1.表面工程学
表面工程学--涂装技术ppt课件
特点：由于转化成膜物质具有能起化学反应的官能团，在 热氧或其他物质作用下能够聚合成与原有结构不同的不溶， 不熔的网状高聚物，即热固性高聚物，因而形成的涂膜是 热固性的，通常具有网状结构。比如干性油和半干型油， 漆酚，多异氰酸酯的加成物和聚合物。
标志作用功能
利用色彩的明度和反差强烈的特性，引起人们警觉，避免危 险事故发生，保障人们的安全。有些公共设施，如医院、消防 车、救护车、邮局等，也常用色彩来标示，方便人们辨别。
特殊作用功能
涂装能使物体获得力学性能（耐磨、润滑）、热功能（耐 高温、阻燃）电磁学功能（导电、防静电涂料）、声波、雷达 波的反射和吸收、夜光作用等。
18
3.3 涂膜防护原理 涂膜对金属的保护作用主要体现在：
涂膜
金属与腐蚀 介质隔离， 阻碍电化学 腐蚀的发生
阻碍阳极与 溶液间离子 的移动，减 小了腐蚀速
率
涂料中的颜 料对金属表 面起钝化作 用，减缓了
腐蚀速度
19
第四节 涂装材料
涂装用材料主要包括：预处理材料、涂料、后处理材料。
4.1 预处理材料
17
链锁聚合反应(加聚反应)成膜：有三种形式 a) 氧化聚合形式：以天然油脂为成膜物质的油脂涂料以及 含有油脂组分的天然树脂涂料、酚醛树脂涂料、醇酸树脂 涂料和环氧酯涂料等都是依靠环氧聚合成膜的。 b) 引发剂引发聚合形式：不饱和聚酯涂料是典型的依靠引 发剂引发聚合成膜的。 c) 能量引发聚合形式：一些以含共价键的化合物或聚合物 为成膜物质的涂料可以通过能量引发聚合形式而成膜。
第九章 涂装技术
本章主要内容
• 第一节 涂装技术的概述 • 第二节 涂料的基本组成及其作用 • 第三节 涂料成膜机理 • 第四节 涂装材料 • 第五节 涂装工艺与设备 • 第六节 几种典型产品涂装 • 第七节 涂膜质量评价及涂装技术发展趋势
表面工程技术的应用实例
表面工程技术的应用实例
表面工程技术是一种用于改善材料表面性能的科学技术,可以通
过处理材料表面来增强其机械、电气、热学和光学性能。
以下是一些表面工程技术的应用实例:
1. 汽车制造:汽车外壳、轮胎、刹车盘等部件的表面涂层使用表面工程技术来增强其抗磨损、防水、防火和防滑性能。
2. 电子产品制造:电子产品如手机、电脑、电视等设备的外壳和使用塑料、金属等材料制成。
表面工程技术可以改善这些材料表面的摩擦系数、反光性、抗指纹等性能。
3. 建筑和室内设计:建筑和室内设计中使用的表面工程技术包
括石材、玻璃、金属、陶瓷等材料的表面处理。
这些表面材料可以提供更好的触感、视觉和触感体验。
4. 包装和储藏:包装材料如纸板、塑料等的表面涂层可以防腐蚀、防水、防潮、防紫外线等。
表面工程技术还可以改善包装物品的运输和储存性能。
5. 环境保护:表面工程技术可以通过处理污染物来改善材料表
面的环境友好性,减少污染排放。
例如,表面修复技术可以通过修复污
染表面的损伤,使其恢复美观和性能。
表面工程技术在许多领域都有广泛的应用,可以改善材料的性能、减少成本、提高效率和改善用户体验。
表面工程文档
表面工程1. 简介表面工程是一种应用于工业生产中的技术，通过对材料表面进行改性或处理，可以改变材料的性质和表面特征，从而提供更好的耐磨、耐腐蚀、耐高温等性能，并增加材料的美观度和装饰性。
表面工程广泛应用于汽车工业、航空航天、电子设备制造、医疗器械、建筑等领域。
2. 表面工程的分类2.1 表面涂覆表面涂覆是将一层或多层涂料、漆膜、涂层等材料均匀地涂覆在材料表面上，形成一层保护层或功能层的处理方法。
常见的表面涂覆技术包括电镀、喷涂、浸镀等。
表面涂覆可以提高材料的耐腐蚀性能、抗磨损性能等，同时也能增加材料的装饰性。
2.2 表面喷涂表面喷涂是将材料的颗粒或粉末喷射到待处理表面上，通过热熔或化学反应使其附着在表面上形成涂层。
表面喷涂常用于金属表面的防护和保护，可以防止氧化、腐蚀和高温等影响。
2.3 表面改性表面改性是通过物理或化学方法对材料表面进行处理，从而改变其物理、化学或机械性能。
常见的表面改性方法包括阳极氧化、磨削、抛光等。
表面改性可以提高材料的硬度、耐磨性、耐腐蚀性等性能。
2.4 表面涂覆与改性的比较表面涂覆和表面改性是表面工程的两种主要方法，它们有各自的特点和适用范围。
表面涂覆主要应用于需要增加防护和装饰性的场合，例如汽车的喷漆，可以保护车身免受腐蚀和刮擦；而表面改性主要应用于需要改变材料性质和提升机械性能的场合，例如通过磨削和抛光改善金属表面的光洁度和平整度。
3. 表面工程的应用3.1 汽车工业在汽车制造过程中，表面工程技术可以使车身更加耐腐蚀、耐磨损，同时也增加了车身的装饰性。
例如，汽车车身经过喷漆和镀膜等表面涂覆技术可以防止腐蚀和刮擦，并提供车身的颜色和亮度；汽车发动机的表面经过热喷涂技术可以提高其耐磨损性和耐高温性能。
3.2 航空航天在航空航天领域，材料的轻量化和高强度是目前的发展趋势。
通过表面涂覆和改性可以增加材料的耐腐蚀性和抗磨损性，从而提高飞机和航天器材料的使用寿命和安全性。
3.3 电子设备制造表面工程在电子设备制造中起着至关重要的作用。
表面工程技术的特点
一、表面工程技术的特点1.获得优良的表面力学性能(高硬、耐磨、抗疲劳、抗冲蚀、低摩擦系数、自润滑等) ；2获得优良的表面物理功能(吸波、导波、超导、软磁、硬磁、电磁屏蔽、光-电转换、压电陶瓷薄膜、低膨胀系数等) ；3获得优良的表面化学性能(防锈、耐蚀、杀菌、仿生物污染、自洁净等) ；4获得优良的表面热性能(耐热、吸热、导热、阻热及热反射等)。
二、物理吸附和化学吸附的特点物理吸附的特点：1物理吸附的吸附热较低，因此物理吸附通常在低温下吸附，在高温下解吸。
2物理吸附一般不需要激活能，所以吸附和解吸速度都很快。
3物理吸附既可以是但原子层吸附,也可以是多原子层吸附。
4物理吸附对吸附剂和吸附质的组合没有选择性，可以在任意的固-气体系中发生。
化学吸附的特点：1化学吸附通常需要激活能，因此化学吸附往往发生在高温，吸附速度较慢，并且很难解吸。
2化学吸附有明显的选择性，只在特定的固-气体系中发生。
3由于化学吸附的本质是发生电子转移后形成的离子键合或者化学键合，因此化学吸附只能是单层吸附。
三、比较CO2激光器和YAG激光器（1）CO2激光器功率：0.5~45kw之间波长：10.6μm既可连续输出，也可脉冲输出。
有较大光电转化效率。
缺点：体积庞大。
（2）YAG激光器优点：波长较短，1.06μm作用于金属表面时，有较大吸收率。
功率小于CO2体积小，造价低。
缺点：光电转化率低，光泵用灯的寿命较短。
四、高能量密度表面处理的特色①利用激光、电子束极高的加热冷却速度，在材料表面形成非晶、微晶和其他热平衡相图上不存在的高过饱和固溶体、亚稳相，从而赋予材料表面以特殊的性能。
②利用离子注入技术可把异类原子直接引入表面层中进行表面合金化，在引入原子和数量方面，突破了常规合金热力学的限制，从而获得超常规的优异表面性能。
五、物理气相沉积特点①对沉积材料有较宽范围的选择，金属、合金金属间化合物、陶瓷和有机化合物均可沉积。
②基体温度由低温到高温可自由变化，薄膜结构具有可设计性和可控性。
表面工程学翻译
〔.Surface engineering is the subdiscipline of materials scienee which deal with the surface of solid matter.It has applicati ons to chemistry mecha ni cal engin eeri ng ,and electrical engin eeri ng (particularly in relatio n to semic on ductor manu facturi ng).表面工程学是处理固体物质表面材料科学的学科分支。
它在化工，机械工程和电机工程(特别是与半导体制造业相关的)方面都有很多的应用。
2.Solids are composed of a bulk material covered by a surface. The surface which bounds the bulk material is called the Surface phase .It acts as an in terface to the surro unding en vir onment. The bulk material in a solid is called the Bulk phase.固体是由被大量的物质覆盖的表面组成。
这个限制这些大量物质的表面被称作表面相。
它表现为与周围环境接触的界面。
这些在固体内部的大量的物质被称作体相。
3.The surface phase of a solid in teracts with the surro unding en vir onment. This in teract ion can degrade the surface over time .En vir onmen tal degradati on of the surface phase over time can be caused by wear, corrosi on, fatigue and creep.固体的表面相会同周围环境相互作用。
表面工程
一、名词解释1.洁净表面：表面化学成分和体内相同。
表面吸附物的覆盖几率很低。
2.TLK模型：平台（Terrace）-台阶（Ledge）-扭折(Kink)模型。
基本思想是：在温度相当于0K 时，表面原子呈静态。
表面原子层可认为是理想平面，其中原子作二维周期排列，并且不存在缺陷和杂质。
当温度从0K升到T时，由于原子的热运动，晶体表面将产生低晶面指数的平台、一定密度的单分子或原子高度的台阶、单分子或原子尺度的扭折以及表面吸附的单原子及表面空位等。
3.界面：固相之间分界面。
4.外延生长界面：在单晶体表面沿原来的结晶轴向生长成的新的单晶层的工艺过程，就称为外延生长。
形成的界面称为外延生长界面。
5.机械结合界面：指涂层和基体间的结合靠两种材料相互镶嵌在一起的机械连接形成6. 润湿：液体在固体表面上铺展的现象。
7. 边界润滑摩擦：对偶件的表面被一薄层油膜隔开，可使摩擦力减小2-10倍，并使表面磨损减少。
但是在载荷一大的情况下，油膜就会被偶件上的微凸体穿破，摩擦系数通常在0.1左右。
8.喷焊层的稀释率：一般将基材熔入喷焊层中的质量分数称为喷焊层的稀释率，用公式表示为η=B/(A+B) ，η为喷焊层的稀释率，A为喷焊的金属质量，B为基体熔化的金属质量。
9.自熔合金：就是在常规合金成分基础上加入一定含量的硼、硅元素使材料的熔点大幅度降低，流动性增强，同时提高喷涂材料在高温液态下对基材的润湿能力而设计的。
10.激光熔凝：就是用激光把基材表面加热到熔化温度以上，然后靠基材本身的导热使熔化层表面快速冷却并结晶的热处理工艺。
11.化学转化膜：如果介质是人为选定的，而且表面金属的这种自身转化能够导致生成附着牢固、在水和给定介质中难溶的稳定化合物，金属表面上这样得到的化合物膜层称为化学转化膜。
12.老化处理：钝化膜形成以后要烘干，称为老化处理。
13.发蓝处理：是使钢铁表面生成稳定的氧化物Fe3O4，可获得蓝黑色和黑色的氧化膜。
表面工程的基本涵义、特点、分类及常用工艺方法
• 在工程上，它针对产品典型服役条件，研 究表面失效机制、特征，同时设计新的表 面，应用表面加工、表面涂覆、表面改性 等单一或复合的技术，实现基体、界面及 表面三者的优化组合，获得最佳表面性能。
技术特点
• 表面工程最突出的技术特点是无需整体改 变材质而能获得原材料所不具备的某些特 殊性能。 • 采用不同的处理工艺，可使基材表面获得 整体材料很难得到的特殊成份与结构，如 超细晶粒、非晶态、超饱和固溶体、多重 结构、多相弥散结构等，相应具备一些整 体材料很难得到的特殊性能。
表面工程有多种分类方法
按表面层种类分类之一
• 无覆层：基体表面经过化学预处理、精整或热 加工硬化，仅改变表面应力或组织状态，不改 变基体表面成份。 金属覆层：用电镀、金属喷涂、表面合金化或 热浸、包覆、气相沉积等方法，在基体表面覆 以薄层金属、合金或金属基复合材料。 有机覆层：基体表面覆以有机材料，主要是涂 装层，此外还有塑料、橡胶粘附等覆层。
表面工程常用工艺方法
• 热喷涂：火焰喷涂，电弧喷涂，等离子喷 涂，爆炸喷涂，粉末等离子堆焊等 制备耐蚀，耐磨，减摩，隔热，导电，绝 缘，可磨耗封严等多种功能涂层
表面工程常用工艺方法
• 物理气相沉积（PVD）：蒸发镀，溅射镀，离子 镀等 制备装饰性，耐磨，耐蚀及光，电，磁等功能薄 膜 • 化学气相沉积（CVD）：常压化学气相沉积，低 压化学气相沉积，激光化学气相沉积，金属有机 化合物化学气相沉积，等离子体化学气相沉积等 制备耐磨，抗氧化，抗腐蚀固态薄膜，适用于复 杂零件及难熔金属、石墨、陶瓷等基体材料零件 处理，可沉积难熔金属
表面工程常用工艺方法
• 其 他：包覆、衬里、搪瓷涂覆、离心浇注、 料浆喷涂、机械镀等 制备耐化工腐蚀厚覆层及耐蚀镀层（机械 镀）
表面工程的原理及应用论文
表面工程的原理及应用论文1. 引言在现代工程领域中，表面工程是一种重要的技术，它涉及改善材料表面的性能和功能。
通过对材料表面进行处理或涂层，可以改变材料的化学性质、物理性质和机械性能，从而提高材料的耐磨性、耐腐蚀性、耐高温性等。
2. 表面工程的原理表面工程主要通过改变材料表面的形貌、结构和组成来改善材料的性能。
其主要原理包括：2.1 表面改性表面改性是通过对材料表面进行物理或化学处理，改变其表面形貌或化学性质，从而获得新的性能。
常见的表面改性方法包括喷涂、静电喷粉、高能表面处理等。
2.2 表面涂层表面涂层是一种常见的表面工程方法，它通过在材料表面形成一层保护性涂层，改善材料的性能。
常用的表面涂层材料包括聚合物涂层、金属涂层、陶瓷涂层等。
2.3 表面改变表面改变是指通过材料表面的形貌改变来改善材料的性能。
常见的表面改变方法包括微细加工、纹理处理、增加表面粗糙度等。
3. 表面工程的应用表面工程在多个领域都有广泛的应用，下面列举几个常见的应用领域：3.1 汽车工程在汽车工程中，表面工程可以用于提高汽车的耐腐蚀性和耐磨性。
通过在汽车表面使用抗腐蚀涂层和耐磨材料，可以有效延长汽车的使用寿命。
3.2 电子工程在电子工程中，表面工程可以用于保护电子器件表面免受腐蚀和氧化的影响。
通过在电子器件表面施加一层保护性涂层，可以提高其可靠性和使用寿命。
3.3 航空航天工程在航空航天工程中，表面工程可以用于提高飞机和航天器的耐高温性和抗磨性。
通过在飞机和航天器表面施加耐高温涂层和抗磨涂层，可以保证飞行安全和性能稳定。
3.4 医疗工程在医疗工程中，表面工程可以用于改善医疗器械的生物相容性和抗菌性能。
通过在医疗器械表面施加一层生物相容性涂层和抗菌涂层，可以减少感染风险并提高医疗器械的使用效果。
4. 结论表面工程是一种重要的技术，可以通过改变材料表面的形貌、结构和组成来改善材料的性能。
它在汽车工程、电子工程、航空航天工程和医疗工程等领域有广泛的应用。
表面工程分类
表面工程分类表面工程是一门研究物体表面处理和改性的学科，它涉及到多个领域，如材料科学、化学、物理等。
表面工程的主要目的是改善物体表面的性能，提高其耐磨、耐腐蚀、耐高温等特性，同时也可以改善物体的外观和触感。
表面工程可以分为多个分类，下面将对其中的几个常见分类进行介绍。
1. 表面涂层表面涂层是一种常见的表面工程技术，它主要通过在物体表面涂覆一层薄膜来改变物体的性能。
常见的表面涂层包括防腐涂层、防划伤涂层、防反射涂层等。
这些涂层可以提高物体的耐腐蚀性、硬度、光学性能等。
2. 表面改性表面改性是通过物理、化学或机械手段对物体表面进行处理，从而改变其性质和性能。
常见的表面改性技术包括表面氮化、表面硬化、表面合金化等。
这些技术可以提高物体的硬度、耐磨性、耐腐蚀性等。
3. 表面涂装表面涂装是一种常见的表面工程技术，它主要是通过在物体表面涂装一层保护性膜来提高物体的耐久性和美观度。
常见的表面涂装技术包括喷涂、电泳涂装、粉末涂装等。
这些技术可以使物体具有防腐蚀、防划伤、防紫外线等功能。
4. 表面纳米结构表面纳米结构是一种将纳米材料应用于物体表面的技术，通过在物体表面形成纳米结构，可以改善物体的性能。
常见的表面纳米结构技术包括纳米涂层、纳米颗粒填充等。
这些技术可以使物体具有超疏水、超疏油、抗菌等特性。
5. 表面浸渍表面浸渍是一种将液体或气体渗透到物体表面的技术，通过浸渍可以改变物体表面的性质和性能。
常见的表面浸渍技术包括化学浸渍、电化学浸渍等。
这些技术可以使物体具有抗腐蚀、抗磨损、抗污染等特性。
表面工程的应用非常广泛，几乎涉及到所有行业。
例如，在汽车制造业中，表面工程可以提高汽车的耐腐蚀性和耐划伤性；在航空航天领域，表面工程可以提高航空器的耐高温性和防冰性能；在电子行业中，表面工程可以提高电子器件的导电性和耐腐蚀性。
表面工程是一门非常重要的学科，它可以通过对物体表面进行处理和改性，提高物体的性能和品质。
随着科技的不断发展，表面工程技术也在不断创新和进步，为各行各业带来了更多的应用和发展机遇。
第二讲表面科学与工程的基础理论-
➢ (3)化学吸附有选择性 化学吸附有高度选择性。如氢 会被钨与镍化学吸附,不能被铝化学吸附。物理吸附 无选择性。
物理吸附与化学吸附得区别
俯视图
剖面图
顶吸附
桥吸附
填充吸附
中心吸附
固体对气体得吸附
一个气体分子被表面吸附主要分成物理与化学两类 :
➢ 物理吸附 (Physical adorption):任何气体在其临界温度以下,都会在其与固体表面之间 得范德华力(Van der Waals)作用下,被固体吸附,但两者 之间没有电子转移。
典型得固体表面
❖2. 洁净表面
➢洁净表面:材料表层原子结构得周期性不同于体内,但化学 成分与体内相同,这种表面称为洁净表面。相对于表面受污 染表面与理想表面而言得。 ➢允许有吸附物,只有经过特殊处理方法得到,如高温处理。
➢清洁表面(定义):一般指零件经过清洗(脱脂、浸蚀等)以后 得表面。 ➢清洁表面易于实现,只要经过常规得清洗过程即可。 ➢洁净表面得“清洁程度”比清洁表面高。
习惯上,把多余半原子面在滑移面以上得位错称为 正刃型位错,用符号“┻”表示,反之为负刃型位错,用 “┳”表示。刃型位错周围得点阵畸变关于半原子面 左右对称。
Ø大家有疑问的, 可以询问和交流
➢可以互相讨论下, 但要小声点
典型得固体表面 (2)螺型位错:左螺型位错、右螺型位错
典型得固体表面
典型得固体表面
典型得固体表面
金属表面形貌对其表面特性得影响
➢ ①处于粗糙区域得原子比具有正常原子有更高得能量,具有 更高得表面自由能与表面流动性。
表面工程
一、名词解释1表面工程(定义)：经表面预处理后，通过表面涂覆、表面改性或多种表面工程技术复合处理，改变材料表面的形态、化学成分和组织状态，在保证材料整体强度水平不降低的基础上，以获得所需表面性能的系统工程2表面定义：金属或合金与周维环境（气相、液相和真空）间的过渡区称为金属的表面。
因环境不同，过渡区的组成和深度不同。
3表面自由能：产生原因：液体（熔体金属）的表面原子受到向内的吸引力的作用。
欲使其内部原子转变为表面原子，即增大表面积，需要环境对体系作功，从而形成表面能。
定义增大(液体)表面积所需要的功(能量)就是(液体)表面自由能。
4纯净表面(洁净表面)：大块晶体的三维周期结构与真空间的过渡区域称为纯净表面5清洁表面：不存在有表面化合物，仅有气体和洗涤物的残留吸附层的金属表面称为清洁表面，也称为工业纯净表面。
6粗糙度：加工表面所具有的微小凹凸和微小峰谷所组成的微观几何形状就构成了其特征，粗糙度的波距与波深之比常常为150：1~5。
7莱宾杰尔效应：活性介质与金属接触后，使金属的表面自由能下降，导致金属材料强度和塑性发生变化的效应称为莱宾杰尔效应。
如Cu表面覆盖熔融薄膜后，使其高塑性丧失。
8磨损：相对运动的物质摩擦过程中不断产生损失或残余变形的现象按磨损机理分为磨料磨损、冲蚀磨损、粘着磨损和疲劳磨损等七大类9腐蚀：腐蚀就是材料与环境介质作用而引起的恶化变质或破坏。
10钝化：由于金属表面状态的改变引起金属表面活性的突然变化，使表面反应速度急剧降低的现象。
(阳极反应受阻的现象) 。
钝化大大降低了金属的腐蚀速度，是提高金属耐蚀能力的主要方法。
11表面淬火：用特定热源将钢铁材料表面快速加热到Ac3(对亚共析钢)或者Ac1(对过共析钢)之上(奥氏体化)，然后使其快速冷却并发生马氏体相变，形成表面强化层的工艺过程。
12喷丸强化：是利用高速喷射的细小弹丸在室温下撞击受喷工件的表面，使表层材料在再结晶温度之下产生弹、塑性变形，并呈现较大的残余压应力，从而提高工件表面强度、疲劳强度和抗应力腐蚀能力的表面工程技术。
表面工程技术及其应用 ppt课件
等方法制造。 5) 原子核反应器中的高温抗氧化涂层。 6) 纳米涂层：纳米结构ZrO2•Y2O3涂层、Al2O3涂层及
WC-Co涂层。
37
表面工程的意义
7. 表面工程促进了机械维修创新-再制造
1) 1984年美国“技术评论”提倡旧品翻新或再生并称为“重新 制造”， 2005年美国再制造产值已超过1000亿美元，100万 人就业。
3. 表面工程技术是传统技术和高新技术的结合和贯通。如：化学热处理、 热喷涂技术、“三束”表面强化。
4. 表面工程技术的特色是多种表面技术的复合和综合。如：热喷涂与激 光重熔的复合、化学处理与电镀的复合、表面强化与固体润滑膜的复 合，金属材料基体与非金属材料涂层的复合等。
5. 表面工程具有学科的综合性、广泛的功能性、手段的多样性、潜在的 创新性、环境的保护性、很强的实用性、巨大的增效性等。
表面工程技术及其应用
表面工程技术及其应用
丁彰雄
2013年4月
2
表面工程技术及其应用
1. 表面工程概述
➢ 机械设备的失效方式 ➢ 表面工程的概念 ➢ 表面工程的特点 ➢ 表面工程的意义 ➢ 表面工程技术的发展 ➢ 表面工程技术的分类
2. 表面工程技术的应用
3
作用使零部件表面 产生腐蚀。
30
HVOF制备纳米WC-12Co涂层后的浆液循环泵叶轮
31
防腐处理后的浆液循环泵叶轮
32
表面工程的概念
1. 表面工程的概念: 它是指将固体材料表面预处理后，通过表面涂覆、 表面改性或多种表面技术复合处理，改变固体材料表面的形态、化 学成分和组织结构，以获得所需要的表面性能的系统工程。
表面工程略微整理版 (1)
洁净表面：大块晶体的三维周期结构与真空间的过渡区,它包括所有不具有晶体内特征的原子层,为1个~几个原子层,厚度0.5~2nm污染表面：指被任何其他东西所污染，或吸附其他原子、分子的材料表面。
理想表面：当一块无限大的无缺陷的晶体被分成两个半无限大的晶体时，如果在分割面附近区域中的原子排列、电子的密度分布都和分割前一样，而且晶体在分割时没有原子进入或跑出分割面，这个分割面就是理想表面冶金结合：覆层与基体之间通过熔融过程实现结合扩散结合：覆层与基材之间通过原子扩散结合磨粒磨损：指由于硬颗粒或硬突起物使材料迁移而造成的磨损粘着磨损：指当接触表面作相对运动时,由于固相微凸体的焊合作用使材料从一个表面转移到另一个表面造成的磨损表面疲劳磨损：指由于在表面上重复滚动或滑动时所产生的循环交变应力引起疲劳而使材料脱落的磨损冲击磨损：两固体表面间重复冲击作用下材料损伤和脱落的磨损形式磨光：是普通的利用砂粒、刃口将M机械性切割下来的过程，主要目的是去除金属零件表面的毛刺/砂眼/氧化皮/锈迹/沟纹等,使其具有一定的平整度和粗糙度抛光：是机械、化学、电化学结合过程，主要目的是消除M零件表面的微观不平,使其具有镜面外观电化学抛光：指将工件作为阳极,浸于特定的抛光介质中并通以直流电进行抛光化学抛光：将工件浸于合适的的溶液中进行抛光.干法热镀锌：预处理干燥溶剂处理浸锌清洗氧化还原法：氧化/还原浸锌喷吹/冷却钝化处理涂油气体碳氮共渗：指在780～880℃同时渗入C/N原子,以渗碳为主的工艺氮碳共渗：指在520～580℃同时渗入C/N原子,以渗氮为主的工艺QPQ工艺：盐浴氮碳共渗＋氧化盐浴冷却＋抛光＋氧化盐浴T.D工艺：通过将钢铁材料置于硼砂熔盐浴中进行渗M(铬/钒/铌)的工艺机械结合：表面凸凹不平，互相嵌合扩散结合：高温下发生原子扩散，接合面上形成固溶体或金属间化合物爆炸喷涂：将一定比例的氧和乙炔送入枪内,后将氮气与粉末混合输入，由火花塞点火,使混合气体燃烧爆炸,粉末被加热和加速,由枪口喷射到基体表面形成涂层的技术超音速喷涂：氧和乙炔(或煤油/丙稀/氢气)在燃烧室燃烧后被压缩/加速,喷向工件基体表面形成涂层的技术（实质是火焰喷涂+超音速）电镀：指利用电化学的方法在零件表面沉积一薄层M或合金的技术化学镀：在无外加电流时含有欲镀M离子的溶液在还原剂的作用下使M离子还原成M而沉积在制品表面的方法。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 2）自冷淬火。 • 要想进行面淬火，必须进行高能量密度加 热，加热速度一般＞100℃/S，根据传热学 公式： dQ=λ(dt /dx)dFdτ • 由公式可知，单位时间内（dτ）单位面积 （dF）内比热流量（Q）（Kcal/m2h）与导 热系数（λ）及温度梯度成正比。 •
• 激光加热、钢的导热系数λ=35—39Kcal/m2h℃,箱 式炉比热流量Q=2000 Kcal/m2h 则箱式炉可能达 到的温度梯度为Q/λ= dt /dx=5℃-6℃/cm ,Φ20圆 棒截面温差8℃—9℃ ，,Φ100截面温差为30℃ ， 不能实现表面淬火，必须提高Q • 氧-乙炔、感应、电接触加热，Q>104w/cm2 V 加>100℃/s 。 • 激光加热、电子束加热Q> 109w/cm2 超快上加热
• （１）对ＣＯ２激光吸收率要高 • （２）在８００℃～９００℃温度范围内 短时间（０．１ｓ），不汽化，不分解． • (３）对金属表面无腐蚀作用,及其它不利 影响,且附着性好. • （4)涂覆过程简单,厚薄可控,易清洗. • (5 )原料来源方便,价格便宜,无毒,无害, 易保存.
• “黑化处理”方法:表面拉毛,表面氧化,表 面磷化,喷无光漆,胶体石墨,胶体氧化物． • 5)原始组织影响 原始组织晶粒越细小，碳 和合金元素分散度越高，激光加热时奥氏 体化的速度越快，淬火后硬化层越深，且 硬度分布均匀，效果好.
• 加热时由计算机控制,首先在0.25s内要使用 足够的功率瞬时表面的温度升高,形成大的 温度梯度,自冷实现表面淬火.耶凯斯对45钢 的工作表明,碳化物分布越细加热到A时,碳 的溶解速度越快,淬火后硬化层的深度越深, 越均匀,因此淬火回火比退火,正火,效果好. 电子束可以在较短的时间内获得给定的硬 化层深度,但处理薄板时,处理深度应为板厚 的10%.
• 热处理变形小对长型、薄壁工件更显优越。 • 由于光束照射工件，属于无接触加热、自 冷无需淬火液，洁净。 • 利用适当的光学系统，对工件非常局部淬 火。 • 是无无公害的淬火方法，劳动条件好。
• 1.2.21 激光淬火的硬化层 • 图 5激光淬火与高频淬火硬度分布 •
• 激光淬火比高频淬火获得更细、且均匀分 布的马氏体，其硬度（45钢 ）HRC62-64 左右。硬化层与基体之间不完全淬火层比 高频小得多（激光低变形原因），深度 1mm左右。 •
• 图3激光热处理装置示意图
• 图4激光束的成型方法
• 1.2.2 激光淬火 • 功率 k=103-105W/cm2 T=10-2-1s 实现自 冷淬火 • 激光淬火与普通淬火方法的比较，有如下 的特点： • 可以获得质量优良的硬化层。 • 仅在工件表面做局部的薄的表层加热，输 入工件的热量少，节能效果好。
• 1.2.2.4激光淬火后的显微组织 • 激光加热从工件表面到心部为：热影响+过 渡区+原始组织（无变化区），其淬火组织 为 • 对于钢来说;隐晶马氏体（（M板+M片+A· ） +混合M+A`+ 原始组织
• 对于铸铁： 伪共晶萊氏体+M片状+A`+原始 组织 • 这里需补充一点，快速加热时相变的完成 和相变以后组织成分的变化 • 1)相变的完成 如图 • 快速加热相变是在平衡温度以上一定的温 度范围之内完成的,而且随加热速度,钢的化 学成分,原始组织的变化,其温度范围在变化.
表面工程学
• •
• • •
绪 论 材料表面改性：改变材料表面性能，延长其使 用寿命，意义重大。 材料表面改质：改变材料的化学成分，使其有 特殊功能，拓宽材料使用领域，如合金化、绝 缘、导电、防腐、抗氧化等。 1 材料的失效形式 大体分两类：整体失效（断裂、疲劳断裂、变 形失去精度）；由 磨损、氧化、腐蚀等造成局 部破坏而失效，这种失效占总失效零件的2/3， 说明表面改性、改质的重要性。
2 巨大的经济效益和生态效益 以宝钢生产的钢，在我们这里加工成轴类件为例， 经济、生态效益。 澳大利亚开矿→ 公路或铁路运输至码头→装船→ 上海码头→卸货→高炉炼铁（焦碳产自山西大同） →转炉炼钢（合金元素从全国各地运至）→浇注→ 轧制成型材→运至天津→加热锻造成型→粗加工→ 热处理→精加工→装配。 生态效应：使用寿命提高2-3倍，节能、环保 再制造
• •
• •
3 常用表面改性的方法及效果 高能表面热处理 激光热处理；电子束热处理； 高频电阻感应加热处理；钨极惰性气体保护电 弧和等离子转移弧焊炬热处理；太阳能处理； 高频感应脉冲热处理。 超硬化合物表面涂覆处理 CVD处理 PVD 处理 TD处理 离子轰击热处理 离子氮化；离子渗碳；离 子渗金属；离子多元渗。
• 1.3电子束热处理 • 1)工作原理 高速收束的电子流轰击工件表面时,电 子束可以穿过被热处理的表面,进入到距表面一定 的深度,给材料原子以能量,增加晶格的振动,把电 子的动能转换成热能,从而使被处理的工件表面温 度迅速升高,自冷淬火. • 电流穿入的深度主要取决于加速电压的高低,对钢 铁材料10 ,16 ,120KV透入深度1,10, 40μ m. • 能量密度109W/Cm2,热处理使用103～105W/Cm2,照 射方式:脉冲,连续.
• 4)黑化处理 预备处理的作用:金属是良导体,内部 存在大量的自由电子,在表面形成一层很薄的电子 层(集肤效应),它比CO2的激光波长小的多(远红外 线波长10.6μ m),阻碍激光进入内部,80%反射掉. 提高吸收率,在工件表面增加涂层,当激光加热时， 首先涂层被加热，使金属表面内部的自由电子发 生振动和移动，将热能传到金属内部，从而达到 加热的目的．表面越光滑反射率越高． • “黑化处理”该涂层应具备如下要求
• 要想获得激光必须具备以下两个条件，缺 一不可. • 建立“粒子数反转”的非平衡状态，即 N2>>N1 只有这样，受激辐射得以占优势 的进行下去，这就要找到能实现粒子数反 转的工作物质。
• （2）建立一个谐振箱，当外来的或腔内自发的频 率信号，在腔内谐振在工作物质中多次往返时， 有足够的机会去感应处于粒子数反转的工作物质， 才能产生激光。被感应的辐射与感应的辐射同方 向、同相位、同频率、同偏振的性质。这些被感 应的辐射又去感应其他粒子，造成连锁反应，雪 崩似地获得放大效果，因而产生强烈的激光。 • 图 1激光原理图
• 4)表面质量检测与控制 表面几何特性与检 测;表面力学特性与检测;物理及化学特性与 检测;表面分析技术 • 5)表面技术设计 表面层材料设计;表面层结 构设计;表面层工艺设计;表面工程车间设计 及表面工程车;表面技术经济分析.
• 1高能量密度表面处理 • 1.1概述 • 高能量表面处理：是以很高的能量密度， 施加到材料的表面，使之产生物理和化学 变化，达到处理的方法。 • 特点：1）能量被集中到一定的范围和深 度，因此只加热表面和表层。
• • •
1.2 激光热处理 1.2.1 激光与特性 原理：激光是被其它辐射感应而发生的辐射，所以也 称为感应辐射。 • 物质的粒子存在着一系列的能级层，设处于高能级（E2） 和低能级（E1）的粒子数分别为N2和N1,它们服从波尔兹 曼分布： • N1/N2=e -(E2-E1)/KT =e - hγ/kT 常温下N1>>N2 . • 自发辐射：高能粒子可以自发跃迁到低能级发出辐射光 子hv,这称为自发辐射。 • •
• 反之，低能级的粒子可以受外来的激发（如光· 电 的激发）吸收光子跃迁上高能级。 • 受激辐射：部分高能级粒子，可在辐射感应之下， 跃迁到低能级而发出光子hv这称为受激辐射。 • 自发辐射与受激辐射不同，前者所发出的光子之 间，没有固定的相位关系，而后者与去感应的辐 射具有相同的频率和相位，因此，受激辐射发出 的光比自发辐射发出的光要强。
• • • • •
1.2.3激光处理应用实例 1)激光淬火 2)激光非晶化处理 3)激光切割 4)激光焊接
• • • • •
1.2.4激光的适用性 1表面形状特别复杂,可获得最小的变形 2严格指定断面 3处理区用常规方法难以实现 4被处理表面与表面比非常小,且极重要
• • • •
1.2.5激光热处理的发展动向 1)开发大功率激光器 2)激光深层淬火技术 3)应用激光的复合生产系统
• 激光具有如下的特性 • 相位一致，可以简单的相干衍射。 • 方向性好，即只在光轴方向得到增益，所 以可以获得发散角很小的光束 • 仅是激光物质所确定的波长被增益，所以 可以获得单一波长的光。
•
• 由于以上的特点具有优越的聚光性，可用 透镜和凹镜来聚光。 • 激光的应用范围很广，涉及测量、通讯、 医疗、加工、受控核聚变等领域，这里只 介绍处理件表面进行短时的局部加热处理。 其应用可见图。 • 图2激光加工的种类、照射条件
• 再制造:1984年美国<<技术评论>>提倡旧品翻新 或再生,并称为”重新制造”.利用各种维修技术, 它把因损坏,磨损或腐蚀等而失效的可维修的机械 零件翻旧如初,减少对能源`原材料和经费的浪费以 及对环境的污染.重新制造所需的能源为制造新品 的20%~60%,而价格却只有新品的40%~60%. • 应用例子:三峡工程挖泥船的发动机曲轴,磨损,换 新的120万,日本进口需三个月.采用电弧喷涂技术 修理,总费用3.5万,不足曲轴价格的3%,其经济效 益十分明显.这类的例子很多,不一一列举.
电镀、复合镀工艺 电镀后的热处理 斯塔那尔法；福雷兹 法；德尔桑法； 齐那尔法。
• 4表面工程学科体系 • 1)表面工程基础理论 表面失效分析;表面摩擦与磨 损;表面腐蚀与防护;表面界面结合与复合. • 2)表面技术及复合表面技术 复合表面技术;化学转 换膜技术;表面改性技术;表面涂层(厚膜)技术;表面 薄膜技术;表面化学粘涂技术;摩擦化学膜技术;表 面机械强化技术. • 3)表面加工技术 表面预处理加工;表面层的机械 加工;表面层年钢材腐蚀损失 占钢材总量的10％，经济损失占国民经济总产值 的２％～４％，我国国家科委对金属腐蚀做过调 查，每年损失达100～200亿元之多．如果加上因 腐蚀造成的停工、停产那损失会更大． • 用电弧喷涂铝涂层的桥梁、构架等防腐效果 可达20年，而普通油漆仅为２年 • 工,模具经耐磨处理,使用寿命一般提高3~5倍,高的 可达十倍.