《材料表面工程 》 课程教学大纲-r

《材料表面工程》课程教学大纲
一、课程名称（中英文）
中文名称：材料表面工程
英文名称： Surface Engineering of Materials
二、课程代码及性质
课程代码: 0801401
课程性质: 限定选修,选修课
三、学时与学分
总学时：32（理论学时：32学时；实践学时：0学时）
学分：2
四、先修课程
物理化学、材料科学基础、热处理原理与工艺、材料力学性能
五、授课对象
本课程面向材料科学与工程专业、材料成型及控制工程专业、电子封装专业学生开设
六、课程教学目的（对学生知识、能力、素质培养的贡献和作用）
教学目的:
1、系统掌握传统材料表面技术和现代表面技术的基础知识，并将所学知识系统
化，具备应用这些知识分析、解决材料科学与工程等相关专业中的材料表面处理与防护等复杂问题的能力；
2、掌握热喷涂、电镀、化学镀、阳极氧化、物理气相沉积和化学气相沉积表面
处理技术的基本原理、基本工艺和设备，具备利用相关工艺与设备开展材料表面处理技术工作的的能力；
3、了解不同工艺技术的优缺点、选用原则以及最新进展，具备针对不同需求设
计研发合适的表面处理工艺与设备的能力；
4、理解不同表面涂层成分、处理工艺、组织结构和性能的关系，具备从原理上
分析、解决问题的能力；
5、了解材料表面处理技术的发展前沿，掌握其发展特点与动向。

表1 课程目标对毕业要求的支撑关系
七、教学重点与难点：
教学重点：
表面工程的基本知识，表面工程的主要类型与原理，表面涂层试验法及其设计原则。

教学难点：
不同表面工程技术的原理、表面技术的选择、表面失效分析，表面成分、制备工艺、组织结构与性能之间的关系。

八、教学方法与手段：
教学方法：
(1)在课程教学中采用单向和交互式两种方法；在教学进程上采用渐进式教学方法，采用灵活多样的教学手段；
(2) 以课堂讲授为主,阐述该课程的基本内容,保证主要教学内容的完成;
(3) 安排适量的课堂讨论环节,使学生通过课下的资料查阅而掌握基本的专业资料获取方法、途径、整理归纳和讲演能力。

教学手段：
(1) 运用现代教学工具,在课堂上通过PPT讲授方式,实现图文并茂,形象直观；
(2) 利用观看视频的方式，让学生对某一表面技术过程有深刻的认识。

(3) 充分利用互联网的信息，向学生介绍各种学习相关网站，鼓励学生通过多途径可以获得相关的知识。

九、教学内容与学时安排
（1）总体安排
教学内容与学时的总体安排，如表2所示。

（2）具体内容
各章节的具体内容如下：
第1章绪论（2学时）
1.1材料与材料科学
1.2表面工程定义、分类
1.3表面工程重要性
1.4表面工程发展现状与趋势
第2章固体表面物理化学特征（2学时）
2.1固体表面的结构
2.2固体表面的吸附
2.3固体表面原子的扩散
2.4摩擦、磨损与润滑
第3章热喷涂（4学时）
3.1概述
3.2热喷涂的一般原理
3.3火焰喷涂
3.4等离子喷涂
3.5热喷涂用材
3.6热喷涂涂层的特性
3.7涂层设计
第4章电镀与化学镀（6学时）
4.1电沉积的基本原理
4.2金属的电结晶
4.3影响电镀层质量的基本因素
4.4合金电镀
4.5复合镀
4.6电刷镀
4.7化学镀概述
4.8化学镀镍
4.9化学镀铜
第5章高能束表面改性（4学时）
5.1激光束与材料表面的交互作用
5.2激光相变硬化
5.3离子注入基本原理与特点
5.4离子注入技术的应用
第6章气相沉积技术（6学时）
6.1真空预真空设备
6.2物理气相沉积
6.3化学气相沉积
6.4PVD和CVD工艺的对比
6.5气相沉积应用
第7章化学转化膜（4学时）
7.1概述
7.2铝及其合金的阳极化
7.3钢铁的化学氧化
7.4钢铁的磷酸盐处理
第8章热扩渗（4学时）
8.1热扩渗原理
8.2热扩渗工艺分类
8.3气体热扩渗
8.4液体热扩渗
8.5固体热扩渗
8.6等离子体热扩渗
（3）各章节的课后思考题（作业）及讨论要求
思考题（课后作业）：
第1章绪论
1.表面工程技术的目的和作用是什么?
2.为什么说表面工程是一个多学科的边缘学科?
第2章固体表面物理化学特征
1.影响液体和固体表面自由能的因素是什么？
2.物理吸附和化学吸附的区别是什么？
3.试述磨损的类型
第3章热喷涂
1.热喷涂技术有什么特点？
2.热喷涂涂层的结构特点是什么？其形成过程中经历了哪几个阶段？
3.简单分析热喷涂涂层的结合机理？
4.热喷涂主要有哪几种喷涂工艺？各有什么特点？
热喷涂材料有哪几大类？热喷涂技术在新型材料开发方面可以做什么工作？
第4章电镀与化学镀
1.金属电镀包括哪些基本步骤？说明其物理意义。

2.电镀的基本原理？
3.共沉积合金的相特点有几种类型？
4.电刷镀的原理及特点是什么？
5.什么叫化学镀？实现化学镀过程有什么方式？
6.与电镀相比，化学镀有何特点？
第5章高能束表面改性
1.激光淬火、激光熔凝、激光熔覆、激光冲击硬化、激光表面合金化、激光表
面非晶化的特点是什么？
2.什么是离子注入？简单解释表面改性的机理。

3..简述电子束表面改性的基本原理和方法。

第6章气相沉积技术
1.真空镀膜有哪些主要优点？
2.影响薄膜附着强度的因素有哪些？提高薄膜附着强度的方法有哪些？
3.化学气相沉积法（ CVD ）有哪些反应类型？
4.化学气相沉积法（ CVD ）的原理（如何实现）？
5.什么是化学输运反应？请举例说明。

第7章化学转化膜
1.转化膜的定义与形成方法
2.磷化膜的性质？
3.论述铝的电化学（阳极）氧化机理与生成过程。

4.铝的阳极氧化膜着色方法？
第8章热扩渗
1.什么是热扩渗？论述形成渗层的基本条件。

2.什么是气体渗碳？论述影响气体渗碳工艺的主要因素。

3.什么是气体氮碳共渗和碳氮共渗？氮碳共渗与渗氮相比有何特点？
讨论（思考题及作业）要求：
1、每章节学习结束后，学生都要按上课教师的具体要求以书面的形式做一定数量的思考题，作为平时的作业成绩（按约10%计入课程总成绩）。

2、每位学生，根据自己的兴趣，完成1种表面工程技术工艺原理、工艺过程、应用与发展介绍，用PPT展示汇报（时间不超过10分钟），其它同学对该学生的汇报情况进行评价与交流。

汇报表现与成绩，按约10%计入课程总成绩。

十、教学参考书及文献
教材
曾晓雁、吴懿平主编《表面工程学》，机械工业出版社，2001.
参考书
1.徐滨士等主编，《材料表面工程》，哈尔滨工业大学出版社，2005.
2.郦振声等主编，《现代表面工程技术》，机械工业出版社，2007.
3.赵文轸主编，《材料表面工程导论》, 西安交通大学出版社，1998.
十一、课程成绩评定与记载
1、课程考核及评价细则
课程考核及评价细则，详见表3。

2、终结性考试形式：
闭卷，以卷面成绩的70%计入总成绩。

大纲制定：《材料表面工程》课程组（主笔：谈发堂）
审核：材料科学与工程学院本科教学指导委员会
2015－12－03
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