表面工程学 20160302

1、材料表面工程茶丽梅表面科学与技术表面科学与技术姚寿山，李戈扬，胡文姚寿山，李戈扬，胡文彬彬 编，机械工业出版社，编，机械工业出版社，20052005表面工程学表面工程学曾晓雁，吴懿平曾晓雁，吴懿平 主编主编 机械工业出版社，机械工业出版社， 20012001材料表面工程材料表面工程徐滨士，朱绍华，刘世参徐滨士，朱绍华，刘世参编著编著 哈尔滨工业大学出版社，哈尔滨工业大学出版社， 20052005参考教材参考教材材料表面工程表面与界面的定义界面(Interface)：不同物质之间，或同一物质的不同聚集状态之间的过渡区。两相之间两相之间的分界面。的分界面。表面(Surface)：凝聚相（固）与气相

2、之间的界面。本课程特指固相与气相之间的界面。 表面工程学的定义表面工程学的定义为满足特定的工程需求，为满足特定的工程需求，使使材料表面材料表面或零部件或零部件表面具有特殊的成分表面具有特殊的成分，结构结构和性能和性能(或功能或功能)的化学，物理的化学，物理方法与方法与工艺。工艺。1. 1 表面工程学的定义与内涵表面工程学的定义与内涵1. 2 表面工程的特点与意义表面工程的特点与意义1. 3 表面工程技术的分类表面工程技术的分类第一节：表面工程技术发展必要性第一节：表面工程技术发展必要性1.1、表面受损现象、表面受损现象磨损、腐蚀、断裂是机械零件工程构建的三大主要磨损、腐蚀、断裂是机械零件工程构

3、建的三大主要破坏形式。前二者造成经济损失占很大比重。破坏形式。前二者造成经济损失占很大比重。磨磨损损美国：美国国家材料政策委员会向美国国美国：美国国家材料政策委员会向美国国 会提出的一份报告：会提出的一份报告： 摩擦磨损引起的损失摩擦磨损引起的损失10001000亿美元亿美元/ /年；年；德国：德国：19831983年，前联邦德国调查，摩擦磨年，前联邦德国调查，摩擦磨损损失损损失287287亿马克；亿马克；英国：摩擦磨损损失英国：摩擦磨损损失5150051500英镑英镑/ /年；年； 2009到2010年8仅仅四个月时间，丰田公司接连仅仅四个月时间，丰田公司接连爆出油门踏板、刹车等部件缺陷，爆

4、出油门踏板、刹车等部件缺陷，先后宣布在全球范围内召回多款先后宣布在全球范围内召回多款车辆合计车辆合计 850 万辆。万辆。 丰田汽车上月在美国销量下降丰田汽车上月在美国销量下降16%，召回的直接损失高达，召回的直接损失高达20亿亿美金，有分析师表示，丰田汽车美金，有分析师表示，丰田汽车公司需要承担几十起诉讼费用，公司需要承担几十起诉讼费用，未来一年其财务方面的损失总计未来一年其财务方面的损失总计可能超过可能超过50亿美元。亿美元。丰田汽车的召回门丰田汽车的召回门928,000,000,000 $ - 0.02 $腐蚀腐蚀全世界每年生产的钢铁约有全世界每年生产的钢铁约有10因腐蚀而变为铁锈，大约

5、因腐蚀而变为铁锈，大约30的机电设备因此而的机电设备因此而损坏。由于金属的腐蚀造成的直接经济损失约占国民生产总值的损坏。由于金属的腐蚀造成的直接经济损失约占国民生产总值的 2-4 %四川省宜宾市城区的南门大桥四川省宜宾市城区的南门大桥钢铁钢铁生锈生锈造成大桥造成大桥断裂断裂！断裂断裂腐蚀和磨损均是腐蚀和磨损均是发生于机件表面发生于机件表面的材料流失过程，的材料流失过程，其他形式的失效其他形式的失效过程有许多也是过程有许多也是从表面开始从表面开始延缓和延缓和控制表控制表面破坏面破坏的方法的方法促进促进了表了表面工面工程学程学的发的发展与展与形成形成1.1、表面工程技术发展必要性、表面工程技术发展

6、必要性1.2、表面工程学的研究范围、表面工程学的研究范围表面工程学围绕表面工程学围绕腐蚀腐蚀、摩擦与磨损摩擦与磨损和和功能特性功能特性（声，光，磁，电的转换）等因素，是多学科（声，光，磁，电的转换）等因素，是多学科交叉、综合，以复合系统为特色，逐步发展的交叉、综合，以复合系统为特色，逐步发展的新兴学科，以新兴学科，以“表面表面” “界面界面”为研究核心。为研究核心。1.3、表面工程学的内涵、表面工程学的内涵表面改性技术；表面改性技术；1表面合成材料技术；表面合成材料技术；3表面加工技术；表面加工技术；2u提高耐磨性、耐蚀性、抗高温氧化性能、装提高耐磨性、耐蚀性、抗高温氧化性能、装饰性，或具有特

7、殊功能（如电性能、磁性能和饰性，或具有特殊功能（如电性能、磁性能和光电性能等）光电性能等）u能够在材料表面加工或制作各种功能结构元能够在材料表面加工或制作各种功能结构元器件的有关技术。如光刻技术、离子刻蚀技术器件的有关技术。如光刻技术、离子刻蚀技术等等 表面加工三维合成技术；表面加工三维合成技术；4u即借助各种手段在材料表面合成新材料的技即借助各种手段在材料表面合成新材料的技术，如纳米粒子制备过程中的表面工程技术、术，如纳米粒子制备过程中的表面工程技术、离子注入等离子注入等u快速成型制造快速成型制造上述几个要点的组合或综合；上述几个要点的组合或综合；5内涵扩展内涵扩展表面工程技术所涉及的基材包

8、括几乎所有的工表面工程技术所涉及的基材包括几乎所有的工程材料，如金属、陶瓷、半导体材料、高分子程材料，如金属、陶瓷、半导体材料、高分子材料、混凝土、木材和各类复合材料等，所涉材料、混凝土、木材和各类复合材料等，所涉及的工艺方法数以百计，各具特点。及的工艺方法数以百计，各具特点。经过内涵扩展以后的表面工程技术，由单纯经过内涵扩展以后的表面工程技术，由单纯的表面改性扩展到表面加工和合成新材料等的表面改性扩展到表面加工和合成新材料等领域，涵盖领域，涵盖材料科学、物理、化学、冶金、材料科学、物理、化学、冶金、机械、电子与生物机械、电子与生物等领域，成为新型的、名等领域，成为新型的、名副其实的交叉学科。

9、副其实的交叉学科。1.4、学习本课程的目的和要求、学习本课程的目的和要求1. 学习掌握表面工程技术的基本理论和基本特学习掌握表面工程技术的基本理论和基本特点。点。2. 能够根据工程的需要选择相应的表面工程技能够根据工程的需要选择相应的表面工程技术或几种技术的组合，选择所用材料和制定术或几种技术的组合，选择所用材料和制定最佳工艺，解决工程问题。最佳工艺，解决工程问题。3. 具备基本的研究与开发表面工程新技术的能具备基本的研究与开发表面工程新技术的能力。力。3）兼有装饰和防护功能；）兼有装饰和防护功能；4）化学气相沉积，物理气相沉积，掩模，光刻等表面）化学气相沉积，物理气相沉积，掩模，光刻等表面薄

10、膜沉积技术和表面细微加工是制造大规模集成电薄膜沉积技术和表面细微加工是制造大规模集成电路的基础；路的基础；5）生成型制造法是以表面加工为基础；）生成型制造法是以表面加工为基础； 1 1）作用于表面，对基材组织与性能影响不大；）作用于表面，对基材组织与性能影响不大； 2 2）采用表面技术替代整体合金化；）采用表面技术替代整体合金化；第二节第二节 表面工程的特点与意义表面工程的特点与意义6）可以在表面制备整体合金化难以做到的特殊性能合）可以在表面制备整体合金化难以做到的特殊性能合金金。第三节第三节 表面工程技术的分类表面工程技术的分类按学科特点：按学科特点： 1 1）表面合金化技术）表面合金化技术 u利用外来元素与基材元素相混合，形成成分不同于基材和添利用外来元素与基材元素相混合，形成成分不同于基材和添加材料的表面新材料。加材料的表面新材料。喷焊、堆焊、离子注入、激光熔覆、热渗镀。喷焊、堆焊、离子注入、激光熔覆、热渗镀。 2 2）表面覆盖和覆膜技术）表面覆盖和覆膜技术3）表面组织转化）表面组织转化u不改变基材的成分，利用外加涂层或镀层的性能使基材不改变基材的成分，利用外加涂层或镀层的性能使基材表面性能优化。表面性能优化。热喷镀、电镀、化学转