表面工程学概论

《材料表面工程》1课程主要内容表面工程概论表面工程的基本概念和理论热喷涂技术电镀和化学镀表面化学热处理技术表面形变强化技术表面热处理技术气相沉积技术高能束表面改性技术表面涂料与涂装技术2本课程的教学目的与任务论述表面工程技术的形成、分类和内涵；简要介绍材料表面的基本概念和重要的理论；通过实用的、典型的表面处理技术来说明实施表面处理的工艺、装备、技术路线和应用等。以此对材料表面工程有较为深入的了解，对该课程的理论方法和应用有较为清晰的认识。3本课程的基本要求掌握表面工程方面的基本理论，包括表面物理和表面化学方面，能用理论分析解决实际问题。了解主要的表面处理方法，特别是为获得理、化、装饰性能所需要的技术。初步掌握检测表面结构、性能的设备、仪器、方法和实用性。掌握常规的理、化方法。具有针对某一实际表面应用项目设计完整技术路线，选用配套仪器设备的能力。4推荐教材及主要参考书推荐教材：姜银方《现代表面工程技术》化学工业出版社，2006年第一版。主要参考书：潘邻《表面改性热处理技术与应用》机械工业出版社，2006。李国英等《材料及其制品的表面加工新技术》中南大学出版社，2003年第一版。钱苗根等《现代表面技术》机械工业出版社，2003年第一版姜江，《表面淬火技术》化学工业出版社，2006年第一版。刘任志，《非金属电镀与精饰－技术与实践》化学工业出版社，2006第一版。5第一章表面工程概论第一节表面工程的含义第二节表面工程的发展历程第三节表面工程的意义第四节表面工程的分类第五节表面工程的应用第六节表面工程的发展动向6什么叫表面工程？能在你的所见所闻中举出实例吗？1.1表面工程的含义7请大家想一想，有哪些表面处理实例？化妆前化妆后1.1表面工程的含义8隐身飞机怎么隐身？1.减小飞机的雷达反射面2.降低红外辐射3.运用隐蔽色降低肉眼可视度1.1表面工程的含义91.1表面工程的含义表面化学热处理10“SurfaceEngineeringistreatmentofthesurfaceandnear-surfaceregionsofamaterialtoallowthesurfacetoperformfunctionsthataredistinctfromthosefunctionsdemandedfromthebulkofthematerial”-----fromASMMetalHandbook“Solidsarecomposedofabulkmaterialcoveredbyasurface.ThesurfacewhichboundsthebulkmaterialiscalledtheSurfacephase.SurfaceengineeringinvolvesalteringthepropertiesoftheSurfacePhaseinordertoreducethedegradationovertime.”

-----fromWikipedia定义

表面工程是表面经过预处理后，通过表面涂覆、表面改性或多种表面技术复合处理，改变固体金属表面或非金属表面的形态、化学成分、组织结构和应力状况，以获得表面所需性能的系统工程。“材料表面工程是材料表面处理技术的总称”-----------赵文轸含义11材料表面工程技术：是指通过一些物理、化学、机械的工艺方法使材料表面具有与基体材料不同的组织结构、化学成分和物理状态，从而使经过处理后的表面具有与基体材料不同的性能，以此来提高产品的可靠性或延长其使用寿命。1.1表面工程的含义121.2表面工程技术的发展历程表面工程技术源远流长“承旋”，酒器，东汉建武年间，现藏于北京故宫博物院兽形盒砚，东汉制，出土于1980年陕西临潼姜寨新石器时代墓葬品，由石砚、盒身、盒盖三部分组成

中国古代的鎏金工艺

131.2表面工程技术的发展历程表面工程技术源远流长

日本刀的覆土烧刃

世界三大名刃之一14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。

1.2表面工程技术的发展历程151.3表面工程的工程意义RawmaterialenergyProductProductSurfaceEngineeringGoodproduct+16工程意义

*提高材料和工件的可靠性，延长其使用寿命

*制备具有特殊功能的表面

*对节能降耗与再制造的特殊贡献

*满足人们精神文化生活的需要

科学价值

*材料制备与合成的新技术

*为新技术发展提供工艺和材料支持

*多学科交叉，促进新的学术研究课题1.3表面工程的工程意义171.4表面工程的分类1．按工艺特点进行分类

材料表面工程技术按工艺特点可大致分为以下13类：电镀、化学镀、热渗镀、热喷涂、堆焊、化学转化膜、涂装、表面彩色、气相沉积、“三束”改性以及表面热处理、形变强化和衬里。每类又可分为一些更细的工艺项目。18

这些分类方法比较清晰地体现了工程技术的特点，而且与工程技术上的名称基本一致，容易记忆。但缺乏学术上的逻辑性，因为有些技术尽管工艺不一样，但基本的改质机理是相同或相似的。

1.4表面工程的分类192．按作用方式进行分类

1.表面涂镀层技术2.表面改性技术（合金化，改变了其化学成分）3表面处理技术（不改变化学成分，但改变组织结构）（这是来源于国家自然科学基金委的分类）1.4表面工程的分类20表面涂覆技术1.4表面工程的分类21表面改性技术（合金化，改变了其化学成分）1.4表面工程的分类221.4表面工程的分类表面处理技术（不改变化学成分，但改变组织结构）231.4表面工程的分类243．按表面改性的目的或性质分类

（1）表面耐磨和减磨技术；（2）表面耐蚀抗氧化技术；

（3）表面强化(提高疲劳强度)技术；

（4）表面装饰技术；

（5）功能表面技术及表面修复技术。1.4表面工程的分类251.5表面工程的应用26一.表面工程改善和美化人类生活27二.表面工程是先进制造技术中的应用内燃机的缸套耐磨处理机床刀具的氮化钛涂层高速钢的离子氮化处理传热管的高分子镀膜28三.表面工程在零件维修行业的应用全军装备维修表面工程研究中心应用电弧喷涂技术成功地修复了长江三峡工程中挖泥船的发动机曲轴，当时如从日本购买新轴，加上运费和进口关税等需人民币120万元，从订购到交货需三个月以上，停产损失更为可观，而修复总费用仅3.5万元，不足曲轴价格的3%29四.表面工程在电子工业中的应用半导体表面真空蒸发镀金属膜电视摄像机摄像管的光电导面显示器上电发光的荧光体电子计算机中的绝缘膜30五.表面工程在特殊领域中的应用311.6表面工程的发展动向1.深化表面科学基础理论与表面测试技术的研究。2.发展复合技术。3.研究开发新型涂层材料。4.开发多功能涂层。5.扩展表面工程的应用领域。6.积极为国家重大工程建设服务。7.将高新技术引入表面工程。8.节能减排。1.6表面工程的发展动向32思考问题表面工程技术可以用来制造复合材料么？33表面工程是再制造发展的基石

传统的产品寿命周期是“研制—使用—报废”，其物流是一个开环系统。在产品寿命周期中加入再制造过程，可实现理想的绿色产品循环寿命周期，即“研制-使用-报废固体废弃物-再制造”。SurfaceEngineeringprovidesbasementforREprogress.Thetraditionalproductlifecycle,R&D–Use–Waste,isanopenlogisticssystem.RMmakesitagreensystemas,R&D–Use–Waste–RM.Accordingtostatistics,70%ofenvironmentalpollutionisfromthemanufacturing.Ifwecanachievemanufacturingandre-manufacturing"fusiondevelopment"toreduceexcesscapacity,willgreatlypromotetheconstructionofecologicalcivilization.据统计，70%的环境污染来自制造业。如果能够实现制造业和再制造业的“融合式发展”，减少产能过剩，将极大促进生态文明建设。英国《自然》杂志特刊发表的评论：“创建一个没有浪费的世界是时候了”。3435

再制造取得了十分显著的成效。以济南复强公司的统计数据为例，若再制造200万台斯泰尔发动机，可以节省金属153万吨，节电29亿度，回收附加值646亿元，实现利税58亿元，减少CO2排放12万吨。Remanufacturinghasachievedsignificantresults.InJinanFuqiang'sstatisticsCase,IfweremanufacturetwomillionunitsSteyrengine,1.53milliontonsofmetaland2.9billionkWhofelectricityaresaved,equivalentto64.6billionyuan,tax5.8billionyuan,reducedCO2emissions120,000tons.减少CO2排放再用金属节电创利税节省购机费回收附加值12万吨153万吨29亿度58亿元580亿元646亿元再制造的巨大效益GreatbenefitsofRemanufacturing36再制造的巨大效益GreatbenefitsofRemanufacturing

根据统计，2011年我国仅14家汽车再制造企业的再制造产值规模已达25亿元。2013年《国务院关于印发循环经济发展战略及近期行动计划的通知》中提出到2015年末，实现年再制造发动机80万条，变速箱、启动机、发电机等800万件，工程机械、矿山机械、农用机械等20万台套，实现再制造产值500-800亿元

Accordingtostatistics,theoutput

valueof14automobileremanufacturingenterprisesin2011reached2.5billion.

In2013,"circulareconomydevelopmentstrategyandIPAnoticebyStateCouncil"proposedthat,Bytheendof2025,remanufacturedenginesachieve800000peryear;gearbox,starter,generator8million,Engineeringmachinery,miningmachinery,agriculturalmachinery200,000sets,outputvalueabout500-800onehundredmillionyuan.37欧美等国的再制造多年以来是在原型产品制造工业基础上发展起来的，主要以尺寸修理法和换件修理法为主。换件修理法是将损伤零件整体更换为新品零件；尺寸修理法是将失配的零件表面尺寸加工到可以配合的范围，如缸套-活塞磨损失效后，通过镗缸的方法恢复缸套的尺寸精度，再配以大尺寸的活塞完成再制造.这种模式的缺点是资源能源消耗大，旧件再制造率低

Chinese

characteristics

of

RM

再制造的中国特色(2-1)Replace-repairingMethodandSize-repairingMethodhavebeenusedabroad.Theformerreplacesthenewcomponenttothewasteone.Andthelaterwidensthesizeofwornsurfacetomatchthenon-standardnewcomponent,f