现代表面技术【作业】
现代表面技术
现代表面科学技术作业—热喷涂表面处理技术学号：姓名：日期：任课老师：摘要：本文重点介绍了热喷涂技术的作用原理、工艺特点、分类。
总结了热喷涂技术的应用状况。
探讨了新工艺在热喷涂技术中的应用前景。
关键词：热喷涂；表面处理技术；新工艺1 前言近30多年来人们对传统表面技术进行了一系列改进、复合和创新, 使大量的现代表面技术涌现出来,在各个工业部门、农业、生物、医药以及日常生活中有着广泛而重要的应用。
表面技术的应用所包含的内容十分广泛,可以用于耐蚀、耐磨、修复、强化、装饰等, 也可以是光、电、磁、声、热、化学、生物等方面的应用。
表面技术所涉及的基体材料不仅是金属材料,也包括无机非金属材料、有机高分子材料及复合材料。
表面技术的种类很多,把这些技术恰当地应用于构件、零部件、元器件以及各种材料,可以获得巨大的效益。
现代高新技术的飞速发展对提高金属材料的性能、延长仪器设备中零部件的使用寿命提出了越来越高的要求。
而这两个方面的要求又面临高性能结构材料成本逐年上升的问题。
近年来，表面工程的快速发展，尤其是热喷涂技术获得了巨大的进展，为解决上述提供了一种新的方法。
热喷涂是一种通过专用设备把某种固体材料熔化并加速喷射到机件表面上，形成一种特制薄层，以提高机件耐蚀、耐磨、耐高温等性能的表面工程技术[1-2]。
由于热喷涂技术可以喷涂各种金属及合金、陶瓷、塑料及非金属等大多数固态工程材料，所以能制成具备各种性能的功能涂层，并且施工灵活，适应性强，应用面广，经济效益突出，尤其对提高产品质量、延长产品寿命、改进产品结构、节约能源、节约贵重金属材料、提高工效、降低成本等方面都有重要作用。
随着工业和科技的发展，人们对热喷涂技术提出了越来越高的要求，在已有的热喷涂工艺不断得到改进的同时，一些新的工艺也应运而生。
目前，包括航空、航天、原子能设备、电子等尖端技术在内的很多领域内[3]热喷涂技术都得到了广泛的应用，并取得了良好的经济效益。
2 热喷涂工艺的原理热喷涂技术是通过某种热源将某些材料加热至熔融或半熔融状态，然后喷射到涂敷的基体表面，形成一层性能优于原来基体的涂层，从而使原工件具有更加优异的表面性能，或者是使工件获得一种或几种原来基体材料不具备的表面性能膜状组织[4]。
现代表面技术-表面
通过表面技术如化学气相沉积、物理气相沉积等， 可对电子元件的表面进行改性处理，提高其性能 和稳定性。
防静电保护
表面技术如导电涂层可用于电子元件的防静电保 护，防止静电对电子设备造成损害。
05 未来表面技术的发展趋势 与挑战
总结词
新材料表面技术的研发是未来表面 技术发展的关键，将推动表面技术 的不断创新和应用领域的拓展。
详细描述
随着环保意识的日益增强，表面技术的环保与可持续发展已成 为行业关注的焦点。表面处理过程中产生的废液、废气和废渣 等污染物对环境造成了严重的影响。因此，研发环保型的表面 技术，如水基表面处理技术、无铬表面处理技术等，能够有效 减少环境污染和资源消耗，同时降低生产成本，提高经济效益。
总结词
表面技术的智能化与自动化是未来发展的重要趋势，将提高表面处理的效率和质量，降低人工成本和操作风险。
02 现代表面技术简介
物理表面技术
离子束刻蚀
利用离子束轰击材料表面，通过 物理撞击和能量沉积改变表面形 貌和性质，实现表面纳米级加工。
激光表面处理
利用高能激光束对材料表面进行快 速加热和冷却，实现表面熔化、凝 固、相变等，改变表面结构和性能。
电子束蒸发镀膜
利用电子束蒸发源产生的高能电子 束将材料加热至熔融状态，并快速 冷却形成薄膜，实现表面镀膜和涂 层。
表面技术在环境能源领域的应用，如高效 催化剂、太阳能电池和燃料电池等方面， 为解决能源和环境问题提供了有效途径。
表面技术未来的发展前景
新材料和新技术的研发
随着科技的不断进步，表面技术将不断涌现出新的材料和 技术，如纳米材料、生物材料和复合材料等，为表面技术 的应用和发展提供更多可能性。
绿色环保
随着环保意识的不断提高，表面技术将更加注重绿色环保 ，发展低污染、低能耗的表面处理技术和绿色材料，减少 对环境的负面影响。
现代表面技术（缩减后+红色考卷内容）
现代表面技术（缩减后+红色考卷内容）《现代表面技术》复习思考题1.表面处理技术的最早应用是什么？其目的是什么？答：表面处理技术的最早应用是进行钢的淬火，其目的是使钢的表面获得坚硬层。
2.表面处理技术的主要目的是什么？答：（1）提高材料抵御环境作用能力。
（2）赋予材料表面某种功能特性。
（3）实施特定的表面加工来制造构件、零部件和元器件等。
3.表面处理技术主要有哪二条途径进行实施？答：（1）施加各种覆盖层。
（2）用机械、物理、化学等方法，改变材料表面的形貌、化学成分、相组成、微观结构、缺陷状态或应力状态，即采用各种表面改性技术。
5．简述表面处理技术的四种基本类型。
答：（1）原子沉积。
沉积物以原子、离子、分子和粒子集团等原子尺度的粒子形态在材料表面上形成覆盖层，如电镀、化学镀、物理气相沉积、化学气相沉积等。
（2）颗粒沉积。
沉积物以宏观尺度的颗粒形态在材料表面上形成覆盖层，如热喷涂、搪瓷涂敷等。
（3）整体覆盖。
它是将涂覆材料于同一时间施加于材料表面，如包箔、贴片、热浸镀、涂刷、堆焊等。
（4）表面改性。
用各种物理、化学等方法处理表面，使之组成、结构发生变化，从而改变性能，如表面处理、化学热处理、激光表面处理、电子束表面处理、离子注入等。
7.试列举10种常用的表面覆盖技术。
答：常用的表面覆盖技术：电镀、电刷镀、化学镀、涂装、粘结、堆焊、熔结、热喷涂、塑料粉末涂敷、电火花涂敷等。
8.试列举8种表面改性技术。
答：表面改性技术：喷丸强化、表面热处理、化学热处理、等离子扩渗处理（PDT）、激光表面处理、电子束表面处理、高密度太阳能表面处理、离子注入表面改性。
13.固体可分为哪两类？材料按其特性可分为哪几类？按作用分为哪几类？答：固体大致分为晶体和非晶体两类。
按照材料特性，可将它分为金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料三类。
固体材料按所起的作用可分为结构材料和功能材料两大类。
14.何谓界面？何谓清洁表面？何谓实际表面？答：界面：两种不同相之间的交界区称为界面。
现代表面技术复习题..
现代表面技术复习题答案第一章1课程的性质、特点“古老T实用T广泛T发展”。
2,课程的地位、重要性“重点发展的学科”。
1按照膜层形成方式及其作用原理，表面技术可以分为哪些类型?（1）原子沉积⑵ 颗粒沉积⑶ 整体覆盖⑷ 表面改性2、固体材料界面有哪三种？（1）表面--固体材料与气体或液体的分界面；（2）晶界（或亚晶界）--多晶材料内部成分、结构相同的界面。
而取向不同的晶粒（或亚晶）之间（3）相界--固体材料中成分、结构不同的两相之间的界面。
3、何谓清洁表面？何谓实际表面？清洁表面：经过诸如离子轰击、高温脱附、超高真空解理、蒸发薄膜、场效应蒸发、化学反应、分子束外延等特殊处理后，保持在10-6 Pa—10-9Pa超高真空下外来沾污少到不能用一般表面分析方法探测的表面。
实际表面：暴露在未加控制的大气环境中的固体表面，或者经过一定加工处理（如切割、研磨、抛光、清洁等），保持在常温和常压（也可能在低真空或者高温）下的表面。
4、清洁表面为何存在各种类型的表面缺陷？从热力学来看，表面附近的原子排列总是趋于能量最低的稳定状态。
达到该稳定状态的方式有两种：一是自行调整，表面原子排列情况与材料内部明显不同；二是依靠表面的成分偏析和表面对外来原子或分子的吸附以及这两者的相互作用而趋向稳定态，因而使表面组分与材料内部不同。
所以清洁表面必然存在各种类型的表面缺陷。
5、简述表面驰豫和表面重构并画出结构示意图。
表面弛豫：表面原子的上、下位移（压缩或膨胀）称为表面驰豫。
表面重构：在平行于基底的表面上，原子的平移对称性与体内显著不同，原子位置作了较大幅度的调整，这种表面结构称为重构（或再构）。
缺列型重构：是表面周期性地缺失原子列造成的超结构。
重组型重构：并不减少表面的原子数，但却显著地改变表面的原子排列方式。
6、什么是贝尔比层？它有什么特点？贝尔比（Beilby）层：金属在切割、研磨和抛光时，表面原子来不及回到平衡位置，造成一定程度的晶格畸变，深度可达几十微米。
现代表面技术
作用：
装饰作用—— 给人以美感
保护作用—— 具有一定的耐水性、耐溶性、耐油性、耐化学腐蚀性
标志作用—— 由醒目涂料颜色制成标志牌、道路分离线、不同颜色
涂料区分管道、设备、槽车、容器等的作用及所装物质
1.材料表面技术为什么得到社会的重视而迅速发展？
1） 社会生产、生活的需要
2） 通过表面处理大幅度提高产品质量
3） 节约贵重材料
4） 实现材料表面复合化，解决单一材料无法解决的问题
5） 良好的节能、节材效果
6） 促进了新兴工业的发展
2.表面技术的目的和作用？
(1) 提高材料抵御环境作用能力。
4.磨损的定义和分类？
定义：物体相对运动时，相对运动表面的物质不断损失或产生残余变形称为磨损。
分类：按照磨损机理的分类方法为基础分为：
(a)粘着磨损：由于固相焊合作用使材料从一个表面转移到另外一个表面造成的磨损。
(b)磨粒磨损：由于硬颗粒或硬突起物体，使其中一个面的材料产生迁移而造成的磨损。
（2）．前置化学步骤：研究表明，直接参加阴极电化学还原反应的金属离子往往不是金属离子在电解液中的主要存在形式。在还原之前，离子在阴极附近或表面发生化学转化，然后才能放电还原为金属。
（3）．电荷转移步骤：反应粒子在阴极表面得到电子形成吸附原子或吸附离子的过程称为电荷转移步骤，又称为电化学步骤，这里主要发生电荷从阴极表面转移到反应粒子的过程，这是电沉积过程的重要步骤。
（4）．结晶步骤: 吸附原子通过表面扩散到达生长点而进入晶格，或吸附原子相互碰撞形成新的晶核并长大成晶体。
9.电镀的基本原理？
现代表面技术——表面3
讨论题
问题1:工件尺寸相同冷速快;热应 力引起的残余应力上升?下降?
问题2:冷速相同，工件尺寸增加 ;热应力引起的残余应力上升? 下降?
问题3:合金钢;碳钢(40CrNiMo;40) 尺寸与冷速 相同.哪种热应力大?
二 .组织应力
产生原因: 奥氏体转变为马氏体时体积要膨胀，冷却时表面与心部 不同时膨胀引起应力. (热应力“热胀冷缩”不同时引起,组 织应力“热缩冷胀”不同时引起; ）
问题：相变强化中残余应 力预测或者控制？
1.3 相变强化时残余应力分析(定性;粗略) 一.热应力 产生原因:因为在淬火冷却过程中,工件内外“热 胀冷缩” 不同 时产生的应力
圆柱样品不发生M相变 哪条曲线表面？心部？ 表层冷速：先快后慢 心部冷速：先慢后快
热应力形成残余应力分析
冷却初期：表层收缩变形受 到心部抵制。 1）表面心部何种应力？ 2）是否会形成残余应力保 留 到室温？
冷却后期：表层不变形；心 部收缩受到表层抵制。 1）表面心部何种应力？ 2）是否会形成残余应力保 留 到室温？
热应力（写黑板与组织对比） 冷却初期 表层变型 心部变型 表面应力 心部应力 表层冷缩 基本不变 拉应力 压应力 冷却后期 基本不变 心部冷缩 压应力 拉应力
热应力形成残余应力特点： 1. 表面压应力、心部拉应力 2. 心部轴向拉应力最大 3. 内外温差越大，应力也越大
1.2 相变强化表面技术中两个重要问题：
课堂小实验： 相变强化表面,强化层用锯条代表, 淬火+低温回火处理; 测定硬度与韧性 原因分析: 方法?
断口粗细实质反映马氏体粗细;
问题1：决定马氏体粗细因素？
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结论： M的粗细由A晶粒粗细决定.
现代表面技术
一、关于表面基础1.弛豫：表面上的原子相对于正常位置的上、下位移来降低体系能量，尤其是表面第一层原子与第二层之间位移（压缩或膨胀）最明显，越深入体内，此种位移迅速消失。
重构：在平行基底的表面上，原子的平移对称性与体内显著不同，原子位置作了较大幅度的调整。
2.表面能的产生表面能是因物质表面原子和内部原子排列差别引起的一种物理表现。
面心立方晶体的（111）面是密排面，体心立方晶体的（110）面是密排面，密排面的表面能最低（密排面原子的断键数最少）。
3.固体表面的吸附力（1）固体表面对气体的吸附分物理吸附和化学吸附。
区别：物理吸附无电子转移、无化学键的生成与破坏，无原子重排。
物理吸附不需要活化能，其吸附速率也不随温度升高而变快；化学吸附相当于吸附剂表面分子与吸附质发生化学反应。
化学吸附需要活化能，其吸附速率随温度升高而变快。
（2）固体表面对溶液的吸附分为电解质吸附和非电解质吸附；溶液有溶质和溶剂，都可能被固体吸附，但被吸附的程度不同分为正吸附、负吸附。
（3）固体表面对液体的吸附力粘结力与液体表面张力计接触角的关系γs=γLcosθ+γsL当θ<90°时，为润湿。
θ越小，润湿性越大，液体在表面的展开能力越强。
当θ=0 °时，为完全润湿。
液体在表面完全铺展开来当θ>90 °时，为不润湿。
θ越大，润湿性越小，液体越不易铺展开，易收缩为球状。
当θ=180 °时，完全不润湿，为球状。
ISL=γL+γs-γsL=γL（1+cosθ）粘结力大小与液体表面张力γL及接触角θ有关。
θ愈小，则ISL越大，粘结越牢。
(钢与环氧树脂）4.实际晶体表面缺陷方式固体的实际表面是不规则和粗糙的，最重要的表现为表面粗糙度和微裂纹。
表面粗糙度：(1)使表面力场变得不均匀，其活性及其它表面性质也随之发生变化。
(2)直接影响固体表面积，内、外表面积比值以及相关的属性。
(3)与两种材料间的封接和结合界面间的啮合和结合强度有关。
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(8)晶粒细化强化。离子轰击导致晶粒细化，引起晶界增加, 而晶界又是位错移动的障碍，使位错更加困难， 使材料表 面硬度明显提高。 (9)辐射相变强化、结构差异强化、溅射强化等机理都提高 了材料表面的耐磨性能。
20世纪70年代中期，发展了纯束流氮离子注入技术，并开始走向一
定规模的工业生产。用离子束混合研究出几十种亚稳态合金相和玻
璃金属(非晶态金属)，还提出了相应的模型。强束流脉冲注入，金 属蒸发真空弧离子源(MEVVA源)和其他离子源的问世，为离子束材 料的表面改性提供了强金属离子束技术，为基础研究和新材料及其 应用研究提供了先进的技术工具并取得了许多离子注入实际应用的
现代表面技术
20世纪80年代，被列入世界10项关键技术之一的表 面技术，经过30余年的发展，已成为一门新兴的，跨学 科的，综合性强的先进基础与工程技术， 形成支撑当今 技术革新与技术革命发展的重要因素。
1. 表面技术与工程
现代表面技术，综合采用了最新的电子技术、真
空技术、冶金、物理、化学、材料等各学科的最新知
激光喷丸强化
激光喷丸是用超短脉冲的激光束代替有 质弹丸,用它诱导的冲击波来强化金属零 件的表面其成形机理：短脉冲的强激光 透过透明约束层(水帘) 作用于覆盖在金 属板材表面的吸收层(黑漆层) 上。
激光喷丸示意图
汽化后的蒸气急剧吸收激光能量并形成等离子体而爆炸产生冲击波,
由它引起在金属零件内部传播的应力波，当应力波峰值超过零件动态屈
识和等离子体、离子束、电子束、激光束、微波研究 的最新成果。把材料表面与基体视作一个统一的系统 进行设计与改性，以最经济和最有效的方法改变材料 表面及近表面区的形态、化学成分和组织结构，赋予
其新的复合性能，从而获得许多新构思、新材料、新
现代表面技术
1.★电镀:一种用电化学方法在镀件表面上沉积所需形态的金属覆层工艺。
2.★如何合理选用镀层：首先要了解镀层是否具有所要求的使用性能，然后按照零件的服役条件及使用性能要求，选用适当的镀层，还要按基材的种类和性质，选用相匹配的镀层。
另外要依据零件加工工艺选用适当的镀层。
3.电沉积的基本条件：金属离子以一定的电流密度进行阴极还原时，原则上，只要电极电位足够负，任何金属离子都可能在阴极上还原，实现电沉积。
但由于水溶液中有氢离子、水分子及多种其它离子，使得一些还原电位很负的金属离子实际上不可能实现沉积过程。
所以金属离子在水溶液中能否还原，不仅决定于其本身的电化学性质，还决定于金属的还原电位与氢还原电位的相对大小。
若金属离子还原电位比氢离子还原电位更负，则电极上大量析氢，金属沉积极少。
4.电镀液的组成：主盐、配合剂、导电盐、缓冲剂、阳极活化剂、镀液稳定剂、特殊添加剂。
5.镀液对镀层质量有何影响：（1）配离子作用：配离子使阴极极化作用增强，所以镀层较致密，镀液分散能力较好，整平能力较高。
（2）主盐浓度的影响：浓度升高，浓差极化降低，导致结晶形核速率降低，所得组织粗大。
（3）附加盐的作用：可提高镀液电导性，还可增强阴极极化能力，有利于获得细晶镀层。
（4）添加剂作用：其一，形成胶体吸附在金属离子上，阻碍金属离子放电，增大阴极极化作用。
其二，吸附在阴极表面，阻碍金属离子在阴极表面放电或阻碍电离子扩散，影响沉积结晶过程，改善镀层组织表面形态、物化和力学性能。
6.电镀规范对镀层质量的影响：（1）电流密度的影响（2）电流波形的影响（3）周期换向电流的作用（4）温度的影响（5）搅拌的影响7.合金镀层：两种或两种以上的元素共沉积所形成的镀层。
8.电镀合金的特点：1）容易获得高熔点与低熔点金属组成的合金，如Sn-Ni合金。
2）可获得热熔相图没有的合金，如δ-铜锡合金。
3）容易获得组织致密、性能优异的非晶态合金，如Ni-P合金。
现代表面技术考试题库
1.表面技术的广义含义1.表面技术的基础和应用理论；2.表面处理技术；3.表面加工技术；4.表面分析和测试技术；5.表面技术设计2.化学镀Ni还原剂是次磷酸钠、络合剂是琥珀酸、作用是与镍离子形成稳定的络合物，用来控制可供反应的游离镍离子含量控制沉积速度，改善镀层外观；化学镀Cu还原剂是甲醛、络合剂是酒石酸钾钠、作用是用于与铜离子形成络合物，防止Cu(OH)2沉淀生成。
3.钢铁上阳极镀层是，阴极镀层是当金属与镀层发生电化学腐蚀形成原电池时，镀层作为原电池的阴极，就是阴极镀层，作为阳极就是阳极镀层。
阳极镀层更有利于基体金属的保护。
4.电镀、化学镀试样阳、阴极5.电沉积、共沉积基本条件电沉积：1.电极电位足够负；2.不可以比H还负共沉积：1.电极电位足够负，但不能比H还要负；2.两种金属中至少有一种金属能从其水溶液中沉积出来；3.两种金属的电位要十分接近。
6.阳极氧化特点，微弧氧化特点及应用阳极氧化膜：1.氧化膜内部致密，外部疏松的双层结构；2.疏松多孔；3.很高的耐磨性；4.较好的耐蚀性；5.很高的电绝缘性；6.良好的绝热性；7.结合力很强用途：作为涂镀层的底层也可提高金属的装饰效果；提高金属表面的耐磨性；用作电解电器的绝缘层微弧氧化：1.内部致密、表层多孔的双层膜；2.厚度10～30微米；3.直接用耐磨加润滑，多孔结构又有利于减少摩擦压力，多孔结构可以做成润滑油；4.对于厚膜而言，可以将疏松层打磨掉，露出致密层进行防腐；5.表面微孔结构，一般是不穿透，致密层直达基体，因而具有耐磨性；6.微孔是等离子体放电通道，在高温高压下孔内组份发生溶化、熔融、汽化向外喷射类似火山口的形貌。
用途：1.阀金属的强度、耐磨、耐蚀；2.生物医用阀金属合金；3.功能应用，半导体氧化物TiO2。
7.按作用原理表面工程可以分为1.原子沉积：原子在基体上凝聚、生核、长大、成膜，如电镀、PVD、CVD2.颗粒沉积：熔化的液滴或细小的固体颗粒在外力作用下于基体表面凝聚、沉积或烧结形成的表面涂层3.整体覆盖：将涂覆材料于同一时间施加于材料表明4.表面改性：用各种物理、化学等方法处理表面，使之组成、结构发生变化，从而改变性能，如表面热处理、化学热处理8.固体清洁表面类型1.表面弛豫：表面最外层原子与第二层原子之间的距离不同于体内原子间距（缩小或增大；也可以有些原子间距增大，有些减小）2.表面重构：在平行基底的表面上，原子的平移对称性与体内显著不同，原子位置作了较大幅度的调整3.表面偏析：表面原子是从体内分凝出来的外来原子4.表面缺陷：化学吸附：外来原子（超高真空条件下主要是气体）吸附于表面，并以化学键合；化合物：外来原子进入表面，并与表面原子键合形成化合物；台阶：表面不是原子级的平坦，表面原子可以形成台阶结构9.电镀、化学镀的转化膜化学法：氧化处理，磷化处理，铬酸盐处理电化学法：阳极氧化，微弧氧化9.物理气相沉积概念，有哪些方法它是在真空条件下，利用各种物理方法，将镀料汽化，直接沉积到基体表面上的方法。
现代表面技术
11-磁四极聚焦透镜;12-静电扫描;13-靶室; 14-密封转动马达;15-滚珠夹具
面上，再经过扫描系统扫描轰击
工件表面。
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离子注入机实物(shíwù)照片
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在离子进入工件表面(biǎomiàn)后，与工件内原子和电 子发生一系列碰撞，这一系列的碰撞包括三个独立的过程： (1)电子碰撞：荷能离子进入工件后，与工件内围绕原子核 运动的电子或原子间运动的电子非弹性碰撞。其结果，可 能引起离子激发原子中的电子或原子获得电子、电离或X射 线发射等。 (2)核碰撞：荷能离子与工件原子核弹性碰撞(又称核阻止)， 碰撞的结果是使工件中产生的离子大角度散射和晶体中产 生辐射损伤等。 (3)离子与工件内原子作电荷交换：碰撞会损失离子自身能
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喷丸强化不仅用于汽车工业领域的弹簧、连杆、曲轴、齿轮、 摇臂、凸轮轴等承受交变(jiāo biàn)载荷的部件，还广泛用于其他 工业领域。如喷丸强化可以提高电镀零件的疲劳强度和结合力；各 种合金钢经过任何一种电镀处理后，一般均会导致疲劳强度下降10 %～60 % ，而喷丸强化则可有效提高疲劳强度, 同时还可以增加电 镀层的结合力， 防止起泡。
腐蚀与防护理论
表面涂镀层
表面摩擦与磨损理论 成分结构设计
表面界面理论
表面复合
表面强化与失效理论 表面结合与复合理论
功能膜层设计 表面涂镀层
的选择和应用设计
多层表面与界面结合 施工设计
表面膜层的电迁移 设备设计
低维材料结构理论 车间生产线的设计
表面涂镀层的材料 加工技术
表面分析与检测 试验方法与标准 表面质量的评估
表面层特性及其综合利用 ’ 表面层材料及加工技术 表面层标准及检验 表面界面维修与再造 表面质量与工艺过程控制 表面工程管理与经济分析
表面技术作业大报告
表面技术报告技术创新是推动生产力发展的有效措施。
我们不断在学习中总结知识，将各类知识融会贯通并转化为相关研究方向，从而实现技术创新。
学习表面技术也是同样的道理，都是为了更好的将理论知识转化为实践性活动。
学完这门课我也受益良多，也为我从事的方向带来一定指导，更加深我对于研究的热情。
我印象最深的是学习PVD和CVD技术。
我先介绍一下PVD技术。
首先，它的中文名称是物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)技术。
它是指在真空条件下采用物理方法将材料源（固体或液体）表面气化成气态原子或分子，或部分电离成离子，并通过低压气体（或等离子体）过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术，物理气相沉积是主要的表面处理技术之一。
PVD(物理气相沉积)镀膜技术主要分为三类：真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜和真空离子镀膜。
物理气相沉积的主要方法有：真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀膜、离子镀膜和分子束外延等。
真空蒸发镀膜原理是：真空蒸镀是在真空条件下，将镀料靶材加热并蒸发，使大量的原子、分子气化并离开液体镀料或离开固体镀料表面（或升华），并最终沉积在基体表面上的技术。
在整个过程中，气态的原子、分子在真空中会经过很少的碰撞而直接迁移到基体，并沉积在基体表面形成薄膜。
蒸发的方法包括电阻加热，高频感应加热，电子束、激光束、离子束高能轰击镀料等。
真空蒸镀技术的工艺包括10个步骤，分别为镀前处理、装炉、抽真空、烘烤、离子轰击、预熔、蒸发沉积、冷却、出炉、后处理。
真空蒸镀是PVD法中使用最早的技术。
溅射镀膜是指在真空条件下，利用获得功能的粒子（如氩离子）轰击靶材料表面，使靶材表面原子获得足够的能量而逃逸的过程称为溅射。
在真空条件下充入氩气(Ar)，并在高电压下使氩气进行辉光放电，可使氩(Ar)原子电离成氩离子(Ar+)。
氩离子在电场力的作用下，加速轰击以镀料制作的阴极靶材，靶材会被溅射出来而沉积到工件表面。
01第一章 现代表面处理技术
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一、什么是表面技术 从广义上讲， 从广义上讲，表面技术是直接与各种表面现象或 过程有关的，能为人类造福或被人们利用的技术。 过程有关的，能为人类造福或被人们利用的技术。 任何表面在通常情况下实际上都是界面。 任何表面在通常情况下实际上都是界面。两种不 同相之间的交界，称为界面， 同相之间的交界，称为界面，在任何两相界面上都可 以发生复杂的物理或化学现象，总称为表面现象。 以发生复杂的物理或化学现象，总称为表面现象。 固体材料的界面有三种： 固体材料的界面有三种： 表面—— 固体材料与气体或液体的分界面。 固体材料与气体或液体的分界面。 表面 晶界（或亚晶界） 多晶体内部成分、 晶界（或亚晶界）—— 多晶体内部成分、结构相 同而取向不同晶粒（或亚晶）之间的界面。 同而取向不同晶粒（或亚晶）之间的界面。 相界—— 固体材料中成分、结构不同的两相之间 固体材料中成分、 相界 的界面。 的界面。 表面技术主要包括：表面覆盖（ 表面技术主要包括：表面覆盖（在材料的表面施 加各种覆盖层）、表面改性、表面加工以及表面湿润、 ）、表面改性 加各种覆盖层）、表面改性、表面加工以及表面湿润、 00:17:51 6 表面催化、膜技术等。 表面催化、膜技术等。
二 、使用表面技术的目的
1.提高材料抵御环境的能力，同时具有装饰 提高材料抵御环境的能力， 提高材料抵御环境的能力 的效果。 的效果。 通过使用表面技术， 通过使用表面技术，可以提高材料在各 种介质（如空气、淡水、海水、土壤、 种介质（如空气、淡水、海水、土壤、酸、 盐等）中的耐蚀性， 碱、盐等）中的耐蚀性，还可以提高材料表 面的硬度， 面的硬度，从而提高材料的耐磨性以及耐疲 劳性。有不锈钢镜面板;不锈钢丝纹板 不锈钢丝纹板;不锈 劳性。有不锈钢镜面板 不锈钢丝纹板 不锈 钢刻花板;不锈钢彩色板 着色铝合金制品;彩 不锈钢彩色板;着色铝合金制品 钢刻花板 不锈钢彩色板 着色铝合金制品 彩 色钢板;金属表面的仿金电镀层等 金属表面的仿金电镀层等。 色钢板 金属表面的仿金电镀层等。
第一章现代表面工程技术
第一章现代表面工程技术
表面技术的广泛涵义，包括：
• 1） 表面技术的基础和应用理论。 • 2） 表面处理技术。它又包括表面覆盖技
术、表面改性技术和复合表面处理技术 三部分。
• 3） 表面加工技术。 • 4） 表面分析和测试技术 • 5） 表面工程技术设计。
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第一章现代表面工程技术
第三节 表面技术的应用
• 一、 表面技术应用的广泛性和重要性
• 二、 表面技术在结构材料以及工程构件 和机械零部件上的应用 主要起：防护、耐磨、强化、修复、装 饰等作用。
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第一章现代表面工程技术
• 三、 表面技术在功能材料和元器件上的 应用 光学特性、电学特性、磁学特性、 热学特性、化学特性、功能转换、 磁记录材料、双金属、防护涂层
• 表面技术主要通过表面涂覆和表面改性 技术来提高材料抵御环境作用能力和赋 予材料表面某种功能特性。
• 表面涂覆：主要采用各种涂层技术。 • 表面改性技术：用机械、物理、化学等
方法，改变材料表面的形貌、化学成分、 相组成、微观结构、缺陷状态或应力状 态。
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第一章现代表面工程技术
具体说：表面工程技术是在不改变基体 材料的成分、不削弱基体材料的强度的 条件下，通过物理手段或化学手段赋予 材料表面以特殊的性能，从而满足工程 技术上对材料提出的要求的技术。
第一章现代表面工程技 术
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2020/12/1
第一章现代表面工程技术
教材及参考资料
• 首选教材：表面工程学，机械工业出版社，曾晓雁主编
• 二选教材：现代表面技术，机械工业出版社，钱苗根编著 金属材料表面新技术，赵文珍，西安交通大学 出版社，1992
现代表面技术
现代表面技术现代表面技术表面工程技术是表面处理表面涂镀层及表面改性的总称表面工程技术是运用各种物理化学和机械工艺过程来改变基材表面的形态化学成分组织结构或应力状态而使其具有某种特殊性能，从而满足特定的使用要求[3]徐晋勇,张健全,高清.现代先进表面技术的发展及应用[N].电子工艺技术.2006,27（3）表面技术的应用所包含的内容十分广泛,可以用于耐蚀、耐磨、修复、强化、装饰等。
也可以是在光、电、磁、声、热、化学、生物等方面的应用。
表面处理技术是用以改变材料表面特性，达到预防腐蚀目的的技术。
按具体表面技术方法分类:表面热处理、化学热处理、物理气相沉积、化学气相沉积、高能束强化、涂料与涂装、热喷涂与堆焊、电镀、化学镀、热浸镀、转化膜等表面工程技术的任务：1.提高金属材料抵御环境作用的能力2.根据需要，赋予材料及其制品表面力学性能、物理功能和多种特殊功能、声光磁电转换及存储记忆的功能；制造特殊新型材料及复层金属板材。
3.赋予金属或非金属制品表面光泽的色彩、图纹、优美外观。
4.实现特定的表面加工来制造构件、零件和元器件等。
5.修复磨损或腐蚀损坏的零件；挽救加工超差的产品，实现再制造工程。
6.开发新的表面工程技术，技术概念电镀：利用电解作用，使具有导电性能的工件表面作为阴极与电解质溶液接触，通过外电流作用，在工件表面沉积与基体牢固结合的镀覆层。
该镀覆层主要是各种金属和合金。
化学镀：是在无外电流通过的情况下，利用还原剂将电解质溶液中的金属离子化学还原在呈活性催化的工件表面，沉积出与基体牢固结合的镀覆层。
工件可以是金属也可以是非金属。
镀覆层主要是金属和合金。
涂装：用一定的方法将涂料涂覆于工件表面而形成涂膜的全过程。
涂料为有机混合物，可涂装在各种金属、陶瓷、塑料、木材、水泥、玻璃制品上。
气相沉积：在金属或非金属材料基体表面牢固沉积同类或异类金属或非金属及其化合物，以改善原材料基体的物理和化学性能或获得新材料的方法。
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现代表面技术
第一章表面技术概论
（1）举例说明表面技术在研究和制备新材料中的应用；
第二章作业题
1、按照作用原理，表面技术可以分为哪些类型？
2、固体材料界面有哪三种？
3、何谓清洁表面？何谓实际表面？
4、清洁表面为何存在各种类型的表面缺陷？
5、简述表面驰豫和表面重构并画出结构示意图说明。
6、什么是贝尔比层？它有什么特点?
第三章电镀和化学镀
1. 何谓电极电位？何谓阳极极化？何谓阴极极化？
2. 简述阴极极化对金属电沉积过程的影响。
3. 简述法拉第一定律和第二定律;
4. Zinc metal is plated onto an iron nail by passing electricity through an external circuit. Calculate the current required to plate 25 g of zinc onto an iron spike during a 1.5 hour period.
5. Zinc metal is plated onto an iron nail by passing electricity through an external circuit. A current of 3.75 A is applied for a period of 2.0 hours. Calculate the mass of zinc that can be plated during this time.
第四章金属的化学处理
（1）铝合金电化学氧化方法有哪几种？其中硬度最高的氧化方法是什么方法？
（2）化学转化膜：氧化物膜；磷酸膜和铬酸盐膜是如何形成的？
第五章表面涂覆技术
（1）目前投入使用的激光器中，功率最大的是什么激光器？
（2）CO2激光器的波长为 μm.
（3）离子注入表面存在；热喷涂表面存在；喷丸表面存在；电火花强化表面存在；
A.零应力；B 残余压应力；C 残余拉应力
（4）热喷涂层与基体的结合方式为；；。
其中主要结合方式为。
（5）名词解释：堆焊；热喷涂；热浸镀；
第六章表面改性技术
（1）简述金属表面形变强化的原理与主要方法；
（2）简述表面热处理的原理与主要方法；
（3）金属表面化学热处理有哪些方法？请对比其工艺参数、渗层组织和渗层性能。
（4）离子渗氮比普通气体渗氮快得多，为什么？
（5）简述离子注入时产生辐照损伤的情况？
第七章气相沉积技术
1）薄膜的三种生长方式是；；。
2）简述溅射及溅射镀膜。
3）何谓分子束外延(molecule beam eptaxy,MBE)? 分子束外延的缺点是什么？
4）实现离子镀的两个必要条件是什么？
5）请画出真空蒸镀、溅射镀膜和离子镀膜的原理简图并比较它们的异同点。
第九章表面微细加工技术
1.适用于所有材料的表面形貌分析设备是。
A. 扫描电子显微镜；
B. 透射电子显微镜；
C. 原子力显微镜；
D. 电子探针。
2. 可以分析表面几个原子层成分的仪器有（至少写一种）；可以分析表层（厚度μm级）成分的仪器有（至少写一种）？
3. 表面微细加工里的反应离子刻蚀是一种－－过程。
A. 物理；B. 化学；C. 物理＋化学
4. 化学气相沉积时的反应类型主要有反应，反应，反应，
反应
5. 何谓光刻加工？光刻加工通常包括几个步骤？请画出光刻加工的原理流程图加以说明。