表面工程技术
表面工程略微整理版
洁净表面：大块晶体的三维周期结构与真空间的过渡区,它涉及所有不具有晶体内特性的原子层,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。
抱负表面：当一块无限大的无缺陷的晶体被提成两个半无限大的晶体时，假如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同样，并且晶体在分割时没有原子进入或跑出分割面，这个分割面就是抱负表面冶金结合：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导致的磨损粘着磨损：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导致的磨损表面疲劳磨损：指由于在表面上反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：两固体表面间反复冲击作用下材料损伤和脱落的磨损形式磨光：是普通的运用砂粒、刃口将M机械性切割下来的过程，重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，重要目的是消除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：预解决干燥溶剂解决浸锌清洗氧化还原法：氧化/还原浸锌喷吹/冷却钝化解决涂油气体碳氮共渗：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：指运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：在无外加电流时具有欲镀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。
表面工程技术
表面工程技术
表面工程技术是一种在材料表面上进行处理和改进的技术。
它通过改变材料表面的组成、结构和性质，以达到增加材
料表面硬度、抗磨损、抗腐蚀、提高润滑性、改善表面外
观等目的。
表面工程技术广泛应用于各个领域，包括金属加工、汽车
制造、航空航天、能源等。
常见的表面工程技术包括镀层
技术、喷涂技术、热处理技术、化学处理技术等。
镀层技术是应用最广泛的一种表面工程技术，包括电镀、
热浸镀、喷镀等方法。
它可以在材料表面形成一层具有一
定性质的金属或非金属膜，用于提高材料的耐腐蚀性、耐
磨性和美观性。
喷涂技术是通过喷涂设备将涂料或粉末涂覆在材料表面，
形成一层保护层。
这种技术可以实现材料表面的功能改善，如增加耐磨性、耐热性、耐腐蚀性等。
热处理技术是通过加热和冷却的过程改变材料的结构和性质。
热处理可以提高材料的硬度、强度和耐磨性，改善材料的机械性能。
化学处理技术是利用化学反应将溶液中的活性物质与材料表面发生反应，形成一层化合物或被改变的表面层。
这种技术可以用于清洁、除锈、改善表面润滑性等。
除了以上提到的几种常见的表面工程技术，还有其他一些特殊的技术，如氮化、氧化、表面合金化等。
这些技术能够在材料表面形成一层具有特殊性质的薄层，以满足特定的要求。
表面工程技术及其应用
2) 德国大众从1941年开始再制造，到2004年已再制造发动机 748万台，变速器240万台。
3) 以色列将一台价值200万美元废旧波音747客机再制造成货机 后，售价达到8000万美元。
表面工程技术的发展
1. 传统的表面工程技术：表面热处理、表面渗碳及油漆技术。
1) 秦兵马俑宝剑表面是采用铬盐氧化工艺处理；“唐三彩”及 “景泰蓝”的处理工艺。
2) 高分子涂装技术：50年代油性涂料、天然树脂涂料→合成树 脂→水系涂料。
3) 传统的表面淬火：火焰加热→高频加热→激光束、电子束淬 火。
广州电视塔
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表面工程技术的应用—铁路交通
和谐号高速列车
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表面工程技术的应用—钻井平台
深水半潜式钻井平台COSLINNOVATOR(2011.10)
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表面工程技术的应用—舰船
辽宁舰航母
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表面工程技术的应用—舰船
辽宁舰航母
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表面工程技术在船舶机械零件中的应用
表面工程技术在柴油机气阀中的应用。 表面工程技术在曲轴等轴类零件中的应用。 表面工程技术在柴油机气缸盖阀座中的应用。 表面工程技术在尾轴耐磨衬套中的应用。 表面工程技术在柴油机燃烧室中的应用。 表面工程技术在船舶钢构件防腐中的应用。 表面工程技术在巴氏合金薄壁轴瓦中的应用。 表面工程技术在船舶其它机械零件中的应用。
2. 表面工程的学科体内容： 表面工程基础理论； 表面工程技术及复合表面技术； 表面加工技术； 表面质量检测与控制； 表面工程技术设计等。 3. 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
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。
现代表面工程技术
现代表面工程技术什么是表面工程？表面工程是将材料的表面与基体一起作为一个系统进行设计，利用各类表面技术，使材料的表面获得材料本身没有而又希望具有的性能的系统工程。
第一章表面技术概论表面技术是直接与各类表面现象或者过程有关的，能为人类造福或者被人们利用的技术----宽广的技术领域。
一、使用表面技术的目的1、提高材料抵御环境作用能力。
2、给予材料表面功能特性。
3、实施特定的表面加工来制造构件、零部件与元器件。
途径：表面涂覆：各类涂层技术（电镀、化学镀、热渗镀、热喷涂、堆焊、化学转化膜、涂装、气相沉积、包箔、贴片）。
表面改性：喷丸强化、表面热处理、化学热处理、激光表面处理、电子束表面处理。
二、表面技术的分类1、按作用原理(1)原子沉积电镀、化学镀、物理、化学气相沉积(2)颗粒沉积热喷涂、搪瓷涂敷(3)整体覆盖包箔、贴片(4)表面改性2、按使用方法(1)电化学法电镀、电化学氧化（阳极氧化）(2)化学法化学转化膜、化学镀(3)真空法物理、化学气相沉积、离子注入(4)热加工法热浸镀、热喷涂、化学热处理、堆焊(5)其它方法涂装、机械镀、激光表面处理三、表面技术的应用1、广泛性与重要性(1)广泛性➢内容广➢基材广➢种类多遍及各行业，用于构件、零部件、元器件，效益巨大(2)重要性•改善耐腐蚀、磨损、氧化、疲劳断裂、辐照损伤•提高产品长期运行可靠性、稳固性•满足特殊要求（必不可少或者唯一途径）•生产各类新材料、新器件（在制备临界温度超导膜、金刚石膜、纳米多层膜、纳米粉末、纳米晶体材料、多孔硅中起关键作用；又是许多光学、微电子、磁性、化学、生物等功能器件研究与生产的基础）2、在结构材料及构件与零部件上的应用表面技术作用：防护、耐磨、强化、修复、装饰3、在功能材料与元器件上的应用制造装备中具特殊功能的核心部件。
表面技术可制备或者改进一系列功能材料及元器件物理特性：•光学反射镜材料，防眩零件•热学散热材料，耐热涂层，吸热材料•电学表面导电玻璃，绝缘涂层•磁学磁记录介质，电磁屏蔽材料，磁泡材料化学特性：分离膜材料4、在人类习惯、保护与优化环境方面的应用(1)净化大气原料、燃料→CO2、NO2、SO2措施：回收、分解方法：制备触媒载体（钯炭、铂炭、钌炭、铑炭）(2)净化水质制备膜材料，处理污水、化学提纯、水质软化、海水淡化(3)抗菌灭菌TiO2（粉状、粒状、薄膜状）可将污染物分解•当光照射半导体化合物时，并非任何波长的光都能被汲取与产生激发作用，只有能量E满足式(1)的光量子才能发挥作用。
表面工程技术
表面改性技术。实际上“表面改性”是一个具有较为广泛涵义的技术名词，
第 5 讲 表面工程技术
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它可泛指“经过特殊表面处理以得到某种特殊性能的技术”。因此，有许多表 面涂镀层技术或薄膜技术也可看作表面改性技术。为了使各类技术归类完整， 这里所说的表面改性技术是指“表面覆盖”以外的，通过用机械、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，来获得某种特殊性能的表面处理技术。
涂层材料品种的发展也很快，已有单一金属、多种合金、高分子聚合物、 工程塑料、合成橡胶、陶瓷、金属陶瓷、无机硅酸盐及具有特殊光、磁、电 性能等等材料。同时制造涂层和薄膜的工艺技术和工艺方法亦愈来愈多，有 电沉积、化学沉积、真空沉积、浸镀、刷镀、静电喷涂、电泳、电弧喷涂、 等离子喷涂、爆炸喷涂、超音速喷涂、热熔敷、激光熔覆等。各类制造涂层 与薄膜的工艺技术促进了相应工程装备的发展，工程技术界不断推陈出新， 各类加工制造用设备愈来愈先进。
3. 常见表面技术的原理与应用
在上述三大类表面技术中，每一类又可分为多种技术，下面仅就几种常 见的利用化学或物理化学原理的表面技术及应用作一简单介绍。
3.1 涂料
涂料(coating)是一种用于涂装物体表面形成涂膜，从而起到保护、装饰、 标志和其他特殊功能（如绝缘、防污、减阻、隔热、耐辐射、导电、导磁等） 的材料。
我国于 1987 年由中国机械工程学会建立了学会性质的表面工程研究所， 1988 年《中国表面工程》杂志在中国创刊，1997 年经国家科委正式批准更名 为《中国表面工程》，面向国内外公开发行，2000 年，全国焊接学会将原来 的“堆焊与热喷涂专业委员会”正式更名为“堆焊及表面工程专业委员会”。 从 1989 年召开了第一届全国表面工程学术交流会起，以后每两年召开一次， 并先后于 1997 年 11 月和 1999 年 10 月在上海召开了第一届及第二届表面工 程国际会议。与此同时，我国的大专院校、科研院所、工矿企业也相继建立 了数以百计的以“表面工程”或“表面技术”冠名的研究机构，从而使表面 工程的发展达到了一个新的高度。图 1 列出了表面工程产业的概览。
表面工程技术
表面工程技术一、热喷涂热喷涂技术是采用气体、液体燃料或电弧、等离子弧、激光等作热源，使金属、合金、金属陶瓷、氧化物、碳化物、塑料以及它们的复合材料等喷涂材料加热到熔融或半熔融状态，通过高速气流使其雾化，然后喷射、沉积到经过预处理的工件表面，从而形成附着牢固的表面层的加工方法。
1.热喷涂具有以下特点:1)取材范围广，几乎所有的工程材料都可以作为喷涂材料。
2)几乎所有固体材料都可以作为基体进行喷涂。
3)工艺灵活, 施工范围小到10mm的内孔，大到铁塔、桥梁。
4)喷涂层厚度可调范围大，从几十微米到几毫米，而且表面光滑，加工量少。
5)工件受热程度可以控制，热喷涂时工件受热程度可控制在30～200℃之间，保证不改变基体的金相组织，工件不会发生畸变。
6)比电镀生产率高。
7)可赋予普通材料以特殊的表面性能，可使材料满足耐磨、耐蚀、抗高温氧化、隔热等性能要求，达到节约贵重材料，提高产品质量，满足多种工程和尖端技术的需求。
2.热喷涂工艺原理喷涂层是由无数变形粒子互相交错呈波浪式堆叠在一起的层状组织结构。
3.热喷涂材料热喷涂材料的材质可分为金属及其合金、陶瓷、金属化合物、某些有机塑料、玻璃、复合材料等。
4.几种不同热源的热喷涂方法1）火焰喷涂火焰喷涂的基本原理是通过乙炔、氧气喷嘴出口处产生的火焰，将线材（棒材）或粉末材料加热熔化，借助压缩空气使其雾化成微细颗粒，喷向经预先处理的粗糙工件表面使之形成涂层。
2）电弧喷涂电弧喷涂的基本原理是将两根被喷涂的金属丝作自耗性电极，连续送进的两根金属丝分别与直流的正负极相连接。
在金属丝端部短接的瞬间，由于高电流密度，使两根金属丝间产生电弧，将两根金属丝端部同时熔化，在电源作用下，维持电弧稳定燃烧；在电弧发射点的背后由喷嘴喷射出的高速压缩空气使熔化的金属脱离金属丝并雾化成微粒，在高速气流作用下喷射到基材表面而形成涂层。
3）等离子喷涂等离子喷涂法是利用等离子焰的热能将引入的喷涂粉末加热到熔融或半熔融状态，并在高速等离子焰的作用下，高速撞击工件表面，并沉积在经过粗糙处理的工件表面形成很薄的涂层。
现代表面工程技术
同时，复合电镀、纳米电镀等新型电镀技术不断涌现，为电镀行业带来
新的发展机遇。
化学镀技术
原理
化学镀是一种无需外加电流，通过化学反应在基体表面沉积金属或合金层的过程。与电镀 相比，化学镀具有设备简单、操作方便、镀层均匀等优点。
应用
化学镀技术广泛应用于电子、航空、石油等领域。例如，化学镀镍可用于电子器件的电磁 屏蔽和耐磨涂层；化学镀铜可用于印刷电路板的导电层；化学镀金可用于精密仪器的装饰 和防腐等。
现代表面工程技术
• 表面工程概述 • 表面预处理技术 • 表面涂层技术 • 表面改性技术 • 表面复合处理技术 • 表面工程新技术展望
01
表面工程概述
表面工程定义与分类
表面工程定义
表面工程是一种通过改变材料表面性 质、组成、结构或形态，以获得所需 性能或功能的综合性技术。
表面工程分类
根据表面处理方式和目的的不同，表 面工程可分为表面改性、表面涂层、 表面合金化、表面复合处理等多种类 型。
THANKS
感谢观看
微粒选择
根据使用要求，选择不同材质、形状和大小的微粒，如陶瓷颗粒、 金刚石、碳纤维等。
工艺参数
控制电镀液成分、温度、电流密度等工艺参数，实现微粒与金属 离子的均匀共沉积。
复合化学镀技术
复合化学镀原理
利用化学反应在基体表面沉积金属或合金，同时 加入微粒形成复合镀层。
镀液成分
选择合适的还原剂、络合剂、稳定剂等，保证镀 液的稳定性和沉积速度。
应用
热喷涂技术广泛应用于航空航天、石油化工、机械制造等领域。例如，热喷涂陶瓷涂层可用于航空发动机的高温防护 ；热喷涂金属涂层可用于修复磨损的机械零件；热喷涂塑料涂层可用于管道的防腐等。
《现代表面工程技术》课件
• 表面工程技术的概述 • 表面工程技术的种类 • 表面工程技术的应用案例 • 表面工程技术的未来发展 • 结论
目录
01
表面工程技术的概述
表面工程技术的定义
01
表面工程技术是通过物理、化学 或机械等方法，改变材料表面的 形貌、组成、结构或性质，以达 到预定性能要求的综合性技术。
化学镀技术
总结词
环保、均镀能力强的表面处理技术
详细描述
化学镀技术是一种利用化学反应在金属表面沉积金属或合金的过程，具有环保、均镀能力强、工艺简 单等优点。化学镀技术可以应用于各种基材，如金属、非金属、陶瓷等，因此在汽车、电子、航空航 天、生物医学等领域得到广泛应用。
热喷涂技术
总结词
可喷涂材料广泛、应用灵活的表面处理 技术
21世纪
表面工程技术向智能化、精细化、绿 色化和复合化方向发展，涉及更多新 材料和新技术领域。
02
表面工程技术的种类
电镀技术
总结词
应用广泛、历史悠久的表面处理技术
详细描述
电镀技术是一种利用电解原理在金属表面沉积金属或合金的过程，广泛应用于汽车、电子、航空航天、建筑等领 域。电镀技术具有悠久的历史，可以追溯到19世纪初，经过不断的技术改进和材料创新，电镀技术已经成为现代 工业中不可或缺的表面处理手段。
02
表面工程技术涉及多个学科领域 ，如材料科学、化学、物理和工 程学等。
表面工程技术的应用领域
航空航天
提高飞机和航天器的耐腐蚀、 抗氧化和抗疲劳性能。
汽车工业
增强汽车零部件的耐磨、耐腐 蚀和抗疲劳性能，提高燃油经 济性和环保性能。
能源领域
应用于太阳能电池、燃料电池 和核能等领域的材料表面处理 ，提高能源转换效率和稳定性 。
现代表面工程技术-主要内容
1．使用表面技术的目的？（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。
包括光、电、磁、热、声、吸附、分离等等各种物理和化学性能。
（3）实施特定的表面加工来制造构件、零部件和元器件。
2 按学科特点将表面技术大致划分为三个方面1）表面合金化：包括喷焊、堆焊、离子注入、激光溶敷、热渗镀等。
2）表面覆层与覆膜技术：包括热喷涂、电镀、化学转化处理、化学镀、气相沉积、涂装、堆焊、金属染色、热浸镀等。
3）表面组织转化技术：包括激光、电子束热处理技术以及喷丸、辊压等表面加工硬化技术。
3.表面技术: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。
4．表面粗糙度常采用如下方法表示，请用线段连接相应的采示符号。
轮廓算术平均偏差： R a微观不平度+点高度R z轮廓最大高度R y5电镀的基本原理及其分类？电镀是指在直流电的作用下，电解液中的金属离子还原，并沉积到零件表面形成有一定性能的金属镀层的过程。
电解液主要是水溶液，也有有机溶液和熔融盐。
从水溶液和有机溶液中电镀称为湿法电镀，从熔融盐中电镀称为熔融盐电镀。
6．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。
7．合金共沉积的条件？两种金属离子共沉积除需具备单金属沉积的基本条件外，还应具备以下两个基本条件：①两种金属中至少有一种金属能从其盐的水溶液中沉积出来。
表面工程技术在材料科学中的应用
表面工程技术在材料科学中的应用表面工程技术是一种将材料表面进行改性和处理的技术，旨在提高材料的表面性能和功能。
在材料科学领域，表面工程技术广泛应用于各种材料的表面改性、防腐、涂覆、增强和修复等方面，在提高材料性能、改善材料耐久性和使用寿命等方面发挥着重要作用。
本文将从几个重要方面具体介绍表面工程技术在材料科学中的应用。
首先，表面工程技术常被用于改善材料的耐磨性能。
通过对材料表面进行加工和处理，可以增加材料的表面硬度、耐磨性和耐蚀性，从而提高材料在摩擦、磨损和腐蚀环境下的使用寿命和耐久性。
例如，在机械制造领域中，通过对零件表面进行表面渗碳、氮化或氮化碳处理，可以大幅度提高材料的硬度和耐磨性，使得零件能够在高温、高压和大负荷环境下长时间运行而不损坏。
此外，对一些常见材料如钢铁、铜、铝等的表面进行镀层、硬化或涂覆等处理，也能有效提高材料的表面硬度和耐磨性能。
其次，表面工程技术在材料科学中还常用于改善材料的表面润滑性能。
通过在材料表面形成一层低摩擦系数的薄膜，可以降低材料表面的粗糙度和表面摩擦力，提高材料的润滑性能和滑动性能。
例如，在汽车制造领域中，表面工程技术常被用于制造发动机缸体、气缸套、活塞环等零件的润滑面。
通过在润滑面上进行硬质涂层、纳米复合涂层或摩擦剂涂层等处理，可以降低零件之间的摩擦力和磨损，提高零件的润滑性和工作效率。
此外，表面工程技术在材料科学中还被广泛应用于改善材料的防腐性能。
通过在材料表面形成一层致密、均匀的防腐蚀层，可以有效阻隔外界氧气、湿气和腐蚀介质的侵蚀，延缓和防止材料的腐蚀和损坏。
例如，在船舶制造、海洋工程和化工设备等领域中，表面工程技术经常被用于制造金属材料的防腐层。
通过电镀、涂覆、喷涂或热喷涂等方法，可以在材料表面形成一层具有良好的抗腐蚀性能的金属或陶瓷涂层，从而提高材料的抗腐蚀性和使用寿命。
另外，表面工程技术在材料科学中还常被用于提高材料的界面粘接性能。
在多种材料接合和复合材料制备中，表面工程技术可以提供一种有效的方法来增加材料之间的结合强度和界面粘接性。
表面工程-第2章-表面工程技术的物理、化学基础
*
重构—表面原子在水平方向的周期性不同于体内的晶面，表面重构能使表面结构发生质的变化。 台阶化—指实际晶体的外表面由许多密排面的台阶构成。 偏析—指化学组分在表面区的变化。
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2.1 固体表面外层四个原子层 的重构示意图（b）
*
(4)吸附对材料力学性能的影响 －莱宾杰尔效应
莱宾杰尔效应是指因环境介质的影响及表面自由能减少导致固体表面强度降低的现象。 莱宾杰尔效应的本质：是金属表面对活性介质的吸附，使表面原子的不饱和键得到补偿，表面能降低，改变了表面原子间的相互作用，使金属的表面强度降低。
*
TLK模型的物理意义：
当温度从0K升到TK时，由于原子的热运动，在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和表面空位。
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*
2.1.4 表面扩散
平行表面的运动—得到均质的、理想的表面强化层； 垂直表面向内部的运动—得到一定厚度的合金强化层。
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晶体表面是原子排列面，有一侧无固体原子的键合，形成了附加的表面能。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态。达到这个稳定态的方式有两种： 一是自行调整，使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、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于稳定态，因而使表面组分与材料内部不同。
*
化学键结合界面－是指覆层材料与基材之间发生化学反应、形成成分固定的化合物时，两种材料之间的界面。 特点：结合强度较高，缺点是界面的韧性较差，在冲击载荷或热冲击下，容易发生脆断或剥落。 处理方法：物理和化学气相沉积、离子注入、热扩渗、化学转化膜、阳极氧化和化学氧化技术等
(精选)表面工程技术的基础理论
35
物理吸附的位能曲线可近似地用Lennard-Jones势 表示：
排斥力
吸附力
兰纳-琼斯势（LennardJones potential function, 又
称L-J势能函数或6-12势能函
数）是计算化学中用来模拟
两分子间作用势能的一个函
数。
ε等于势能阱的深度，σ是互
13
理想表面 这种理想表面在自然界
中是不存在的。
14
清洁表面结构
清洁表面是指经过特殊处理后，保持在超真空 条件下，使外来污染少到不能用一般表面分析 方法探测的表面。获得清洁界面的方法诸如离 子轰击、高温脱附、超高真空中解理、蒸发薄 膜、场效应蒸发、化学反应、分子束外延等。 清洁界面是客观存在的。但实际上，即使在10 －6Pa－10－9Pa超高真空下，清洁表面仍会吸 附外来原子薄层。
2．贝尔比层
固体材料经过切削加工后，在几个微米或者十 几个微米的表层中可能发生组织结构的剧烈变 化，既造成一定程度的晶格畸变。
这种晶格的畸变随深度变化，而在最外的，约 5nm-10nm厚度可能会形成一种非晶态层。这 层非晶态称为贝尔比层。
其成分为金属和它的氧化物，而性质与体内明 显不同。
29
能力。
45
润湿理论的应用
润湿理论在各种工程技术尤其是表面工程技术中应用 很广泛。
在金属炊具表面涂一层憎水的聚四氟乙烯(PTFE)。 加入使σL-G和σS-L 减小的表面活性物质，增加润湿
程度，如清洗剂。 加入使σL-G和σS-L 增大的表面惰性物质，降低润湿
程度，如防雨布。 钎焊的钎剂可提高钎料在高温液态下对基材的润湿
这类材料常用来制造各种装备中具有独特功能的 核心部件。
第二章-表面工程技术的基础理论
☻ 但这种方法不能除去像碳等难于蒸发的原子。
清洁表面的获得
3．离子多次轰击法
☻ 把样品表面在真空中循环地用惰性气体离子 轰击和退火的方法。
☻ 单次轰击后晶体内的杂质还可分离到表面上 来，这种方法必须进行多次的反复轰击和退火。
☻ 对于大多数表面都是有效的，还可以清除用 第二种方法清除不了的难蒸发的原子。
所以要获得清洁表面，必须采取一些特殊的 处理措施。
清洁表面的获得
1．在真空中解理晶体
☻ 金属(合金)沿某些严格的结晶学平面发生分离的断 裂(穿晶)称为解理。 在真空条件下，使金属产生解理， 可获得清洁表面。
☻ 受可解理的材料和平面的限制，仅能解理几种金属 的单晶，如铍、锌、铋和 锑等。
2．把表面在真空中作热处理，使温度高到足以 蒸发掉表面的污染物
③两者可在一定条件下转化，如在铜上，氢分子 的物理吸附，经活化而进一步与铜催化表面接近， 就可以转化为解理面氢化学吸附。
• 物理吸附与化学吸附的比较
吸附力 吸附层数
可逆性 吸附热 吸附速率 吸附选择性
物理吸附 范德华力 多分子层或单分子层 “可逆” 小(近于冷凝热)
快 无或很差
化学吸附 化学键力 单分子层 “不可逆” 大(近于反应热)
(5)吸附态的光谱不同 物理吸附只能使原吸附分 子的特征吸收峰发生某些位移，或使强度改变。 而化学吸附会在光谱区产生新的吸收峰。
物理吸附和化学吸附的联系
①某些情况下，物理吸附物和吸附剂之间相互作 用拉长某些化学键，使分子化学性质改变，这样 很难断言为何种吸附；
②有些化学吸附可以直接在吸附物与吸附剂之间 进行，而相当多的化学吸附必须先经过物理吸附， 然后再进行化学吸附；
表面工程技术的物理化学基础
2. 摩擦、磨损分类 按照工作条件的差别，摩擦可以分为4类： （1）干摩擦：就是无润滑摩擦。摩擦系数和磨损率都是最高的。 （2）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。 （3）流体润滑摩擦：对摩表面完全被油膜隔开，靠油膜的压力平衡外载荷，具有最小的摩擦系数。这时的摩擦阻力取决于润滑油的内摩擦系数（粘度）。因此，从节能、延长使用寿命和减少磨损的角度看，都是最理想的摩擦条件。摩擦系数通常在左右。 （4）滚动摩擦：和滑动摩擦的形式和机理都不同，滚动摩擦系数比滑动小的多。 按照磨损的机理，磨损可分为7大类： 粘着磨损、磨粒磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损、微动磨损、冲蚀磨损和高 温磨损。 二、粘着磨损、润滑和固体润滑
第二章 表面工程技术的物理、化学基础
机械加工表面 粗糙度： 轮廓的算术平均偏差（Ra) F1+F3+ ….+Fn-1=F2+F4+…+Fn 抛光： Ra 0.4um 热喷涂：Ra 3.2-12.5um.
一般材料表面往往吸附一层外来原子，如果是金属，表面还会存在氧化皮。 界面
4.一般表面
涂层材料熔化，基体表面半熔化，凝固结晶以后形成的界面.实质是金属健结 合.激光熔覆、堆焊、喷焊。
固体表面的物理吸附和化学吸附 吸附的基本特性 物体表面上的分子或原子力场不饱和，有吸引周围其它物质（气体、液体）的分子的能力，就是吸附作用。是表面最重要的性质之一。 固体表面的吸附分为物理吸附和化学吸附，物理 吸附的力是范德华力。化学吸附中力是化学键。 化学吸附的结合力比物理吸附大多了。 固体对气体、液体、固体的吸附
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表面扩散不仅依赖于外界环境（如：温度、 气压等），还取决于晶体面化学组分，晶格 结构、电子结构级与之相关的表面势
2020/3/22
2.4：表面扩散的应用
采用真空固态扩散渗铝的 方法，在420 ℃对AZ91D镁 合金进行表面合金化改性 处理。对渗铝层的组织结 构、耐腐蚀性能、显微硬 度等进行了研究，测量了 该合金扩散渗铝前后试样 的电化学腐蚀极化曲线。 结果表明，该渗铝层明显 改善了AZ91D镁合金在质量 分数5%NaCl溶液中的耐腐 蚀性能，并提高了材料的 表面显微硬度(1600~1800 MPa)。
目录
• 表面工程技术第二章 第二节（2.2）：表面缺陷与表面扩散 第三节（2.3）：表面扩散
课外补充 2.4：表面扩散的应用
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第二节（2.2）：表面缺陷与表面扩散
清洁表面实际上不会是完整表面，是因为这 种原子级的平整表面的熵很小。属热力学不 稳定状态，故而清洁表面必然存在台阶结构 等表面缺陷
低能电子衍射等实验证实，许多单晶体的表 面有平台，台阶和扭折。电子束从不同台阶 反射时会产生位差。如果台阶密度较高，各 个台阶的衍射线之间会发生相干效应。在台 阶规则分布时，表面的LEED斑点分裂成双重 的。如果台阶不规则分布，则一些斑点弥散 ，另一些斑点明锐。
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单晶表面边壁和拐结的数目与表面的热起伏 和表面的几何尺寸有关。
在热平衡条件下，若不考虑几何尺寸因素， 那么表面缺陷的浓度就固定在不变，而且只 是温度的函数。 吸附原子、坪空格点边壁吸附原子和拐结尤 其如此。
影响因素
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TLK模型的基本特征有哪些？可以通过什么实 验来正式?
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第三节（2.3）：表面扩散
单个吸附原子也许会在跳跃过几个晶格常数 长的距离后跳跃过一个平台 吸附原子也许会沿着一个突缘的长度方向扩 散 空位也许会由于接连被表面原子所充填而向 四周扩散。
表面工程技术
皇家佛南工学院大金材专业满分组
我们是满分组合
自作自讲者组长：金材1103班丁文圆 第三节伟大的讲师：金材1101班庞浩。 此PPT设计师：金材1101班李柳青 视频供应商：金材1101班蒋智秋，崔园春，金材 1102班王琴，金材1102班熊胜佳。 问题老二：金材1101班桑建权。 酱油王者：金材1101班陈伟，。
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AZ91D镁合金是什么意思？
2020/3/22
供应扩 散板洗 片机， 表面除 尘，静 电除尘 机，
2020/3/22
发生扩散的条件有哪些？ 为什么表面扩散比体内 扩散要快的多？
2020/3/22
小结局。谢谢您的观赏
2020/3/22
实际晶体的外表面往往不是一个密排面，而 是由许多密排面的台阶构成。
实际晶体表面包括很多互相平行的平台面或 台面。这些平台面都与晶体内某个低面指数 2
TKL模型的基本特征
相邻原子平台被单层原子高度的边壁所隔开。 原子壁或台阶本身呈横向凹凸状 同一原子边壁可有一个或多个拐结