现代表面工程学概述

1、昆明理工大学冶金与能源工程学院昆明理工大学冶金与能源工程学院Faculty of Metallurgical and Energy Engineering, KMUSTSurface EngineeringSurface Engineering表面工程表面工程黄黄 惠惠 副教授副教授Faculty of Metallurgical and Energy Engineering, KMUST总学时总学时: 32 , : 32 , 其中其中前前 言言章节内容学时1绪论22表面工程基础理论43电镀技术84化学镀技术45化学转化膜技术46银产品表面处理技术47金属表面改性技术48增值冶金技术2Facu

2、lty of Metallurgical and Energy Engineering, KMUST 总成绩总成绩 = = 平时成绩（平时成绩（40%40%）+ + 专题综述（专题综述（10%10%）+ + 笔试（笔试（50%50%） 平时成绩平时成绩 = =课堂（课堂（20%20%）+ + 出勤出勤 ( (20%)20%) 出勤出勤: : 每迟到一次或早退一次扣每迟到一次或早退一次扣 2 2 分分 每旷课一次扣每旷课一次扣 3 3 分，分，超过超过 3 3 次次 不能参加不能参加考试考试 专题综述：每人自选一题，独立写出专题综述。自愿报名上台进行专题综述：每人自选一题，独立写出专题综述。自愿

3、报名上台进行1010分分钟钟pptppt演讲演讲, ,同时回答老师同学的问题同时回答老师同学的问题( (限两个限两个), ),演讲和回答的好的加分演讲和回答的好的加分, ,不不演讲不扣分演讲不扣分. . 课程基本要求课程基本要求前前 言言Faculty of Metallurgical and Energy Engineering, KMUST教材及参考资料教材及参考资料首选教材首选教材：表面工程新技术：表面工程新技术,徐滨士，刘世参，北京：国防工业出版社徐滨士，刘世参，北京：国防工业出版社二选教材二选教材：表面科学与技术，姚寿山，李戈扬，胡文斌主编表面科学与技术，姚寿山，李戈扬，胡文斌主编

4、机械工机械工业出版社业出版社 表面工程学表面工程学 曾晓雁，吴懿平主编曾晓雁，吴懿平主编 机械工业出版社机械工业出版社现代表面技术，机械工业出版社，钱苗根等编著现代表面技术，机械工业出版社，钱苗根等编著参考书目参考书目：金属材料表面新技术，赵文珍，西安交通大学出版社，金属材料表面新技术，赵文珍，西安交通大学出版社，19921992面向二十一世纪的表面工程，徐滨士，北京：机械工业出版社，面向二十一世纪的表面工程，徐滨士，北京：机械工业出版社，19971997表面工程手册，李国英主编，北京：机械工业出版社，表面工程手册，李国英主编，北京：机械工业出版社，19981998表面涂层技术，陈学定，韩文政

5、，北京：机械工业出版社，表面涂层技术，陈学定，韩文政，北京：机械工业出版社，19941994Faculty of Metallurgical and Energy Engineering, KMUST一些有用的资源一些有用的资源Faculty of Metallurgical and Energy Engineering, KMUST“Surface Engineering is treatment of the surface and near-surface regions of a material to allow the surface to perform functions th

6、at are distinct from those functions demanded from the bulk of the material” -from ASM Metal Handbook“Solids are composed of a bulk material covered by a surface. The surface which bounds the bulk material is called the Surface phase. Surface engineering involves altering the properties of the Surfa

7、ce Phase in order to reduce the degradation over time. ” - from Wikipedia“材料表面工程是材料表面处理技术的总称”-赵文轸第一章第一章 表面工程表面工程 （Surface Engineering）Faculty of Metallurgical and Energy Engineering, KMUST7“承旋承旋”，酒器，东汉建武年，酒器，东汉建武年间，现藏于北京故宫博物院间，现藏于北京故宫博物院兽形盒砚，东汉制，出土于兽形盒砚，东汉制，出土于19801980年年陕西临潼姜寨新石器时代墓葬品，陕西临潼姜寨新石器时代墓葬品

8、，由石砚、盒身、盒盖三部分组成由石砚、盒身、盒盖三部分组成 中国古代的鎏金工艺中国古代的鎏金工艺 Faculty of Metallurgical and Energy Engineering, KMUST表面工程形成一门独立的学科是近 20 来年的事： 1983年 表面工程的概念被首次提出 1986年 国际热处理联合会更名为国际热处理与表面工程联合会 1987年 中国机械工程学会表面工程研究所成立 1988年表面工程杂志创刊，后更名为中国表面工程 2000年 全国焊接学会原“堆焊与热喷涂专业委员会”正式更名为“堆焊及 表面工程专业委员会”。目前，全世界范围内，表面工程的应用已取得巨大的经济效

9、益，而且也逐渐发展成为横跨多个学科的边缘性、综合性、复合型学科 第一章第一章 表面工程表面工程Faculty of Metallurgical and Energy Engineering, KMUST薄膜技术薄膜技术 其其 它它 涂、镀层技术涂、镀层技术 表面改性技术表面改性技术 表面表面工程工程 Faculty of Metallurgical and Energy Engineering, KMUST第一节：表面工程学的定义与内涵第一节：表面工程学的定义与内涵1.1、表面工程技术发展概况、表面工程技术发展概况磨损、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建的

10、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。数数 据据磨磨损损美国：美国国家材料政策委员会向美国国会提出的一份美国：美国国家材料政策委员会向美国国会提出的一份报告：摩擦磨损引起的损失报告：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，摩擦磨损损失年，前联邦德国调查，摩擦磨损损失287287亿马克；亿马克；英国：英国：摩擦磨损损失摩擦磨损损失5150051500英镑英镑/ /年；年；Faculty of Metallurgical and Energy Engineering, KMUST腐

11、腐蚀蚀美国：国家标准局美国：国家标准局19781978年调查：年调查： 19751975年腐蚀损失达年腐蚀损失达820820亿美元，占亿美元，占国民生产总值的国民生产总值的4.9%4.9%； 19951995年腐蚀损失达年腐蚀损失达30003000亿美元；亿美元；中国：中国：19831983年调查：腐蚀损失年调查：腐蚀损失400400亿元亿元/ /年年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

12、发的发展与展与形成形成Faculty of Metallurgical and Energy Engineering, KMUST1.2、表面工程学的定义、表面工程学的定义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功能特性特性（声，光，磁，电的转换）三大因素（声，光，磁，电的转换）三大因素，成为，成为80年代后期重点发展的关键技术之年代后期重点发展的关键技术之一，形成表面工程学。一，形成表面工程学。定义定义为满足特定的工程需求，使材料表面或为满足特定的工程需求，使材料表面或零部件表面具有特殊的成分，结构和性零部件表面具有特殊的成分，结构和性能能(或功能或功能)的化学，物

13、理方法与工艺。的化学，物理方法与工艺。何谓表面工程何谓表面工程 材料的性能与表面u结构性材料：要求以力学性能为主，其它性能为辅，主要用于承载结构。u功能性材料：要求以特殊性能为主，力学性能为辅，主要用于制造功能性零件。表面工程概念 是指表面预处理后，通过表面涂覆，表面改性或多种表面工程技术复合处理，改变固体金属表面或非金属表面的形态、化学成分、组织结构和应力状态，以获得所需表面性能的系统工程。 Faculty of Metallurgical and Energy Engineering, KMUSTFaculty of Metallurgical and Energy Engineering

14、, KMUST1.3、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：提高耐磨性、耐蚀性、抗高温氧化性能、装饰提高耐磨性、耐蚀性、抗高温氧化性能、装饰性，或具有特殊功能（如电性能、磁性能和光电性能等）性，或具有特殊功能（如电性能、磁性能和光电性能等）1表面合成材料技术：表面合成材料技术：即借助各种手段在材料表面合成新材料的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、离子注入等技术，如纳米粒子制备过程中的表面工程技术、离子注入等3表面加工技术：表面加工技术：能够在材料表面加工或制作各种功能结构元器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

15、。如光刻技术、离子刻蚀技术等件的有关技术。如光刻技术、离子刻蚀技术等 2表面加工三维合成技术：表面加工三维合成技术：快速成型制造快速成型制造4上述几种的组合或综合；上述几种的组合或综合；5Faculty of Metallurgical and Energy Engineering, KMUST内涵扩展内涵扩展表面工程技术所涉及的基材包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

16、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。副其实的交叉学科。Faculty of Metallurgical and Energy Engineering, KMUST3）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

17、表面薄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。Faculty of Metallurgical and Energy Engineering, KMUS

18、T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。和添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。层的性能使基材表面性能优化。热喷镀、电镀、化学转化处理、化学镀、气相沉积、涂装、

19、金属染色。热喷镀、电镀、化学转化处理、化学镀、气相沉积、涂装、金属染色。u不改变材料的表面成分，只是通过改变其组织结构特性或应不改变材料的表面成分，只是通过改变其组织结构特性或应力状况来改变材料的性能。力状况来改变材料的性能。激光表面淬火、电子束热处理、喷丸、滚压。激光表面淬火、电子束热处理、喷丸、滚压。Faculty of Metallurgical and Energy Engineering, KMUSTFaculty of Metallurgical and Energy Engineering, KMUST 3）1985年第一届表面工程国际会议；年第一届表面工程国际会议；4） 198

20、6年国际热处理联合会更名为国际热处理年国际热处理联合会更名为国际热处理与表面工程联合会。与表面工程联合会。 1 1）1983年英国伯明翰大学沃福森表面工程研究所的建年英国伯明翰大学沃福森表面工程研究所的建 立立 ； 2 2）1985年英国的年英国的国国际刊物的出版；际刊物的出版；第四节第四节 表面工程的发展历程表面工程的发展历程国国际际Faculty of Metallurgical and Energy Engineering, KMUST 3 3）1988.12 1988.12 表面工程表面工程杂志发行杂志发行4 4）19931993年成立了中国机械工程学会表面工程分会；年成立了中国机械工

21、程学会表面工程分会； 5）2000.7 中国焊接学会堆焊专业委员会更名为中国焊接学会堆焊专业委员会更名为 中国焊接学会堆焊与表面工程专业委员会中国焊接学会堆焊与表面工程专业委员会 1 1）1987.12 1987.12 中国机械工程学会表面工程研究所成立中国机械工程学会表面工程研究所成立 2 2）1988.11 1988.11 首届表面工程学术研讨会首届表面工程学术研讨会第四节第四节 表面工程的发展历程表面工程的发展历程中中国国目前国内从事表面工程研究的单位目前国内从事表面工程研究的单位l清华大学清华大学 l北京科技大学北京科技大学l解放军装甲兵工解放军装甲兵工程学院程学院l北京航空航天大学北

22、京航空航天大学l天津大学天津大学l哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学l武汉大学武汉大学l昆明理工大学昆明理工大学l上海交通大学上海交通大学l复旦大学复旦大学l厦门大学厦门大学l武汉材料保护研究所武汉材料保护研究所l广州二轻研究所等。广州二轻研究所等。 昆明理工大学昆明理工大学于于90年代初也开展了表面工程技术的研究，尤其在年代初也开展了表面工程技术的研究，尤其在复合电沉积和化学沉积方面在国内外具有一定的知名度，发表相复合电沉积和化学沉积方面在国内外具有一定的知名度，发表相关学术论文关学术论文150多篇，于多篇，于2003年获全国年获全国优秀博士学位论文奖优秀博士学位论文奖。 Faculty of M

23、etallurgical and Energy Engineering, KMUSTu表面工程的学科体系表面工程的学科体系Faculty of Metallurgical and Energy Engineering, KMUST表面层材料的选择表面层成分、组织结构与性能的确定工艺参数的确定使用寿命的估算表面工程技术有关知识与数据各种表面工程技术的原理与工艺各种表面工程技术的优缺点与适用性各种表面材料的物理化学性能各种表面工程技术对基体表面的要求表面层的检测方法失效分析有关知识与数据 失效分析方法磨损失效分析腐蚀失效分析断裂失效分析失效机理与影响因素材料的磨损腐蚀与断裂机理 表面工程的技术设计

24、表面工程技术的选择u表面工程的设计技术体系表面工程的设计技术体系Faculty of Metallurgical and Energy Engineering, KMUST（1）表面层材料设计表面层材料设计(耐蚀、耐磨、减摩、防滑、减 振、耐高温材料等) （2）表面层结构设计表面层结构设计(膜层总厚度、层数、每层的材料和厚度、各层的匹配等) （3）表面层工艺设计表面层工艺设计(形成膜层的工艺方法、工艺参数、工艺规程等)（4）工装设计工装设计(辅具、夹具、量具、控制台、工程车等)（5）技术经济分析技术经济分析(自然寿命、技术寿命、经济寿命、费效比等) u表面工程的设计技术体系表面工程的设计技术体

25、系Faculty of Metallurgical and Energy Engineering, KMUST 3 3）复合表面技术）复合表面技术4 4）完善表面工程技术标准体系）完善表面工程技术标准体系5）表面涂层材料研究）表面涂层材料研究 1 1）基础理论研究：表面与界面，结构与性能，分析与基础理论研究：表面与界面，结构与性能，分析与 表征包括测试技术表征包括测试技术 2 2）关键技术研究和重大工程的应用）关键技术研究和重大工程的应用u表面工程的研究方向表面工程的研究方向6）设备研发）设备研发7）社会化的应用推广）社会化的应用推广Faculty of Metallurgical and E

26、nergy Engineering, KMUST第五节第五节 表面工程技术的分类表面工程技术的分类 5.15.1. .电镀、化学镀及化学转化膜、表面着电镀、化学镀及化学转化膜、表面着色技术色技术 5.25.2. .表面扩散渗入处理技术表面扩散渗入处理技术5.3. 热喷涂表面覆盖新技术热喷涂表面覆盖新技术 5.4. 新型表面改性技术新型表面改性技术 5.5. 涂装新技术涂装新技术 Faculty of Metallurgical and Energy Engineering, KMUST5.1 5.1 电镀、化学镀及化学电镀、化学镀及化学转化膜、表面着色技术转化膜、表面着色技术 Faculty

27、of Metallurgical and Energy Engineering, KMUST5.1.1 电镀技术电镀技术 (Electroplating)(Electroplating)通过电化学技术在金属基体表面沉积一层金属或通过电化学技术在金属基体表面沉积一层金属或合金，以达到保护基体金属的目的。合金，以达到保护基体金属的目的。电镀技术包括电镀技术包括单金属电镀单金属电镀（如镀铜、镍、铬）；（如镀铜、镍、铬）；合金电镀合金电镀（如镍（如镍- -磷合金、铜磷合金、铜- -锌合金）；锌合金）；复合电复合电镀镀（如镍（如镍- -钨钨- -磷磷- -碳化硅）；非晶态电镀（如镍碳化硅）；非晶态电镀（

28、如镍- -12%12%磷合金、镍磷合金、镍-40%-40%钨合金）；钨合金）；电刷镀电刷镀（如镍、（如镍、镍镍- -钨合金）；低温镀铁、塑料及其他非金属上钨合金）；低温镀铁、塑料及其他非金属上的电镀等。的电镀等。 Faculty of Metallurgical and Energy Engineering, KMUST塑料及其它非金属电镀工艺w 在在非金属非金属（如塑料、陶瓷、木制产品、玻（如塑料、陶瓷、木制产品、玻璃钢等）电镀中，传统的前处理工序必须璃钢等）电镀中，传统的前处理工序必须经过经过除油、粗化、敏化、活化、还原、化除油、粗化、敏化、活化、还原、化学镀铜学镀铜( (镍镍) )等，工

29、艺流程长，废水量大，等，工艺流程长，废水量大，导致生产成本高，因此，若在非金属产品导致生产成本高，因此，若在非金属产品表面喷涂一层导电层，然后就可以直接电表面喷涂一层导电层，然后就可以直接电镀其它金属。这样，一方面可以节约成本，镀其它金属。这样，一方面可以节约成本，另一方面还可以降低环境污染。另一方面还可以降低环境污染。Faculty of Metallurgical and Energy Engineering, KMUST 非金属制品非金属制品 化学除油化学除油 化学粗化化学粗化 化学镀铜化学镀铜 活化（银盐或钯盐）活化（银盐或钯盐） 敏敏 化化 电镀铜电镀铜 电镀镍电镀镍 电镀铬电镀铬（

30、或其它金属或合金）（或其它金属或合金）（一）传统非金属电镀工艺流程（一）传统非金属电镀工艺流程Faculty of Metallurgical and Energy Engineering, KMUST（二）现代非金属电镀工艺流程（二）现代非金属电镀工艺流程非金属制品非金属制品化学除油化学除油喷涂导电喷涂导电层层电镀铜电镀铜电镀镍电镀镍电镀铬电镀铬Faculty of Metallurgical and Energy Engineering, KMUST（三）传统非金属电镀工艺与现代工艺的比较（三）传统非金属电镀工艺与现代工艺的比较 采用新工艺，省去了四道关键工艺，降低了原材料采用新工艺，省去

31、了四道关键工艺，降低了原材料的消耗；的消耗； 减少了废水处理量；减少了废水处理量； 增加了一道喷涂或浸涂工艺；增加了一道喷涂或浸涂工艺； 每公斤导电漆可喷涂每公斤导电漆可喷涂15181518平方米的工件；平方米的工件； 采用新工艺，处理每平方米工件的成本是采用新工艺，处理每平方米工件的成本是20-3020-30元；元； 传统工艺，这四道工序的成本是传统工艺，这四道工序的成本是30-4030-40元元/ /平方米平方米（包括废水处理费用）。（包括废水处理费用）。Faculty of Metallurgical and Energy Engineering, KMUST 玻璃钢电镀前喷的导电层玻璃

32、钢电镀前喷的导电层 玻璃钢电镀后的产品玻璃钢电镀后的产品 玻璃钢电镀铜玻璃钢电镀铜Faculty of Metallurgical and Energy Engineering, KMUST 玻璃钢电镀前的产品玻璃钢电镀前的产品 玻璃钢喷涂导电漆后电镀的产品玻璃钢喷涂导电漆后电镀的产品 玻璃钢电镀铜玻璃钢电镀铜Faculty of Metallurgical and Energy Engineering, KMUST木制工艺品表面仿古铜Faculty of Metallurgical and Energy Engineering, KMUST塑料产品电镀黑镍塑料产品电镀黑镍Faculty of

33、 Metallurgical and Energy Engineering, KMUST5.1.2 5.1.2 、化学镀技术、化学镀技术 (Electroless)(Electroless)定义定义：通过化学氧化还原反应在金属基体表面沉积：通过化学氧化还原反应在金属基体表面沉积一层金属或合金，以达到保护基体金属的目的。一层金属或合金，以达到保护基体金属的目的。分类分类：化学镀技术包括化学镀镍（如镍化学镀技术包括化学镀镍（如镍- -磷合金、磷合金、镍镍- -铜铜- -磷合金、镍磷合金、镍- -硼合金）；化学镀钴（如钴硼合金）；化学镀钴（如钴- -磷磷合金）；化学镀铜、化学镀锡、化学镀金、化学镀合

34、金）；化学镀铜、化学镀锡、化学镀金、化学镀铟等铟等 。Faculty of Metallurgical and Energy Engineering, KMUST5.1.3 5.1.3 化学转化膜技术化学转化膜技术 (Chemical Transform Film)(Chemical Transform Film)定义定义：通过化学或电化学的方法在金属基体表面形成一通过化学或电化学的方法在金属基体表面形成一层膜，以达到保护基体金属的目的。层膜，以达到保护基体金属的目的。分类分类：化学转化膜技术包括发蓝、磷化、铝及铝合金阳化学转化膜技术包括发蓝、磷化、铝及铝合金阳极氧化等。极氧化等。 Facul

35、ty of Metallurgical and Energy Engineering, KMUST5.1.4 5.1.4 表面着色技术表面着色技术 (Surface Colouring )(Surface Colouring )通过通过化学或电化学化学或电化学的方法在金属基体表面形成一层氧的方法在金属基体表面形成一层氧化膜或硫化膜等，如铜及铜合金仿古铜、铝型材电解化膜或硫化膜等，如铜及铜合金仿古铜、铝型材电解着色、不锈钢着色等。着色、不锈钢着色等。 返回Faculty of Metallurgical and Energy Engineering, KMUST5.2 5.2 表面扩散渗入处理技

36、术表面扩散渗入处理技术（化学热处理技术）（化学热处理技术）(Surface diffusion permeation (Surface diffusion permeation technologytechnology) ) Faculty of Metallurgical and Energy Engineering, KMUST5.2.1 5.2.1 渗硼技术渗硼技术 在渗硼过程中，含在渗硼过程中，含硼介质发生化学反应硼介质发生化学反应，生成，生成流体含硼组元流体含硼组元，流体含硼组元通过邻接金属表面的流体含硼组元通过邻接金属表面的“边界层边界层”进行内扩散，进行内扩散，扩散到金属表面并被

37、吸附，然后发生各种界面反应，生成活扩散到金属表面并被吸附，然后发生各种界面反应，生成活性硼原子，活性硼原子由金属界面向纵深迁移，从而形成一性硼原子，活性硼原子由金属界面向纵深迁移，从而形成一定深度的渗硼层，渗层组织相一般为定深度的渗硼层，渗层组织相一般为FeBFeB和和FeFe2 2B, B, 渗层硬度渗层硬度为为1400-2000Hv, 1400-2000Hv, 渗硼温度渗硼温度8501000 8501000 o oC C。 Faculty of Metallurgical and Energy Engineering, KMUST5.2.2 5.2.2 渗碳技术渗碳技术 在渗碳过程中，含碳

38、介质发生化学反应，在贴近工件表在渗碳过程中，含碳介质发生化学反应，在贴近工件表面处的渗碳介质中，为交换反应物和反应生成物所进行面处的渗碳介质中，为交换反应物和反应生成物所进行的外扩散；渗碳介质中某些分子或离子在金属表面进行的外扩散；渗碳介质中某些分子或离子在金属表面进行吸附和由此产生的各种界面反应；碳原子由工件表面向吸附和由此产生的各种界面反应；碳原子由工件表面向纵深迁移，从而形成了具有一定深度的渗碳层。渗层硬纵深迁移，从而形成了具有一定深度的渗碳层。渗层硬度为度为180-280HB, 180-280HB, 渗碳温度渗碳温度850950 850950 o oC C。Faculty of Met

39、allurgical and Energy Engineering, KMUST5.2.3 5.2.3 渗氮技术渗氮技术 渗氮就是将工件放入渗氮介质中，加热到渗氮温度渗氮就是将工件放入渗氮介质中，加热到渗氮温度（480-580 480-580 o oC C），保温一段时间，使渗氮介质发生），保温一段时间，使渗氮介质发生化学反应，经过内扩散，在工件表面进行吸附和界化学反应，经过内扩散，在工件表面进行吸附和界面反应，活性氮原子被工件表面吸附并扩散渗入工面反应，活性氮原子被工件表面吸附并扩散渗入工件的表面，形成氮化物。件的表面，形成氮化物。 Faculty of Metallurgical and

40、Energy Engineering, KMUST5.2.4 5.2.4 复合共渗技术复合共渗技术 两种或两种以上的元素共同渗入金属表面两种或两种以上的元素共同渗入金属表面的方法，称为复合共渗技术，如氮碳、氮硫的方法，称为复合共渗技术，如氮碳、氮硫或氮碳硫共渗等。或氮碳硫共渗等。 返回Faculty of Metallurgical and Energy Engineering, KMUST3.3 热喷涂表面覆盖新技术 (Heat spray coating technology)热喷涂是一种用专用设备把某种固体材料熔化并加速喷射到热喷涂是一种用专用设备把某种固体材料熔化并加速喷射到机件表面上

41、，形成一特制薄层，以提高机件耐磨、耐蚀、耐机件表面上，形成一特制薄层，以提高机件耐磨、耐蚀、耐高温等性能的新兴材料表面科学技术。高温等性能的新兴材料表面科学技术。 Faculty of Metallurgical and Energy Engineering, KMUST热喷涂技术分类热喷涂技术分类返回Faculty of Metallurgical and Energy Engineering, KMUST5.4 5.4 新型表面改性技术新型表面改性技术 (New surface modification technology)(New surface modification techno

42、logy)Faculty of Metallurgical and Energy Engineering, KMUST5.4.1 5.4.1 气相沉积技术气相沉积技术 物理气相沉积物理气相沉积-利用热蒸发或辉光放电、弧光放电等物理过利用热蒸发或辉光放电、弧光放电等物理过程，在基材表面沉积所需涂层的技术。包括真空蒸发镀膜、离程，在基材表面沉积所需涂层的技术。包括真空蒸发镀膜、离子镀膜和溅射镀膜。如常见的手表带和壳镀氮化钛。子镀膜和溅射镀膜。如常见的手表带和壳镀氮化钛。化学气相沉积化学气相沉积-利用气态物质在固体表面发生化学反应，生利用气态物质在固体表面发生化学反应，生成固态沉积物的过程。成固态沉

43、积物的过程。金刚石涂层表面改性技术金刚石涂层表面改性技术-离子束沉积法、磁控管溅射法、离子束沉积法、磁控管溅射法、热丝化学气相沉积法。热丝化学气相沉积法。Faculty of Metallurgical and Energy Engineering, KMUST5.4.2 5.4.2 高能束表面改性技术高能束表面改性技术 激光束、离子束、电子束激光束、离子束、电子束表面改性技术不仅用于提高机表面改性技术不仅用于提高机件表面的抗蚀性和耐磨性，还可以用于半导体技术和催件表面的抗蚀性和耐磨性，还可以用于半导体技术和催化剂技术，因为催化行为是由表面成分的结构决定的。化剂技术，因为催化行为是由表面成分的

44、结构决定的。在半导体材料中，各种电性能通常是由材料的最外层微在半导体材料中，各种电性能通常是由材料的最外层微米级厚度的成分和结构控制的。高能束流技术对材料表米级厚度的成分和结构控制的。高能束流技术对材料表面的改性是通过改变材料表面的成分或结构实现的，成面的改性是通过改变材料表面的成分或结构实现的，成分的改变包括表面合金化和熔覆；结构的改变包括组织分的改变包括表面合金化和熔覆；结构的改变包括组织和相的改变。和相的改变。 Faculty of Metallurgical and Energy Engineering, KMUST（1 1）激光表面强化技术）激光表面强化技术金属对激光的吸收主要是通过大量传导电子的金属对激光的吸收主要是通过大量传导电子的带间跃迁实现的。激发态电子与原子点阵碰撞带间跃迁实现的。激发态电子与原子