现代表面工程技术

1、课程代号D 30现代表面工程技术辅 导 大 纲程焕武 编兵器工程师进修大学2009年7月现代表面工程技术辅导大纲一、课程性质：表面工程是一个既古老又新颖的学科，可以追溯到3000年前，我国就已采用表面保护技术。表面处理技术的迅速发展还是从19世纪工业革命开始的，最近50多年发展更是突飞猛进。离子束、激光束、电子束、微波及超高真空技术的开发，引发了表面工程技术研究和应用的热潮，并成为20世纪80年代世界10大关键技术之一。表面工程技术能改善和美化人们的生活、节约资源与能源，保护和改善人类生活环境，对于实现国民经济可持续发展具有十分重要的作用。二、课程具体内容现代表面工程技术这门课的特点是涉及专业

2、知识面广，理论与实践性强。在学习时，要注意各章基本概念和理论的掌握，同时对实用性和指导性强的知识要能学以致用。本着这一原则对各章的内容进行了归纳，划分了需掌握和了解的内容。第1章 概论本章对表面工程的定义、作用和任务进行的详细介绍，要重点掌握表面工程的定义，明确表面工程的作用及任务，了解表面工程技术的发展趋势。第2章 金属表面预处理及净化表面预处理及净化的目的是除去材料表面附着的油污、锈蚀产物、氧化物等异物，除去毛刺、毛边，调整精整程度不适当等情况，同时增加覆层与基材的结合力，提高表层质量。表面预处理技术包括化学（碱、溶剂、表面活性剂清洗、脱脂等）、物理（超声波、冲击、真空）和机械（擦光、抛光

3、、磨光）等技术。它们可以单独使用，也可组合使用。近年来，在清洗中不断引入高新技术及相应设备，不断地以物理作用取代化学作用，少用或不用对环境有危害的化学品，这是发展趋势。本章掌握常用的碱液清洗方法、配方、工艺条件及其使用范围；掌握溶剂清洗方法和溶剂蒸气清洗特点。了解工业清洗中常用的表面活性剂及复配清洗剂；了解常用的化学除锈方法及溶液配方；了解机械清理与表面精整方法。重点掌握超声波清洗、真空脱脂清洗、喷塑料丸退漆（涂料层）和空气火焰超声速喷砂、喷丸等表面预处理技术的概念和特点。了解表面预处理质量检测与评定方法。第3章 电镀与化学镀技术现代电镀包括单金属电镀、合金电镀、单层电镀、多层组合电镀、复合电

4、镀或弥散电镀等。这些电镀层可镀于金属基体上，也可通过适当的技术镀于非金属上，而使非金属表面得到金属化，或称非金属表面金属化。电镀溶液或电镀槽液是电镀技术赖以发展的基础。现代电镀溶液包括水溶液、非水溶液和熔盐。其中电镀水溶液是迄今研究得最深入、最成熟、开发和应用最广泛的一类电镀槽液。不能从水溶液进行电镀的镀层采用非水溶液或熔盐进行电镀。非水溶液电镀和熔盐电镀是对水溶液电镀液难镀或不能镀的镀层电镀的补充和发展。化学镀技术亦属表面工程技术中的覆盖层技术。电镀技术的表面准备工程，电镀表面准备在所有清洗中是最重要的，镀层与基体的附着力是电镀产品最关键和最高质量要求。而这附着力取决于促成尽可能发生冶金结合

5、的表面清洁度，以及促成在所有部位都能发生镀层的充分活化的表面。本章掌握电镀的镀层及系统工艺设计方法。了解常见单金属镀层的电镀液成分和工作条件；了解合金电镀、多层合金电镀、复合电镀、电铸技术和脉冲电流为主的电镀；了解化学镀技术与工艺。掌握镀层质量检验方法，电镀层质量的试验与检验要求所采用的方法具有适当的准确度，所用设备或仪器具有适当的精密度，操作人员要严格执行工艺规范，尽可能减少系统误差、偶然误差，以免由其造成研究或决策的判断失误。同时，对试样的抽取要保证对测试对象具有代表性。第4章 电刷镀技术电刷镀技术是表面工程技术重要的组成部分。它是电镀技术的一种特殊形式，又被称为涂镀、无槽电镀等。本章掌握

6、电刷镀技术的基本原理、特点；掌握电刷镀溶液在电刷镀工艺中的作用。了解常用电刷镀镀液的配制方法；了解电刷镀工艺所需电刷镀设备和工辅具；了解常用电刷镀工艺规范和要求。掌握检测电刷镀镀层性能的方法，掌握电刷镀质量控制及缺陷防止措施。了解电刷镀技术的应用领域和效益。第5章 转化膜技术转化膜在机械、电子、仪表、仪器、汽车船舶及飞机制造等领域广泛应用。本章了解阳极氧化膜的性能及用途；了解不同阳极氧化方法的工艺及其特点。掌握铝及铝合金的微弧等离子体氧化技术；掌握微弧等离子体氧化的基本原理及工艺工程；了解陶瓷层的制备系统。化学转化膜是金属表面防护层的一种类型，该技术在许多领域得到了应用。掌握钢铁化学氧化基本原

7、理和化学氧化处理方法。了解化学磷化处理基本原理；了解金属的着色和染色处理方法。第6章 涂料涂装技术涂装是在经表面准备的基体上涂敷涂料而形成均匀、连续、附着牢固的，具备耐腐蚀性能或功能的涂敷的过程或技术的总称。它广泛用于装饰、防护和各种功能，尤其防大气腐蚀约占整个金属腐蚀与防护经费的2/3以上。涂装是一项系统工程，涵盖了要涂装基体的结构设计等方面。涂料或有机涂料是涂装技术中的两个可互换的通用术语，都表示以有机物为主的涂敷材料。大多数涂料都是以成膜剂或漆基为主。本章掌握涂料的基本概念和选择方法；掌握现代涂敷技术的基本概念和工作原理；了解涂料的质量要求和质量控制过程；了解涂装技术中的安全与环境保护；

8、了解涂料涂装标准化。第7章 防锈封存包装本章着重论述的是被保护对象，在有效使用期的所谓暂时保护，即防锈封存包装，它们只在被保护对象的一定加工阶段、一定的储运过程中起防锈作用。当此阶段或此过程一旦结束，它们就可能要被除去或用其他保护处理。防锈封存包装在一定意义上，可以说是对被保护对象的多层保险，即对象经清洗、防锈处理，又进行适当的封存和包装。它不仅适用于零件、组件，也适用于整机；不仅适用于大件，也适用于小件；不仅适用于气候比较单一的环境，也适用多变的、严酷的气候环境。研究和发展绿色防锈材料，推行清洁防锈封存包装是21世纪防锈封存包装不可动摇的方向。本章掌握常用防锈封存包装材料的使用条件和范围；了

9、解防锈封存包装技术涵盖的多种技术；了解防锈封存包装质量及其试验与检查方法；了解防锈封存包装技术清洁化的发展趋势。第8章 热喷涂技术热喷涂技术是利用热喷涂方法制备涂层的技术，包括工艺、材料、装备、检测等，是制造表面转移涂层的一种重要方法，是表面工程中一门重要的学科。热喷涂所采用的热源大致有燃烧火焰，电弧、电弧等离子体及激光等。这种喷涂工艺几乎可以喷涂所有的工程材料，如硬质合金、陶瓷、金属、石墨和金属陶瓷等。材料形式可以是粉末，也可以是丝材或棒材。掌握热喷涂技术基本原理和工艺特点；了解热喷涂技术的发展趋势；掌握热喷涂材料的分类方法和特点；了解热喷涂工艺及设备；掌握热喷涂工艺的技术基础知识；掌握热喷

10、涂涂层性能检测、质量控制、缺陷及防止措施；了解热喷涂技术的应用及典型实例；了解热喷涂环境保护及安全措施。第9章 化学热处理技术化学热处理是指将金属或合金工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表面，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺，又称为表面合金化。化学热处理工艺主要依靠加热化学反应与元素的扩散作用，形成牢固结合的冶金层，比其他涂敷层与基体结合力都高；渗入非金属与金属元素，可获得不同组织和性能，包括抗疲劳性、耐磨性、抗擦伤性、耐腐蚀性、耐高温氧化及一些特殊功能等；性能价格比优异，是一种投资少、见效快、“事半功倍”的高效技术。化学热处理工艺可分为固体法、液体法、气体法及

11、离子轰击法。21世纪化学热处理发展的总目标是优质、高效、低耗、洁净。本章掌握常用化学热处理方法及特性；掌握化学热处理的基本原理；掌握常用化学热处理方法，包括渗碳、碳氮共渗、渗氮、氮碳共渗等，特别是其中涉及的新工艺，如离子渗碳、流态床渗碳等工艺；了解渗硫、硫氮共渗、硫氮碳共渗工艺的应用领域；了解低温化学热处理渗层组织与性能及工艺方法选择；了解渗金属的方法和处理工艺；掌握渗硼方法和处理工艺；了解渗硅方法和工艺。第10章 气相沉积技术利用气相中发生的物理、化学过程，在固体材料表面形成功能性或装饰性的金属、非金属或化合物覆盖层的工艺称为气相沉积。可以分为物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）和

12、兼有物理和化学沉积方法特点的等离子化学气相沉积法（PCVD）等。本章掌握化学气相沉积的原理、特点与分类方法；了解化学气相沉积层的性能和应用领域；掌握物理气相沉积（PVD）的各种沉积技术的原理和特点，包括真空蒸镀、溅射镀、离子镀等；了解等离子化学气相沉积（PCVD）的原理、特点及发展趋势；了解激光物理气相沉积（LPVD）；了解表面复合镀膜处理技术；了解多层硬质复合膜与纳米多层膜技术。第11章 高能束表面改性技术高能束表面改性是指采用激光束、电子束和离子束等高密度能量源，照射或注入材料表面，是材料表层发生成分、组织及结构变化，从而改变材料的物理、化学与力学等性能的一项先进制造技术。近年来，高能束表

13、面改性技术及其他表面改性技术的应用领域越来越广阔。本章掌握激光表面改性原理、激光表面淬火工艺基础、激光表面淬火层组织与性能、激光表面淬火件的质量检测；了解激光熔凝、激光熔覆、激光表面合金化的特点和工艺；了解电子束表面改性技术原理和特点；了解离子注入技术的原理、特点及工业应用。第12章 表面粘涂技术表面粘涂技术是指将填加特殊材料（简称骨材）的胶粘剂涂敷于零件表面，以赋予零件表面特殊功能的一项表面新技术。此类胶粘剂就是修补剂。粘结主要是实现零部件之间的连接，而表面粘涂是在零件表面形成功能涂层。本章掌握表面粘涂技术的特点和原理；了解表面粘涂材料与特性；了解粘涂层的涂敷工艺及涂层加工；了解粘涂层施工质

14、量控制、涂层缺陷及防止措施；了解粘涂施工安全防护层；了解表面粘涂技术的应用。第13章 液膜溶解扩散焊技术液膜溶解扩散焊是依靠液相焊材与固相基材之间的溶解扩散而形成牢固结合层的连接技术。与熔焊工艺相比，液膜溶解扩散焊热量输入较小，变形及裂纹倾向小。与喷涂、刷镀及粘接等工艺相比，其连接层为物理化学结合，具有强度高、抗腐蚀性能好等优点。特别是由于在施焊过程中基材不熔化，对铸铁材质来说，可以避免形成共晶渗碳体，从而保证连接部位的加工性能，外观色泽也与基材基本一致。此工艺特别适合于铸铁件加工面上缺陷的挽救。同时对钢基、铜基材质工件的挽救也同样适用。该技术已列为国家级科技成果重点推广项目，在国内一大批企业

15、中获得应用，取得了显著的经济效益与社会效益。本章掌握液膜溶解扩散焊原理及特点；了解液膜溶解扩散焊所用材料、装备及工艺；了解液膜溶解扩散焊热过程分析及组织变化、质量检验；了解液膜溶解扩散焊可能产生的问题及应用实例。第14章 热浸镀技术将金属材料浸入熔点较低的其他熔融金属或合金中保温，并在其表面形成熔融的金属或合金层的工艺方法称为热浸镀或热浸渗，简称热镀或热浸。热镀层由基体材料与熔融金属间形成的合金层和粘附的金属层组成，具有耐蚀防护特殊性能。本章掌握热浸镀法常用的熔剂配方及工艺；了解热浸镀锌和热浸镀铝的特性和应用领域；了解热浸镀锌铝及铝锌合金的特点和应用领域；了解热浸镀锡和热浸镀铅的特点和应用领域

16、。第15章 表面分析与表面性能检测表面分析是利用分析手段，揭示材料及其制品的表面形貌、成分、结构或状态的技术。在表面工程领域中的表面分析，是包括几个原子层的物理表面和从纳米到微米直至毫米数量级的整个材料表面改性层或涂（膜）层较宽范围的分析。表面性能检测是利用相关的性能检测手段，对表面层进行表面质量、表面层厚度、表面层与基体结合状态，以及表面层的力学性能、物理与化学性能等检查和测试的总称。材料的分析与检测方法种类繁多，功能各异。本章掌握表面分析常用分析仪器的特点和功能；了解常用的表面分析技术和仪器，如透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、扫描透射电镜（STEM）等；了解表面分析技术的应用范围；了解表面性能检测内容和方法。第16章 表面工程与摩擦学多数工业制品都承受着摩擦学负荷，而这种类型负荷的作用过程往往造成制品的磨损。工业制品的可靠性及使用寿命受到磨损率的显著影响，降低磨损率（如果是必要的）必将提高承受摩擦学负荷的工业制品的可靠性。成功的耐磨表面保护，首先要求进一步了解磨损是如何在所涉及的摩擦学系统中产生的，以