表面工程 第一章 绪论.ppt

1、1.1 表面工程概述,1.表面工程的定义,表面工程也称为“表面技术”、“表面处理”或“表面改性”，是应用物理、化学、机械等方法改变固体材料表面成分或组织结构，获得所需性能的表面，以提高产品的可靠性或延长其使用寿命的各种技术的总称。,对象：固体表面,手段：各种技术方法,2.表面工程的目的,提高材料抵御环境作用的能力！,赋予材料表面某种功能特性！,3.表面工程的特点,廉价基体上，获得多种功能表面！,表面层很薄，但可获得很好的效果！,大幅度的节约能源和资源！,1.2 表面工程学科体系,1.按照沉积物的尺寸分类,原子沉积：原子、离子、分子及基团在基体上的凝聚、成核、长大；例如电镀、化学镀、蒸镀、溅射、

2、气相沉积等。,颗粒沉积：熔化的液滴、细小颗粒在外力作用下于基体表面凝聚、沉积或烧结；例如热喷涂、搪瓷涂层等。,整体覆盖：欲涂覆的材料同时施加于基体；例如包箔、贴片、热浸镀、涂刷、堆焊等。,表面改性：用离子处理、热处理、机械处理、化学处理的方法改变材料表面的组成和性质。例如化学转化镀、喷丸强化、激光束、电子束、离子束表面处理。,2.国家自然科学基金委分类 - 金属材料科学,表面改性：改变基体金属材料表面层的化学成分，例如化学热处理、等离子扩渗处理、离子注入。,表面处理：不改变基体金属表面化学成分的情况下，使其组织与结构发生变化，例如喷丸强化、表面热处理等 。,表面涂镀层技术 ：在基体材料表面形成

3、一层新的覆盖层，覆盖层与基体之间有明显的分界面；例如镀层、涂层、沉积层。,复合表面技术：上述三类技术的复合应用。 纳米表面工程技术：在基体表面制备含纳米颗粒的涂层或具有纳米结构的表层。,3. 广义的表面工程技术,4. 本门课程表面处理技术,表面改性处理,表面处理,表面改性,表面改性技术,表面涂镀层,薄膜技术,涂层技术,表面涂层技术,4. 本门课程表面处理技术,表面改性技术,激光束表面处理,电子束表面处理,太阳能表面处理,表面扩渗,离子注入,涂层技术,电镀,化学镀,表面着色,涂装,热喷涂,堆焊熔结,非金属涂层等,薄膜技术,蒸镀,溅射,离子镀,化学气相沉积,分子束外延,1.3 表面工程现状及趋势,

4、1.表面工程的发展概况,表面技术的历史很久远！,表面科学与工程上世纪60年代末形成！,早期表面技术,3000年前，陶器表面的釉的出现,汉代青瓷、唐宋白瓷、元青花、明清五彩瓷器,春秋战国时期的漆器！,兵马俑中镀铬铜车马！,早期长剑、箭链的热处理和渗碳！,表面工程的确立,上世纪60年代以来，形成了表面工程技术体系。,1983年，英国T.Bell教授提出表面工程的概念。,1983年，伯明翰大学沃福森表面工程研究所成立,1985年，表面工程国际刊物发行。,1986年，国际热处理联合会更名为国际热处理及表面工程联合会。,我国表面工程的发展,中国机械工程学会于1987年建立了学会性质的表面工程研究所。,1

5、988年出版了第一本中国的表面工程期刊。,1993年成立了中国机械工程学会表面工程分会。,表面工程的三个阶段,第一阶段：单一表面改性技术的增加、工艺成熟为特征！,第二阶段：复合表面工程技术，1+12。,第三阶段：纳米表面工程，纳米润滑、纳米涂层、纳米加工。,2.表面工程的意义 （1）社会生产生活需要 材料的疲劳、断裂、磨损、腐蚀、氧化等一般都是从表面开始的。 摩擦损失：美国200亿美元，德国387亿马克，英国5亿英镑，我国GDP总值1.8%； 腐蚀损失：全世界1亿吨，GDP2-4%；, 衣料的美观、保暖、手感、抗静电； 食品的色泽、保鲜、储存、包装； 新型建材、房屋装修； 汽车的美观、节油、低

6、噪声离不开渗透在摩擦副、活化剂、传感器、电子仪表中的表面工程。 保护视力的镜片、高级照相镜头、比天然品更美的镀膜首饰、美观舒适的墙体和地面装饰、镀膜玻璃、灯具和发光体、不粘附厨房用具。,（2）大幅度提高产品质量 工程建筑中的构件，机械装备中的零部件以及工具、模具等，需要好的耐磨、耐蚀性和装饰性。 电子电器产品需要表面成分和结构得到严格的控制，同时进行高精度的微细加工。 取决于表面性能的产品，表面性能好就可以做的很薄，用材少，经济节约。,（3）表面修复 机器的零部件因表面强度、硬度、耐磨性、耐蚀性等不足而逐渐磨损、剥落、锈蚀，产生失效。 表面技术进行修复，不仅能修复尺寸精度，而且能恢复或提高表面

7、性能，使废旧机件再生，经济价值客观。 取决于表面性能的产品，表面性能好就可以做的很薄，用材少，经济节约。,（4）节能节材 表面工程技术大大降低了损失于腐蚀、磨损、疲劳的钢铁构件、管道和设备的数量，延长了建筑物、船舶、桥梁和机器的使用寿命。 金属表面电解法热镀55Al-Zn合金，可提高材料耐蚀性、抗高温氧化、抗SO2腐蚀，主要用于电气铁路承力钢索、高速公路安全护栏和围等。,（5）环境保护、可持续发展 表面技术制成的吸附剂，可以除去空气、水、溶液中的有害成分，以及具有除臭、吸湿等作用。 氨基甲酸乙酰泡沫上涂覆铁粉，经烧结后成为除臭剂，用于冰箱、厨房、厕所、汽车内。,1.4 表面工程应用,1.航空航

8、天,航空航天：恶劣环境下的材料使用，需要表面工程技术。,航天高温：大气摩擦的高温；当速度达20马赫时，头部温度可达8000-12000。 防护：高温防护层。,航空涂层：隐身涂层，蒙皮、雷达罩、尾喷管、座舱都需要隐身涂层，例如氧化锡和氧化铟的掺杂半导体氧化物具有电磁隐身和红外隐身的作用。,发动机涂层：涡轮发动机叶片的热障涂层抗热腐蚀和抗燃油腐蚀。,2.汽车工业,车身装饰与防腐：神龙汽车采用电泳底漆、中间涂层、面漆三层涂层体系，具有防腐蚀、亮丽光泽。,钢构件耐磨：齿轮表面喷金属钼涂层提高耐磨性。 汽车模具：电刷镀、复合镀镍，提高模具使用寿命，部件光洁度提高。,3.城市建设,各种建筑物表面的漂亮装饰

9、； 各种水、暖、煤气管线的表面防护。,城市建设用的金属材料、钢构件，对于南方城市老说腐蚀是很严重的，与早期相比我国钢件腐蚀防护大大提高，防大气腐蚀可达到25年。,4.家用电器,家电中的电饭锅、煎锅等常用含氟涂料具有耐热、耐磨、防粘的性能。,各种家电的透明涂料、多彩涂料、闪光涂料、耐候涂料可以大大提高家电的档次。,5.功能材料与器件,电学特性：薄膜电阻材料、薄膜导电材料、薄膜半导体、液晶显示器的导电玻璃。,磁学特性：磁记录材料（磁带）、电磁屏蔽涂层！,光学特性：薄膜光致变色材料、防眩反射薄膜、太阳能选择吸收膜等。,声学特性：吸声涂层、高保真传声！,化学特性：餐具镀银杀菌、镀金刚石膜防菌等。,热学特性：散热涂层、耐热涂层、吸热涂层等！,功能转换：薄膜太阳能电池、电阻式温度传感器、薄膜加热器等。,6.电子技术,集成电路：特征尺寸亚微米的集成电路，掺杂通过需要离子注入，介质层、导电层需要气相沉积 -集成电路就是表面技术的集合体。,光盘存储：真空表面蒸发镀膜技术！,7.其它工业,冶金工业：轧辊堆焊或喷焊的耐磨涂层，高炉渣口、风口的氧化铝、氧化锆耐熔融腐蚀的陶瓷涂层，加热管、热电偶保护管的复合陶瓷涂层。,电力工业：锅炉管道的喷涂耐磨、耐蚀的Ni-Cr、Fe-Cr-AI合金，可使寿