材料表面工程技术-
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。
材料表面工程的技术手段与应用
材料表面工程的技术手段与应用随着社会的发展，科技的进步，现代工业对材料性能的要求越来越高，其中对材料表面性能的要求尤为突出。
如何对材料表面进行改性以达到更优异的性能成为了工业界的重要问题。
材料表面工程是现代表面技术的重要分支之一，其主要是利用先进的材料表面处理技术手段，对材料表面的原有性能进行改性以达到一定的需要，广泛应用于航空、电子、机械、汽车、建筑等领域。
一、材料表面工程的技术手段1.化学镀膜化学镀膜是表面工程的一种简单、方便、低成本的处理方式，主要是将金属离子还原成金属沉积在材料表面上，从而提高材料表面的硬度、耐腐蚀性和装饰性等。
常见的化学镀膜有镀铬、镀铜、镀镍等。
2.物理镀膜物理镀膜是利用真空技术将一层金属沉积在材料表面上的一种表面处理方式，主要包括真空镀膜和溅射镀膜两种。
真空镀膜是将金属加热至蒸气状态，将气体抽空后，由真空镀膜设备内的电子围绕金属，离子产生激发，然后金属沉积在材料表面上的一种表面处理方式。
溅射镀膜是将材料置于被放电的惰性气体间，利用被放电的气体产生的离子将材料表面上的原子溅射掉，然后使被溅射的材料沉积在所需表面上的一种处理方式。
3.化学处理化学处理主要是利用化学反应改变材料表面的物理结构和化学性质，达到材料的改性目的，如氧化、氟化、磷化等。
其中，氧化处理是指将材料表面置于高温酸性或碱性溶液中使其氧化形成一定厚度的氧化层，从而提高材料表面的硬度和抗腐蚀性等。
4.电化学处理电化学处理是指在电解液中，利用电场变化来使材料表面的原有金属结构进行变化，从而起到一定改性效果的处理方式，如阳极氧化、电化学陶瓷涂层等。
二、材料表面工程的应用1.抗腐蚀材料表面的腐蚀问题是材料在使用过程中面对的主要问题之一，而材料表面工程从原始材料选择、制备加工、表面改性等多方面入手，通过现代的表面处理技术控制材料表面的微观结构、物理化学性质，从而实现材料表面的抗腐蚀性能的提高。
2.功能材料表面工程技术在功能材料的制备中发挥了非常重要的作用。
材料表面工程技术练习题(答案)
材料表面工程技术练习题（答案）一、解释名词1.喷丸强化技术: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、疲劳强度和抗压力腐蚀能力的表面工程技术。
2.干法热浸渗:先将经常规方法脱脂除锈清洗后的清洁工件或钢材进行溶剂处理，干燥后再将工件浸入欲渗金属溶液中，保温数分钟后抽出，水冷。
3.粘结底层:某些材料能够在很宽的条件下喷涂并粘结在清洁、光滑的表面上，而且这类涂层表面粗糙度适中，对随后喷涂的其它涂层有良好的粘结作用。
4.溅射镀膜:用高能粒子轰击固体表面，通过能量传递，使固体的原子或分子逸出表面并沉积在基片或工件表面形成薄膜的方法。
(在真空室中，利用荷能粒子轰击材料表面，使其原子获得足够的能量而溅出进入气相，然后在工件表面沉积的过程。
)5.分子束外延:在超高真空环境中，将薄膜诸组分元素的分子束流，直接喷到温度适宜的衬底表面上，在合适的条件下就能沉积出所需要的外延层。
6.激光合金化技术:激光合金化就是利用激光束将一种或多种合金元素快速熔入基体表面，从而使基体表层具有特定的合金成分的技术。
换言之，它是一种利用激光改变金属或合金表面化学成分的技术。
7.物理气相沉积:在真空条件下，利用各种物理方法，将镀料气化成原子、分子或使其粒子化为离子，直接沉积到基体表面上的方法。
8.真空蒸镀:在真空条件下，用加热蒸发的方法使镀料转化为气相，然后凝聚在基体表面的方法。
9.热喷涂工艺:热喷涂是用专用设备把某种固体材料熔化并使其雾化,加速喷射到机件表面,形成一特制薄层,以提高机件耐蚀、耐磨、耐高温等性能的一种工艺方法。
10.气相沉积:气相沉积技术也是一种在基体上形成一层功能膜的技术，它是利用气相之间的反应，在各种材料或制品表面沉积单层或多层薄膜，从而使材料或制品获得所需的各种优异性能。
气相沉积技术一般可分为两大类:物理气相沉积(pvd)和化学气相沉积(cvd)。
材料表面工程的发展前景
材料表面工程的发展前景材料表面工程技术是应用化学、物理和材料学的原理，对材料表面进行改善和优化的一种新兴技术。
经过多年的发展，材料表面工程技术已经成为了当今世界工业领域中不可或缺的重要技术之一。
材料表面工程技术的发展，不仅可以提高材料的表面性能和功能，还可以延长材料的使用寿命，降低生产成本，从而推动整个传统工业的升级和进步。
本文就材料表面工程的发展前景进行了探讨。
一、材料表面工程的应用前景材料表面工程技术的应用广泛，例如，电子行业的微处理器、半导体器件和显示器等都需要高质量的材料表面处理。
汽车、航空航天、机械、建筑等领域也需要高品质的材料表面处理技术。
涂料、化学品、食品、医药、纺织品等行业也需要利用材料表面工程技术提高产品的品质，延长产品的寿命。
可以说，几乎所有制造业的领域都需要材料的优化和改善，因此，材料表面工程技术具有广泛的应用前景。
二、材料表面工程的技术趋势1、绿色环保在传统的材料表面处理过程中，存在很多对环境危害很大的化学品，这些化学品的使用会产生大量有毒有害的废气、废水和废渣等环境问题。
在当今环保大潮的推动下，越来越多的材料表面处理技术开始向绿色环保方向发展，如采用可降解、易回收的无机盐等替代有毒有害的化学品，采用电泳沉积、溶胶凝胶、喷涂等无废液的工艺等。
2、高效节能随着全球资源和能源日益紧张，材料表面工程技术在节约材料、节约能源、提高效率等方面也存在着大量的潜力和需求。
近年来，越来越多的工人探索采用低能耗、高效率的新型材料表面处理技术，如等离子喷涂、电弧离子镀、射频磁控溅射、光子晶体等。
3、数字化智能化随着工业4.0的逐渐兴起，数字化智能化技术将越来越多地应用于材料表面处理技术领域中。
例如，采用先进的模拟仿真和计算机辅助设计技术来设计新材料和开发新工艺，采用机器人、智能控制和远程监控来实现自动化流程控制等。
三、材料表面工程的发展趋势1、材料多元化随着科技进步和市场需求的不断变化，材料种类也变得越来越丰富。
材料表面工程技术的研究与应用
材料表面工程技术的研究与应用随着社会的不断发展和科技的不断进步，各行各业都对材料的性能要求越来越高。
而随着材料与科技的快速发展，材料的表面工程技术也得到了广泛的应用。
材料表面工程技术主要是指对材料表面进行改良和处理，以提高材料的耐磨性、耐腐蚀性、抗氧化性等性能，从而提高材料的使用寿命以及降低整体使用成本。
一、材料表面工程技术的种类材料表面工程技术包括各种方法，比如离子注入、化学沉积、物理气相沉积、溅射、电解沉积和喷涂等物理和化学处理方式。
不同的材料和不同的表面条件需要不同的处理方法。
比如，喷涂是可以用于大面积区域处理的方法，可以增加防护层来提高材料的耐用性;电解沉积则可以用于小尺寸和具有高精度的细节部分。
二、材料表面工程技术的应用材料表面工程技术应用广泛，主要应用于以下几个领域：1.航空航天领域在航空航天领域，材料的耐用性和抗氧化性是非常重要的。
许多航空航天组件要经常受到高速飞行、极端温度和压力等环境的考验，因此对材料的表面处理成为重中之重。
材料表面工程技术有助于增加组件的寿命和可靠性。
2.汽车工业在汽车工业中，汽车零部件的表面处理也非常重要。
因为汽车结构复杂，需要各种不同种类的组件。
同时，汽车也需要经受各种极端环境的考验，如沿海地区的腐蚀、高温和低温等。
因此，汽车零部件的表面处理无论是在机械方面还是在外观上都有很多要求。
3.化工领域在化工领域，物料需要在高温、高压和高腐蚀环境下工作。
因此，对设备表面的保护也非常重要。
表面工程技术可以帮助化学工艺设备抵御腐蚀，提高设备的使用寿命。
三、材料表面工程技术的未来未来的研究和发展趋势指向更高效和可持续的材料表面处理。
未来的目标是将成本和性能进行均衡，从而使表面工程成为更实用的处理方式。
为此，表面工程材料的发展趋势主要体现在以下方面：1.发展更环保的工艺随着环保意识的提高，未来的表面处理工艺要尽可能减少化学废物的排放，减少对环境的损害。
未来或许可以采用更环保、更可持续的方法。
材料表面工程技术课件
功能材料表面改性实例
高分子材料表面改性
通过化学或物理方法，改变高分子材料的表面能、极性和 润湿性，提高其与其它材料的粘结性和相容性。
石墨烯表面修饰
通过化学反应，在石墨烯表面引入官能团或其它基团，改 变其物理和化学性质，实现其在传感器、电池等领域的应 用。
通过电解作用在材料表面附着一层金属膜的技术
详细描述
电镀技术利用电解原理，在材料表面附着一层金属膜，以提高材料的耐腐蚀性 、耐磨性和装饰性。电镀技术广泛应用于汽车、电子、建筑和航空航天等领域 。
化学镀技术
总结词
通过化学反应在材料表面沉积金属或合金的技术
详细描述
化学镀技术利用化学反应在材料表面沉积一层金属或合金，以提高材料的耐腐蚀 性、耐磨性和导电性。化学镀技术广泛应用于电子、生物医学和装饰等领域。
生物材料表面改性
通过物理或化学方法，改变生物材料的表面性质，使其具 有更好的生物相容性和功能性，如组织工程、药物传递和 生物检测等领域的应用。
05
材料表面工程技术展望
新材料表面工程技术的发展趋势
纳米表面工程技术
利用纳米技术提高材料表 面的耐磨、耐腐蚀和抗疲 劳等性能，满足高精度、 高性能的应用需求。
化学气相沉积技术
总结词
通过化学反应将气态物质转化为固态物质沉积在材料表面的技术
详细描述
化学气相沉积技术利用化学反应将气态物质转化为固态物质，并沉积在材料表面，形成一层薄膜。化 学气相沉积技术广泛应用于电子、光学和生物医学等领域。
03
材料表面改性技术
表面合金化技术
表面合金化技术是通过在材料表面添加合金元素，改变材料表面的成分和结构，从 而提高材料表面的性能。
材料表面技术
电镀应用
§2 电镀和化学镀
（8）耐蚀镀： ①镀Zn，如镀Zn钢板；还可电镀Zn合金，如Zn-Ni（13％）， Ni4Zn3金属间化合物。 ②镀Sn，美丽的光泽，对含果实类耐有机酸耐蚀能力很好，对 Sn的钎焊性能好，用于食品罐头盒、无线电接插件及引线等 元件。 ③镀Ni，常存在孔隙，需多层电镀，用于汽车、仪表等。 ④镀Cu，用于多层电镀的底层或中间层。 ⑤镀Mn，用于海水中混凝土钢筋。
材料表面技术§1 材料表面技术述§2 电镀和化学镀§3 化学转化膜技术
§4 表面涂敷技术 §5 气相沉积技术 §6 高能束表面技术简介
§1 材料表面技术概述
表面工程是利用物理的、化学的、物理化学的以及机械 的等工艺方法，使工件表面获得可要求的成分、组织和性能， 以提高产量质量的工程。始于20世纪80年代 。 主要包括： （1）热处理，表面淬火、化学热处理等，以提高表面强度、硬度、
（10）复合镀：在金属基体上分布一些高硬度氧化物、碳化物 质点，常以Ni、Co为主体金属，如化学镀Ni-P、Ni-B为主体 金属，分散硬颗粒是SiC等，Ni-P-SiC复合镀层的耐磨性比镀 Ni层高70％，已用于汽车发动机。
电镀应用
硬币的设计
§2 电镀和化学镀
第五套人民币硬币 1元硬币 白铜、钢芯镀镍 5角硬币 黄铜、钢芯镀铜 1角硬币 不锈钢
电镀实验演示视频
电镀生产实例视频 1 2
电镀应用
§2 电镀和化学镀
（1）镀Mo显著提高发动机QT缸体的耐磨性。 （2）汽油机铸铝活塞裙部外表面镀Sn。 （3）活塞环用合金ZT，第一道环镀Cr，第二道环镀Sn或P化。 （4）拉伸钢质零件，毛坯表面需镀Cu或P化，使毛坯表面形成 一层隔离层，能储存润滑剂，具有自润性能。 （5）电镀黄铜（仿金电镀），如Cu-Zn、Sn-Cu-Zn，可能到 18K～24K黄颜色仿金电镀层，可用于：灯饰、日用五金制品；汽 车轮胎子午线钢丝的电镀，提高橡胶与钢丝的结合强度；节约Au， 在镀Au前先镀黄铜。 （6）减摩镀—轴承电镀，电镀软金属如Sn、Pb、In等，在摩擦 表面上改善磨合性能。
材料表面工程_ 物理气相沉积与磁控溅射_
Materials Surface Engineering 材料表面工程
第1章气相沉积技术与磁控溅射
第七章气相沉积技术
一、气相沉积技术及其分类
气相沉积技术是近年来迅速发展的表面技术，它利用气相在各种材料或制品的表面进行沉积，制备单层或多层薄膜，使材料或制品获得所需的各种优异性能。
该技术也被称为“干镀”，主要分PVD 和CVD ：物理气相沉积（Physical Vapor Deposition ）化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition ）等离子化学气相沉积（Plasma Chemical Vapor Deposition ）气相沉积技术
（1）物理气相沉积（Physical Vapor Deposition，PVD）：是在真空条件下，采用各种物理方法，将固态的镀料转化为原子、分子或离子态的气相物质后，再沉积于基体表面从而形成固体薄膜的一类薄膜制备方法。
（2）化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，CVD）：把还有构成薄膜元素的一种或几种化合物、单质气体提供给基体，借助气相作用或基体表面上的化学作用形成薄膜。
（3）兼具二者优势的等离子化学气相沉积（ＰＣＶＤ）
气相沉积的特点
①气相沉积的环境为密闭的高真空环境，原料的转化率高，
减少材料的浪费。
②气相沉积可降低来自空气的污染，所得的沉积膜纯度高。
③能在低温条件下制备高熔点物质。
④便于制备多层复合膜，层状复合材料和梯度材料。
成
具
机械零件
塑料模具
冲压模具
汽
车工业︱发动机零
件。
材料表面工程技术
材料表面工程技术材料表面工程技术是一门应用科学，它涉及到改善材料表面性能的一系列工艺和方法。
在现代工业生产中，材料表面工程技术的应用已经成为提高材料性能、延长材料使用寿命、节约资源和保护环境的重要手段。
本文将就材料表面工程技术的概念、分类、应用和发展前景进行简要介绍。
材料表面工程技术的概念。
材料表面工程技术是指通过对材料表面进行改性处理，以提高材料的表面性能和使用寿命的一系列工艺和方法。
它主要包括表面改性、表面合金化、表面涂层、表面喷涂、表面热处理等技术手段。
通过这些技术手段，可以改善材料的耐磨性、耐蚀性、耐热性、抗疲劳性等性能，从而满足不同工程领域对材料性能的要求。
材料表面工程技术的分类。
根据不同的技术手段和应用要求，材料表面工程技术可以分为多种类型。
比如，根据表面改性的方式，可以分为化学表面改性和物理表面改性；根据表面涂层的材料，可以分为金属涂层、陶瓷涂层、聚合物涂层等；根据工艺方法，可以分为喷涂、电镀、热喷涂、等离子喷涂等。
这些分类方式为材料表面工程技术的应用提供了丰富的选择。
材料表面工程技术的应用。
材料表面工程技术在工程领域有着广泛的应用。
在航空航天、汽车制造、机械加工、电子电器、建筑材料等领域，都需要对材料表面进行改性处理，以提高材料的性能和使用寿命。
比如，航空航天领域对材料的耐高温、抗腐蚀性能要求极高，需要采用表面合金化、表面涂层等技术手段；汽车制造领域对材料的耐磨、耐腐蚀性能要求较高，需要采用表面喷涂、表面热处理等技术手段。
可以说，材料表面工程技术已经成为现代工程领域中不可或缺的一部分。
材料表面工程技术的发展前景。
随着现代工程技术的不断发展，对材料性能的要求也越来越高。
因此，材料表面工程技术将会在未来得到更加广泛的应用和发展。
未来，随着新材料、新工艺的不断涌现，材料表面工程技术将会更加多样化和精细化，为各行各业提供更加优质的材料解决方案。
同时，随着智能制造、数字化技术的发展，材料表面工程技术也将会与智能化、数字化技术相结合，为材料的设计、加工、检测提供更加全面的解决方案。
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。
材料表面工程概述
概述
第1章 绪 论
2
材料表面工程的定义
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，利用各种表面技术，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。
3
1.1 表面工程技术的意义、目的、途径和应用
1.1.1 表面工程技术的意义
⑴ 避免和减少经济损失 ⑵ 赋予材料表面功能特性
的结果。 2. 抗磨材料的选择：选择材料前要首先查清影响产品寿命的
基本因素和磨损过程是否始终以同样的磨损机理进行等情 况，然后进行选材。 3. 耐磨表面处理：表面处理，提高耐磨性。
25
第4章 表面腐蚀基本理论
26
4.1 腐蚀的定义与分类
金属腐蚀：金属与环境组分发生化学反应而引起的表面破 坏称为金属腐蚀.
④表面改性
7
第2章 固体表面的物理化学特征
8
2.1.1固体的理想表面和清洁表面
清洁表面
☆ 指在特殊环境中经过特殊处理后获得的表面，是不存在任 何污染的化学纯表面，即不存在吸附、催化反应或杂质扩散 等物理、化学效应的表面。
☆ 清洁表面是相对于受环境污染的表面而言的。只有用特殊 的方法，如高温热处理、离子轰击加退火、真空解理、真空 沉积、场致蒸发等才能得到清洁表面。
32
4.1 腐蚀的定义与分类
④丝状腐蚀：涂有透明清漆或油漆膜的金属暴露在潮湿的大 气中时，金属表面由于漆膜能渗透水分和空气而发生腐蚀. 腐蚀产物呈丝状纤维网样，这种腐蚀称丝状腐蚀。其产生 原因是潮湿大气的作用，其机理为氧的浓差电池作用.
⑤应力腐蚀开裂：金属和合金在腐蚀与拉应力的同时作用下 产生的破裂，称为应力腐蚀开裂。 一般认为纯金属不会发生应力腐蚀的，含有杂质的金 属或是合金才会发生应力腐蚀.
材料表面工程技术及其应用发展
材料表面工程技术及其应用发展材料表面工程技术是一种针对材料表面进行改性的工艺方法，是将表面物理化学效应作为主要手段，通过材料表面的改性，使之具有所需的物理化学性能，并能够在一定的应用领域内寻找到具体应用。
随着工业发展，新型材料和新工艺的发展，在材料表面工程技术领域又出现了一些新的进展和发展。
这些新技术不仅能够改善材料表面的性能，而且还能降低加工成本、提高生产效率、延长产品寿命等诸多优点。
本文将从材料的基本表面工程技术和新型表面工程技术两个方面入手，探讨材料表面工程技术的应用发展现状及其未来发展趋势。
一、材料基本表面工程技术材料表面工程技术有着悠久的历史，其中最基本的工艺方法就是表面处理。
表面处理技术主要分为化学方法和物理方法两种，它们都可以提高材料表面的性能，以适应所需的特殊应用。
1. 化学方法化学方法是利用化学反应的原理，将一种材料的表面改变成另一种具有良好性能的物质。
工艺技术包括酸碱蚀刻、镀层、硅化等多个步骤，常见的有以下几种：（1）镀层技术。
镀层技术是在材料表面沉积一层具有特定性质的金属或合金，以提高它的耐腐蚀性、导电性、机械性等性能。
（2）合金化技术。
合金化技术是指通过某种方法，将一种单一金属与另一种非金属物质混合起来，形成一种新的化合物，以提高材料的密实度、耐腐蚀性、硬度、抗磨损等性能。
（3）氧化技术。
氧化技术是将材料表面经过氧化处理，形成一层氧化膜，以提高材料的氧化稳定性、机械强度、电学性能等。
2. 物理方法物理方法是利用材料表面的物理化学性质，通过物理手段达到改性的目的。
物理方法工艺技术包括机械加工、薄膜技术、沉积技术等，常见的有以下几种：（1）机械加工技术。
机械加工技术是指在材料表面切削、磨削、拋光等加工过程中，使其表面得到平坦、光滑、无毛刺的效果。
它可以提高材料的机械强度、表面光泽度、耐磨性等性能。
（2）热喷涂技术。
热喷涂技术是指将一种或多种材料加热至高温状态，喷出来的材料在表面冷凝形成一层膜，膜与基体结合强度高，不易脱落，可提高材料的耐磨、耐腐蚀等性能。
工程力学毕业论文材料表面工程技术教学改革探索
材料表面工程技术教学改革探索表面工程技术是材料类专业的一门专业基础课,针对传统授课中存在的问题,结合地方高校的实际情况,通过加强专业认知教育,合理制定培养方案,更新教学模式,加强实践环节和师资队伍建设等途径,激发学生的学习主动性,培养兴趣,提高了该课程的授课效果。
下面是搜集整理的相关内容的论文，欢迎大家阅读参考。
【内容摘要】材料表面工程是一门正在迅速发展的综合性边缘交叉学科。
本文从《材料表面工程技术》课程理论教学与所在学校办学特色、教师科研、实践教学相结合等方面，对该课程的教学改革进行了探讨，旨在提高学生学习积极性、加深其对理论知识的理解，培养其综合能力，为毕业后从事表面工程相关领域的工作打好坚实的基础。
【关键词】材料表面工程技术;教学改革;办学特色;教学与科研;实践教学一、引言材料表面工程是一门广博精深且极具实际应用价值的基础技术，也是一门新兴的边缘交叉学科。
近几十年来，人们通过对传统表面技术进行一系列的改进、复合及创新，开发出大量的先进表面技术，在工业、农业、生物、医药等领域乃至日常生活中发挥了重大的作用[1，2]。
《材料表面工程技术》是江苏科技大学材料学院各本科专业的一门重要的专业基础课。
该课程主要讲解与材料表面相关的基本概念和重要理论，阐述现代表面技术的形成、分类及内容，介绍一些典型表面技术的基本原理、主要设备、技术路线、工艺实施、分析检验和具体应用等内容。
通过该课程的学习，初步培养学生应用表面技术分析、解决实际工程问题的能力。
针对本课程涉及范围广、内容繁杂、实用性强等特点，在教学实施过程中，为充分调动学生学习积极性，加深其对理论知识的理解，培养其综合素质，在传授基础理论知识的同时，尝试将所在学校的办学特色、教师的科研工作、实践教学等与理论教学相结合，对该课程的教学进行了改革。
二、理论教学与学校特色相结合，提高学生学习积极性江苏科技大学是一所以船舶、海洋为鲜明特色的高等学校。
学校先后与中国船舶工业集团公司、中国船舶重工集团公司、中国舰船研究院、江南造船集团公司等单位建立了全面合作关系，是中国船舶工业最重要的优秀人才培养基地之一。
材料表面工程技术-8转化膜与着色技术
成膜过程及加速所用
磷化过程不仅是化学过程，而且还有电化学过程。难溶性 磷化过程不仅是化学过程，而且还有电化学过程。 磷酸盐的沉积发生在微阴极区， 磷酸盐的沉积发生在微阴极区，而阳极极化处理效果却相 反。 随着温度的上升，速率亦相应增大，最后达到最大值。表 随着温度的上升，速率亦相应增大，最后达到最大值。 面越粗糙，晶核数就越多，成膜速度也越快。 面越粗糙，晶核数就越多，成膜速度也越快。溶液性质不 其相界面的扩散系数、 同，其相界面的扩散系数、溶液成分进入晶格时结晶的排 列情况以及催化作用和抑制作用也不同。 列情况以及催化作用和抑制作用也不同。 磷化处理到一定时间以后，成膜速度降低到零， 磷化处理到一定时间以后，成膜速度降低到零，膜的形成 和溶解达到平衡。 和溶解达到平衡。磷化膜的形成并不是在停止放氢时就停 止了，而是在细孔中进一步形成。在停止放氢的一瞬间， 止了，而是在细孔中进一步形成。在停止放氢的一瞬间， 膜的孔隙率仍占金属总面积的3 ~20％， ％，只有在某一时间 膜的孔隙率仍占金属总面积的3％~20％，只有在某一时间 以后(大约10min) 孔隙率才达到0.5 的恒定值。 10min)， 0.5％ 以后(大约10min)，孔隙率才达到0.5％的恒定值。
特点： 特点
由于化学转化膜是金属基体直接参与成膜反应而成 的，因而膜与基体的结合力比电镀和化学镀膜层大的多。
mM + nA Z − → M m A n + nze
其中： 表面金属 表面金属， 介质中价态为z 其中：M—表面金属，AZ- —介质中价态为z的阴离子
注 ：上述反应式是化学转化膜反应的基本形式，具体的
转化膜形成过程要复杂的多，一般都包含多步化学反应和电 化学反应，也包含多种物理化学变化过程。其反应产物也不 像式中那样单一，而是要复杂的多。
材料表面工程技术复习题 2
第一章1）表面技术的作用：a、提高材料抵御环境作用的能力b、赋予材料表面某种功能特性第二章1材料表面三类结构：理想表面、清洁表面和实际表面2)实际表面的特点：a、表面粗糙度b、贝尔比层c、残余应力d、氧化和沾污3)金属腐蚀速度的三种表示方法：a、重量法b、深度法c、电流密度法4）电极极化现象定义：在腐蚀电池工作后，由于产生电流而引起的电极电位的变化现象称为电极极化现象第三章1）表面预处理目的：a、清除表面覆盖层b、提高覆盖层与基材的结合强度2）表面预处理内容：a、表面整平b、除油c、侵蚀3)表面预处理两个指标：a、表面清洁度b、表面粗糙度第四章1）热喷涂定义：利用热源将喷涂材料加热到熔化或半熔化状态，用高速气流将其雾化并喷射到基体表面形成涂层的技术。
2）热喷涂涂层形成四个阶段：a、熔化b、雾化c、加速飞行d、撞击3）热喷涂涂层结构的组成：变形颗粒、氧化物、气孔和未融化颗粒4）提高涂层质量的两个途径：a、提高热源温度b、提高粒子动能5）涂层和基体的结合方式：a、机械结合b、物理结合c、冶金结合6）涂层厚度与残余应力的关系：涂层内部存在的残余张应力的大小与涂层厚度成正比，当涂层厚度达到一定程度时，涂层内的张应力超过涂层与基体的结合强度时，涂层就会破坏。
7）自熔性合金粉末的定义：指熔点较低，重熔过程中能自行脱氧，造渣，能润湿基材表面而呈冶金结合的一类的合金。
自熔性合金粉末的成分：在Co基、Ni基、Fe基中添加适量的B、Si元素8）热喷涂一般工艺流程：a、工件表面预处理b、预热c、喷涂d、后处理9）喷涂与喷焊的区别：a、工件受热情况不同b、与基材的结合状态不同c、所用粉末不同d、覆盖层结构不同e、承载能力不同10）火焰喷涂特点：a、适用范围广，可喷金属、线材、棒材、粉末及塑料b、设备投资少，操作简单、便于携带c、无电力要求、沉积效率高11）电弧喷涂特点：a、热效率高b、生产率高c、喷涂成本低d、涂层结合强度高e、安全性高f、可方便地制造伪合金涂层。
- 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)。
材料表面工程技术-表面改性技术
江苏科技大学 材料科学与工程学院 qikailx@
渗铬
中碳钢渗铬层有两层：
碳化物层， (Cr、Fe)7C3、 (Cr、Fe)23C6、 (Cr、Fe)3C α固溶体层。
工件渗铬后可显著改善在强烈磨损条件下以及在常温、高温腐蚀 介质中工作的物理、化学、力学性能。 中碳钢、高碳钢渗铬层性能均优于渗碳层和渗氮层，但略低于渗 硼层。 高碳钢渗铬后，不仅能提高硬度，而且还能提高热硬性，在850℃ 保持较高的硬度，超过高速钢。 渗铬层具有较高的耐蚀性，对碱、硝酸、盐水、过热空气、淡水 等介质具有良好的耐蚀性，但不耐盐酸。渗铬件能在750℃以下长 期工作，有良好的抗氧化性，但在750℃以上工作不如渗铝件。
材料表面工程技术-表面改性技术
江苏科技大学 材料科学与工程学院 qikailx@
渗钛
提高钢的耐磨性和气蚀性，同时可提高中、高碳钢 的表面硬度和耐磨性。
材料表面工程技术-表面改性技术
江苏科技大学 材料科学与工程学院 qikailx@
渗铝
铝在金属或合金表面扩散渗入的过程。 材料：钢、合金钢、铸铁、热强钢、耐热合金、难 熔金属等。 提高材料的热稳定性、耐磨性和耐蚀性。 适用于石油、化工、冶金等工业管道和容器、炉底 板、热电偶套管、盐浴坩锅和叶片等零件。
江苏科技大学 材料科学与工程学院 qikailx@
喷丸强化用设备
机械离心式喷丸机 气动喷丸机
材料表面工程技术-表面改性技术
江苏科技大学 材料科学与工程学院 qikailx@
§2 表面热处理
表面热处理是指仅对零部件表层加热、冷 却，从而改变表层组织和性能而不改变成分 的一种工艺。
材料表面工程技术-表面改性技术
江苏科技大学 材料科学与工程学院 qikailx@
在形变硬化层中产生两种变化：
一是在组织结构上，亚晶粒极大地细化，位错 密度增大，晶格畸变度增大； 二是形成了高的宏观残余压应力。
材料表面工程技术-表面改性技术
江苏科技大学 材料科学与工程学院 qikailx@
离子注入特征
可注入任何元素，且不受固溶度和扩散系数的 影响。 离子注入温度和注入后的稳定可以任意控制， 且在真空中进行，不氧化，不变形，不发生退 火软化，表面粗糙度一般没变化，可为最终工 艺。 可控性和重复性好。 可获得两层或两层以上性能不同的复合材料。
材料表面工程技术-表面改性技术
江苏科技大学 材料科学与工程学院 qikailx@
渗硼原理
高温下硼砂与SiC发生反应： Na2B4O7+SiC→Na2O·SiO2+CO2+4[B] 供硼剂为B4C，活性剂为KBF4，反应： KBF4→KF+BF3 4BF3+3SiC+1.5O2→3SiF4+3CO+4B 3SiF4+B4C+1.5O2→4BF3+SiO2+CO+2Si 总反应： B4C+3SiC+3O2→4B+2Si+SiO2+4CO
材料表面工程技术-表面改性技术
江苏科技大学 材料科学与工程学院 qikailx@
渗铝层性能
当钢中铝的质量分数大于8%时，其表面能形成致密的铝 氧化膜。高过，钢的脆性增加。 渗铝的抗高温氧化性能很好。低碳钢渗铝后能在780℃以 下长期工作；低于900℃以下较长期工作；900～980℃仍 可比未渗铝工件寿命提高20倍。 渗铝件能抵抗H2S、SO2、CO2、H2CO3、HNO3、液氮、 水煤气的腐蚀，尤其抵抗H2S的腐蚀能力最强。
材料表面工程技术-表面改性技术
江苏科技大学 材料科学与工程学院 qikailx@
金属表面化学热处理的目的
提高金属表面强度、硬度和耐磨性 提高材料疲劳强度 使金属具有良好的抗粘着、抗咬合能力和降低摩擦 系数 提高金属表面的耐蚀性
材料表面工程技术-表面改性技术
江苏科技大学 材料科学与工程学院 qikailx@
材料表面工程技术-表面改性技术
江苏科技大学 材料科学与工程学院 qikailx@
分类
感应加热表面淬火 火焰加热表面淬火 接触电阻加热表面淬火 浴炉加热表面淬火 电解液加热表面淬火 高密度能量表面淬火 表面保护热处理
材料表面工程技术-表面改性技术
江苏科技大学 材料科学与工程学院 qikailx@
§4 离子注入表面改性
离子注入是将所需物质的离子在电场中加速后 高速轰击工件表面使之注入工件表面一定深度 的真空处理工艺。 用离子注入法可获得高度过饱和固溶体、亚稳 定相、非晶态和平衡合金等不同组织结构形式， 大大改善了工件的使用性能。
材料表面工程技术-表面改性技术
江苏科技大学 材料科学与工程学院 qikailx@
材料表面工程技术-表面改性技术
江苏科技大学 材料科学与工程学院 qikailx@
三、接触电阻加热表面淬火 四、浴炉加热表面淬火 五、电解液加热表面淬火 六、高密度能量表面淬火 七、表面保护热处理
材料表面工程技术-表面改性技术
江苏科技大学 材料科学与工程学院 qikailx@
材料表面工程技术-表面 qikailx@
渗硼层组织
硼在Fe中的溶解度很小，当含量超过其溶解度 时，就会产生硼的化合物Fe2B(ε)。当B含量大 于质量分数8.83％时，会产生FeB(η’)，当硼的 含量在6～16％时会产生FeB与Fe2B白色针状 混合物。一般希望得到单相的Fe2B。
碳氮共渗
氰化。比渗碳温度低（700～880℃），变形小，且 由于氮的渗入提高了渗碳速度和耐磨性。
材料表面工程技术-表面改性技术
江苏科技大学 材料科学与工程学院 qikailx@
材料表面工程技术-表面改性技术
江苏科技大学 材料科学与工程学院 qikailx@
材料表面工程技术-表面改性技术
第七章 材料表面改性技术
材料表面工程技术-表面改性技术
江苏科技大学 材料科学与工程学院 qikailx@
概念
指采用某种工艺手段使材料表面获得与其基 体材料的组织结构、性能不同的技术。 材料经过表面改性处理后，既能发挥基体材 料的力学性能，又能使材料表面获得各种特殊 性能。
材料表面工程技术-表面改性技术
江苏科技大学 材料科学与工程学院 qikailx@
分类
金属表面形变强化 表面相变硬化 金属表面扩渗 等离子表面处理 电子束表面处理 激光束表面处理 离子注入技术
材料表面工程技术-表面改性技术
江苏科技大学 材料科学与工程学院 qikailx@
§1 金属表面形变强化
一、表面形变强化原理 通过机械手段（滚压、内挤压和喷丸） 在金属表面产生压缩变形，使表面形成形变 硬化层，此形变硬化层的深度可达 0.5mm~1.5mm。
渗碳、碳氮共渗
结构钢的渗碳 使零件工作表面获得高的硬度、耐磨性、耐 侵蚀磨损性、接触疲劳强度和弯曲疲劳强度， 而心部具有一定强度、塑性、韧性的性能。
材料表面工程技术-表面改性技术
江苏科技大学 材料科学与工程学院 qikailx@
气体渗碳 盐浴渗碳 固体渗碳
高合金钢的渗碳
工具钢：表面具有高强度、高耐磨性和高热硬性
二、表面形变强化的主要方法及应用 主要方法：
滚压 内挤压 喷丸
材料表面工程技术-表面改性技术
江苏科技大学 材料科学与工程学院 qikailx@
喷丸表面形变强化工艺及应用
喷丸材料
铸铁弹丸 铸钢弹丸 钢丝切割弹丸 玻璃弹丸 陶瓷弹丸 聚合塑料弹丸 液态弹丸介质
材料表面工程技术-表面改性技术
材料表面工程技术-表面改性技术
江苏科技大学 材料科学与工程学院 qikailx@
四、渗其他元素 渗硅
提高零件的耐蚀性、稳定性、硬度和耐磨性。
渗硫
在钢铁表面生成FeS薄膜，一降低摩擦系数， 提高抗咬合性能。
材料表面工程技术-表面改性技术
江苏科技大学 材料科学与工程学院 qikailx@
材料表面工程技术-表面改性技术
江苏科技大学 材料科学与工程学院 qikailx@
三、渗金属
渗金属方法是使工件表面形成一层金属碳化物的一种 工艺方法，即渗入的金属浴工件表层中的碳结合形成 碳化物的化合物层，如(Cr、Fe)7C3、VC、NbC、TaC 等，次层为过渡层。此类方法适用于高碳钢。 渗金属层的组织：碳化物 渗金属层的性能：硬度极高，耐磨性很好，抗咬合和 抗擦伤能力很高，摩擦系数小。 渗金属方法
材料表面工程技术-表面改性技术
江苏科技大学 材料科学与工程学院 qikailx@
渗氮分类：
低温渗氮：<600℃ 2NH3＝3H2+2[N] 高温渗氮:600～1200℃
各种材料
结构钢渗氮 高铬钢渗氮 工具钢渗氮 铸铁渗氮 钛及钛合金渗氮 难熔合金渗氮 钼及钼合金渗氮 铌及铌合金渗氮
一、感应加热表面淬火
生产中常用高频和中频感应加热淬火。又发 展了超音频、双频感应加热淬火。
原理：
感应加热的物理过程 感应电流透入深度 硬化层深度 组织和性能
材料表面工程技术-表面改性技术
江苏科技大学 材料科学与工程学院 qikailx@
二、火焰加热表面淬火
应用氧——乙炔或其他可燃气体对零件表面 加热，随后淬火冷却的工艺。 优点：设备简单、操作灵活，使用钢种广泛， 零件表面清洁、一般无氧化和脱碳、畸变小等。 缺点：温度不易控制，噪音大，劳动条件差， 不安全，不易获得薄的表面淬火层。 应用：大尺寸和重量大的工件，批量少品种多 或局部表面淬火零件。
§3 金属表面化学热处理
概述
金属表面化学热处理过程
利用元素扩散性能，使合金元素渗入金属表层的一 种热处理工艺。 将工件置于含有渗入元素的活性介质中加热到一定 温度，使活性介质通过分解并释放出欲渗入的活性 原子、活性原子被表面吸附并溶入表面、溶入表面 的原子向金属表层扩散渗入形成一定厚度的扩散层， 从而改变表层的成分、组织和性能。