7、理均存在着较大的差异。（3）混合纳米化方法在制备热喷涂层、电刷镀层、粘结层等表面工程涂覆层时，在基质层中复合纳米颗粒以改变涂覆层本身的综合性能或制备出特殊的功能涂层。第八章纳米表面工程123实现表面纳米化的三种途径目前，较为成熟的使用纳米表面工程技术制备的表面涂覆层主要属于这种方式。第八章纳米表面工程134.实用纳米表面技术围绕以上途径开展研究，当前已经开发出多种实用的纳米表面工程技术。（1）纳米薄膜制备技术薄膜技术是通过某些特定工艺（常用溅射法），在物体表面沉积附着一层或者多层与基体材料材质不同的薄膜，使物体表面具有与基体材料不同性能的技术。第八章纳米表面工程1

8、44.实用