表面工程学-教学大纲

《表面工程学》课程教学大纲课程代码：050241025课程英文名称：Surfaceengineering课程总学时：40讲课：40实验：0上机：0适用专业：金属材料工程大纲编写（修订）时间：2017.11一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标1．课程地位：表面工程学是必修、专业学位课。2．教学目标：通过本课程的学习使学生了解现代表面技术基本知识。掌握有关材料表面的基本概念和某些重要理论，对现代表面技术的形成、分类、涵义和内容有一定深度的了解。通过一些典型的表面技术来掌握其主要设备、技术路线、工艺实施、分析检验和具体应用等，从而使学生对现代表面技术的形成、现状和发展有基本的了解。积极培养学生理论联系实际以及开拓创新的能力，为学习其它有关专业课程和将来从事生产技术工作奠定必要的理论基础。（二）知识、能力及技能方面的基本要求1.知识方面的基本要求：掌握表面工程学的定义和内涵、表面工程技术的特点与意义、表面工程技术的分类。掌握典型固体表面与界面；掌握金属腐蚀原理和防护技术，材料磨损原理及其耐磨性。掌握表面工程技术的预处理工艺。掌握表面淬火技术的原理与特点；掌握感应加热淬火技术、火焰加热表面淬火技术、激光淬火、电阻加热表面淬火技术、表面形变强化技术的原理。掌握热扩渗技术的基本原理；掌握热扩渗工艺的分类、等离子体热扩渗。掌握电镀、化学镀的基本原理与工艺；掌握常用单金属电镀、合金电镀、复合镀技术。掌握磷化、铬酸盐钝化膜；掌握转化膜的基本特性及用途、化学氧化、草酸盐钝化、电化学氧化、着色技术。掌握涂料的基本组成及其作用、涂料成膜机理、涂装材料；掌握涂装工艺。掌握物理气相沉积方法中蒸发镀、溅射镀和离子镀的原理及特点；掌握各类化学气相沉积方法的原理及特点，分子束外延制膜方法。了解常用工业激光器及激光加工系统，掌握激光表面改性技术；掌握离子束表面改性技术、电子束表面改性技术的特点及应用。掌握常用微细加工技术、纳米工艺、生物芯片技术。

了解溶胶一凝胶工艺、搪瓷涂覆技术、粘涂技术。2.能力方面的基本要求初步掌握各种表面工程技术的基本特点，能够根据工程需要，快速、有效、经济地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最佳工艺来解决工程问题，并具有研究与开发表面工程新技术的能力。3.技能方面的基本要求了解各种设备的结构和原理，初步掌握各种设备的操作规程。（三）实施说明根据素质教育的要求，在大纲实施中除了教授学生掌握书本理论知识外，还要注意教授学生学会分析、解决问题的方法。处理好重点与难点，将各种生产中的实际应用纳入教学过程，使学生能够利用所学知识解决实际问题。在教学方法上，要注意现代教学手段与理念的应用，教与学的互动，做到讲授、讨论有机结合。通过实例和作业，重点巩固学生运用知识的能力，通过以讲授教材为主，辅之实验、作业、讨论、答疑来达到教学大纲要求。（四）对先修课的要求学习本课程前学生应先修完《物理化学》、《材料科学基础》、《材料性能学》、《热处理原理与工艺》等课程，可为后续实践环节以及毕业设计等提供理论指导。（五）对习题课、实践环节的要求适量、适当的习题可以检验学生对所学内容的掌握程度，使授课教师及时了解教学效果，对教师组织下一步的教学工作，改进教学方法具有直接帮助作用。同时，还可督促学生熟悉掌握所学内容。（六）课程考核方式1.考核方式：考试2.考核目标：培养学生理论联系实际以及开拓创新的能力，为学习其它有关专业课程和将来从事生产技术工作奠定必要的理论基础。3.成绩构成：本课程的总成绩主要由两部分组成：平时成绩（包括作业情况、出勤情况等）占20%，期末考试成绩占80%。平时成绩由任课教师视具体情况按百分制给出，期末考试成绩按百分制给出，总成绩按百分制给出。（七）主要参考数目：《表面工程学》曾晓雁编，机械工业出版社，出版日期2017.06二、中文摘要：表面工程学包括表面工程技术的物理、化学基础、表面预处理工艺、表面淬火和表面形变强化技术、热扩渗、热喷涂、喷焊与堆焊技术、电镀和化学镀、转化膜与着色技术、

涂装技术、气相沉积技术、高能束表面改性技术、表面微细加工技求等基本知识。使学生初步掌握各种表面工程技术的基本特点，能够根据工程需要，快速、有效、经济地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最佳工艺来解决工程问题，并具有研究与开发表面工程新技术的能力。三、课程学时总体分配表序号教学内容学时讲课实验上机1绪论221.1表面工程学的定义和内涵21.2表面工程技术的特点与意义1.3表面工程技术的分类2表面工程技术的物理、化学基础552.1典型固体表面与界面22.2材料磨损原理及其耐磨性22.3金属腐蚀原理和防护技术13表面工程技术的预处理工艺与作业环境223.1表面预处理工艺23.2表面工程技术的作业环境4表面淬火和表面形变强化技术444.1表面淬火技术的原理与特点14.2感应加热淬火技术14.3火焰加热表面淬火技术14.4激光淬火4.5电阻加热表面淬火技术14.6表面形变强化技术的原理5热扩渗225.1热扩渗技术的基本原理15.2热扩渗工艺的分类5.3等离子体热扩渗16热喷涂、喷焊与堆焊技术336.1热喷涂的原理、分类和特点16.2热喷焊工艺与特点16.3堆焊工艺及特点17电镀和化学镀447.1电镀的基本原理与工艺17.2单金属电镀、合金电镀17.3化学镀的基本原理与工艺17.4复合镀技术18转化膜与着色技术448.1转化膜的基本特性及用途18.2磷化、铬酸盐钝化膜8.3着色技术18.4化学氧化、草酸盐钝化、电化学氧化29涂装技术229.1涂料的基本组成及其作用19.2涂料成膜机理9.3涂装材料19.4涂装工艺与设备10气相沉积技术5510.1物理气相沉积310.2化学气相沉积110.3分子束外延制膜方法111高能束表面改性技术4411.1常用工业激光器及激光加工系统211.2激光表面改性技术11.3离子束表面改性技术211.4

电子束表面改性技术的特点及应用12表面微细加工技求2212.1常用微细加工技术212.2纳米工艺12.3生物芯片技术13其它表面工程技术1113.1溶胶一凝胶工艺113.2搪瓷涂覆技术13.3粘涂技术合计4040四、教学内容及基本要求第1部分绪论总学时(单位：学时):2讲课:2实验:0上机:0第1部分绪论具体内容：

1）掌握表面工程学的定义和内涵

2）掌握表面工程技术的特点与意义3）掌握表面工程技术的分类重点：表面工程学的内涵和特点难点：表面工程学的内涵习题：表面工程学这门课对本专业的意义；如何学好这门课程；表面工程技术的特点与意义第2部分表面工程技术的物理、化学基础总学时(单位：学时):5讲课:5实验:0上机:0第2.1部分典型固体表面与界面（讲课2学时）具体内容：1）掌握理想表面2）掌握洁净表面和清洁表面3）掌握机械加工过的表面4）掌握一般表面5）掌握固相晶粒尺寸和微观结构差异形成的界面6）掌握固相组织或晶体结构差异形成的界面7）掌握固相宏观成分差异形成的界面重点：典型固体界面；固相宏观成分差异形成的界面难点：固相宏观成分差异形成的界面习题：机械加工过表面的特点；洁净表面和清洁表面的主要区别；如何获得洁净表面第2.2部分材料磨损原理及其耐磨性（讲课2学时）具体内容：掌握固体材料的摩擦与磨损2）掌握粘着磨损、润滑和固体润滑3）掌握磨粒磨损4）掌握其它磨损方式重点：材料的摩擦原理；材料的磨损原理难点：材料的摩擦磨损与固体润滑习题：磨损学的三定律；磨粒磨损过程的影响因素；磨粒磨损过程中的去除机理；粘着磨损机理第2.3部分金属腐蚀原理和防护技术（讲课1学时）具体内容：1）掌握金属腐蚀原理2）掌握金属表面的极化、钝化和活化3）掌握腐蚀的主要形式4）掌握腐蚀的控制和防护方法重点：金属材料的腐蚀原理及防护方法难点：

金属材料的腐蚀原理及防护方法习题：腐蚀原电池和腐蚀微电池的联系和区别；金属表面钝化的特点；金属腐蚀的主要方式

典型固体界面、磨损和腐蚀方面的论述题第3部分表面工程技术的预处理工艺与作业环境总学时(单位：学时):2讲课:2实验:0上机:0第3部分表面预处理工艺和表面工程技术的作业环境具体内容:1）掌握表面预处理工艺2）掌握表面工程技术的作业环境重点：表面预处理工艺；表面工程技术的作业环境难点：

表面预处理工艺习题：

表面预处理工艺论述题；机械性清理和脱脂的优缺点第4部分表面淬火和表面形变强化技术总学时(单位：学时):4讲课:4实验:0上机:0第4.1表面淬火技术的原理与特点和感应加热淬火技术（讲课2学时）具体内容:1）掌握表面淬火技术的原理与特点2）掌握表面淬火技术与普通淬火技术的联系与区别3）掌握表面淬火层的组织和性能4）掌握感应加热淬火技术的基本原理5）掌握感应加热淬火技术的工艺流程6）掌握感应加热淬火技术的优缺点重点：表面淬火技术的原理与特点；表面淬火技术与普通淬火技术联系与区别；感应加热淬火技术难点：表面淬火技术的原理与特点；表面淬火技术与普通淬火技术的联系与区别习题：表面淬火技术与普通淬火技术的联系与区别；表面工程技术应满足怎样的作业环境；表面淬火技术的原理第4.2部分：其它表面淬火技术（讲课2学时）具体内容：1）掌握火焰加热表面淬火技术2）掌握激光淬火3）掌握电阻加热表面淬火技术4）掌握表面形变强化技术的原理重点：火焰加热表面淬火技术；表面形变强化技术的原理难点：表面形变强化技术的原理习题：

几种典型表面淬火工艺特点的比较第5部分热扩渗总学时(单位：学时):2讲课:2实验:0上机:0第5部分热扩渗具体内容：1）热扩渗技术的基本原理2）热扩渗工艺的分类3）等离子体热扩渗重点：热扩渗技术的基本原理；等离子体热扩渗难点：热扩渗技术的基本原理；等离子体热扩渗习题：

几种热扩渗工艺特点的比较；热扩渗层形成的基本条件；热扩渗层形成的基本条件第6部分热喷涂、喷焊与堆焊技术总学时(单位：学时):3讲课:3实验:0上机:0第6.1部分热喷涂、喷焊（讲课2学时）具体内容:1）掌握热喷涂的原理和特点2）掌握热喷涂涂层形成过程及结构3）掌握热喷涂涂层的应力及结合强度4）掌握热喷涂的分类5）掌握喷焊工艺的原理和特点重点：热喷涂的原理、分类和特点；热喷焊工艺与特点难点：热喷涂的原理、分类和特点；热喷焊工艺与特点习题：热喷涂涂层形成过程及结构；热喷涂涂层的应力及结合强度；喷焊工艺的原理和特点第6.2部分堆焊工艺及特点（讲课1学时）

具体内容：1）掌握堆焊技术的原理2）掌握堆焊技术的工艺方法3）掌握常用的堆焊材料

重点：

堆焊工艺及特点难点：

堆焊工艺及特点习题：堆焊技术的工艺方法第7部分电镀和化学镀总学时(单位：学时):4讲课:4实验:0上机:0第7.1部分电镀的基本原理与工艺和单金属电镀、合金电镀（讲课2学时）具体内容:1）掌握电镀的基本原理2）掌握电镀的基本工艺3）掌握单金属电镀4）掌握合金电镀重点：电镀的基本原理与工艺难点：电镀的基本原理与工艺习题：电镀溶液的基本组成；电镀的实施方法第7.2部分化学镀的基本原理与工艺和复合镀技术（讲课2学时）具体内容：1）掌握化学镀的基本原理和特点2）掌握化学镀镍、铜和银3）掌握复合镀技术的基本原理4）掌握复合镀层的种类及应用重点：化学镀的基本原理与工艺；复合镀技术难点：

化学镀的基本原理与工艺习题：化学镀的基本原理和特点；复合镀技术的基本原理第8部分转化膜与着色技术总学时(单位：学时):4讲课:4实验:0上机:0第8.1部分转化膜和着色技术（讲课2学时）具体内容:掌握转化膜的基本特性及用途

2）掌握磷化、铬酸盐钝化膜

掌握着色技术重点：转化膜特性和用途；自然显色法难点：转化膜特性和用途；自然显色法习题：吸附着色和电解着色的联系和区别；转化膜技术的性质和用途第8.2部分化学氧化、草酸盐钝化、电化学氧化（讲课2学时）具体内容：1）掌握化学氧化2）掌握草酸盐钝化3）掌握电化学氧化重点：草酸盐钝化；电化学氧化难点：草酸盐钝化；电化学氧化习题：草酸盐钝化的原理；电化学氧化原理第9部分涂装技术总学时(单位：学时):2讲课:2实验:0上机:0第9部分涂装技术（讲课2学时）具体内容:1）掌握涂料的基本组成及其作用2）掌握涂料成膜机理3）掌握涂装材料4）掌握涂装工艺与设备重点：

涂料成膜机理难点：涂料成膜机理习题：涂料成膜机理及涂装材料的习题第10部分气相沉积技术总学时(单位：学时):5讲课:5实验:0上机:0第10.1部分物理气相沉积（讲课3学时）具体内容:1）掌握真空蒸发镀2）掌握真空溅射镀3）掌握电弧离子镀重点：真空蒸发镀；真空溅射镀；电弧离子镀难点：真空蒸发镀；真空溅射镀；电弧离子镀习题：真空蒸发镀、真空溅射镀、电弧离子镀原理和应用第10.2部分化学气相沉积和分子束外延制膜方法（讲课2学时）具体内容：1）化学气相沉积的基本原理2）等离子体增强化学气相沉积3）金属有机化合物化学气相沉积4）分子束外延制膜方法的基本原理和特点重点：

化学气相沉积；分子束外延制膜方法难点：

化学气相沉积；分子束外延制膜方法习题：化学气相沉积的基本原理；分子束外延制膜方法的基本原理第11部分高能束表面改性技术总学时(单位：学时):4讲课:4实验:0上机:0第11.1部分常用工业激光器