材料现代表面技术
【材料课件】表面技术
现代表面技术第一章表面技术概论第一节表面技术的涵义19世纪工业革命以来，材料品种日益繁多，为了适应高强度、高硬度和耐磨、耐高温、耐酸碱腐蚀等不同特殊要求，人们需要不断开发各种特殊的合金材料，但这些合金材料往往价格昂贵。
因此，人们试图采用各种表面技术对普通钢材表面进行加工，以改变其表面性能，使其适应复杂的工作环境。
另外，磨损、腐蚀等失效都是首先发生在材料表面，通过对材料表面进行有效处理，可以极大地提高材料寿命。
因此，迫切需要开发出各种行之有效的表面技术，正是基于这样的背景，逐步形成了一门新兴学科——表面工程学。
表面工程技术的发展始于20世纪60年代末，近30年来发展尤为迅速。
在传统的表面处理技术不断改进、不断完善的同时，又有科学技术逐渐渗透到该领域，各种表面技术相互融合，从而使现代表面技术进入了一个新的发展时期。
表面技术是一门博大精深、实用价值极高的技术。
材料科学所面临的若干艰巨任务，如要求材料硬而不脆、耐磨而易车削、质高而价廉等间题，通过表面技术在相当程度上都可迎刃而解。
除本文所提及的巨大作用外，用表面技术合成人工结构材料、复合材料及沉积非晶态涂层及制取复合涂层方面都显示了巨大的应用潜力。
表面技术是一项能使产品获得高附加值的技术。
英国产品每年靠表面技术估计增值100亿英镑，如果对表面技术进行全开发，有可能节省200。
万到400亿埃居(约200亿英镑)，可见表面技术对国民经济的巨大作用。
我国在湿法镀覆等方面取得了令人瞩目的成就，但在PVD和表面改性方面还有许多工作要做。
这一方面要靠广大科技人员的才智与努力，同时有关领导部门在设备资金投入上给予有力的支持也至关重要。
只有这样，我国的表面技术才能以新的面貌进入21世纪，全方位赶上和领先世界水平。
一、什么是表面技术从广义上讲，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。
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，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。
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。
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。
新型材料表面处理技术的最新进展
新型材料表面处理技术的最新进展随着技术的不断进步，越来越多的新型材料问世。
但是这些材料往往需要经过特殊的表面处理来强化其特性和延长使用寿命，这就需要高水平和高效率的表面处理技术。
最近几年，新型材料表面处理技术在不断地发展和进步，涌现出了许多新的处理方式。
本文将从多个角度分析新型材料表面处理技术的最新进展。
一、纳米技术在表面处理中的应用随着纳米技术的发展，纳米材料已经走进了各个领域，包括表面处理。
针对不同类型的材料，使用纳米颗粒进行表面处理可以有效地改善材料的性能。
例如，在金属材料表面添加纳米颗粒，在增强材料硬度的同时提高了耐腐蚀性和耐磨性。
这种方法已经在实际生产中得到广泛应用。
二、表面电化学技术的发展表面电化学技术是指通过对材料表面施加电压或电流来改善材料性能的技术。
近年来，随着表面电化学技术的不断进步，这种方式已经被广泛应用于实际生产之中。
例如，通过电化学氧化法可以让材料表面形成一层氧化膜，从而提高材料的耐蚀性和耐磨性。
这种方法经济实用，成本低廉，而且非常适合大规模生产。
三、等离子体表面处理技术等离子体表面处理技术是指在低气压等离子体中加工材料表面，从而改善材料性能的技术。
通过等离子体表面处理，材料的表面能够形成多孔结构，从而增强材料的吸附性、机械性能、耐磨性等。
近年来，等离子体表面处理技术得到了广泛的关注，尤其是在薄膜材料、光电材料、生物医用材料等领域。
四、表面喷涂技术表面喷涂技术是指通过喷涂材料在材料表面形成稳定的涂层以改善材料性能的技术。
这种方法广泛应用于各种领域，特别是在航空航天、汽车制造、化工等行业。
通过表面喷涂，可以让材料表面形成高质量的涂层，增强材料的抗腐蚀能力、耐高温性能、耐磨性等。
最近的进展包括采用纳米材料作为喷涂材料，从而提高涂层的质量和性能。
五、电化学沉积技术的应用电化学沉积技术是指通过在材料表面上沉积一层金属或化合物来改善材料性能的技术。
这种技术已经被广泛应用于各种材料的表面处理中，如锌镍合金、Cr-Ni合金等。
现代材料分析方法第八章表面分析技术ppt课件
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
Monochromator
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半球型光电子能量分析器
只有能量在选定的很窄范围内的电子可能循着一定的轨道 达到出口孔，改变电势，可以扫描光电子的能量范围。
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3. 电子探测及数据处理
• 光电子信号微弱；10－16~ 10 -14A
Electron Spectroscopy for Chemical Analysis），
这一称谓仍在分析领域内广泛使用。
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概述
• XPS是瑞典K.Siegbahn教授及其同事经近20年潜心 研究，于六十年代中期研制开发的一种新型表面分 析方法。
3. 逃逸深度（λm）
• 只有那些来自表面附近在逃逸深度以内的光 电子才没有经过散射而损失能量，才对确定 Eb的谱峰有所贡献。
• 对于XPS 有用的光电子能量100~1200eV λm =0.5~2.0nm（金属） =4~10nm（高聚物）
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• 他们发现了内层电子结合能的位移现象，解决了电 子能量分析等技术问题，测定了元素周期表中各元 素轨道结合能，并成功地应用于许多实际的化学体 系。
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。
材料现代表面分析技术常用方法及各自的用途
一、材料现代表面分析技术常用方法及各自的用途表面分析与测试是以获得固体表面（包括薄膜、涂层）成分、组织、结构及表面电子态等信息为目的的试验技术与方法。
基于电磁辐射和运动粒子束（或场）与物质相互作用的各种性质而建立起来的分析方法构成了现代表面分析方法的主要部分，大致可分为衍射分析、电子显微分析、扫描探针分析、电子能谱分析、光谱分析及粒子质谱分析等几类。
1 分类表面分析方法是用一个探束(光子或原子、电子、离子等)或探针(机械加电场)去探测样品表面并在两者相互作用时，从样品表面发射及散射电子、离子、中性粒子(原子或分子)与光子等，检测这些微粒(电子、离子、光子或中性粒子等)的能量、质荷比、束流强度等，就可以得到样品表面的形貌、原子结构(即排列)、化学组成、价态和电子态(即电子结构)等信息。
（1）表面“形貌”分析指“宏观”几何外形分析。
主要应用电子、离子显微镜进行观察分析，当显微镜的分辨率达到原子级时，可观察到原子排列，这时“形貌”分析和结构分析之间就没有明确的分界。
有扫描电子显微镜、离子诱导扫描电子显微镜、场离子显微镜、扫描隧道显微镜、原子力显微镜等。
（2）表面成分分析包括表面元素组成及元素在表面与沿纵向深度分布、表面元素的化学态。
用于表面成分分析的方法主要：有电子探针X射线显微分析、X射线光电子能谱、俄歇电子能谱、电子探针、二次离子质谱、离子散射谱等。
（3）表面结构分析研究表面晶体原子排列、晶体大小、晶体取向、结晶对称性以及原子在晶胞中位置等晶体结构信息。
主要采用的衍射方法有X射线衍射、电子衍射、中子衍射等。
（4）表面电子态分析主要是对表面原子或吸附粒子的吸附能、振动状态以及他们在表面的扩散运动等能量或势态的分析。
主要有紫外光电子谱、X射线光电子能谱等。
2 主要几种分析方法的用途分析方法名称主要用途透射电子显微镜TEM 形貌分析、晶格结构分析、成分分析X射线光电子能谱表面组分分析、化学态分析原子力显微镜AFM 表面形貌与结构分析、表面原子间力和表面力学性质的测定扫描电子显微镜SEM 表面形貌与结构二、扫描电子显微镜SEM工作原理、适用范围及特点1扫描电子显微镜SEM的基本原理：扫描电子显微镜的成像原理是利用聚焦的电子束在样品表面扫描时激发出来的各种物理信号调制成像。
现代表面工程技术课件 (一)
现代表面工程技术课件 (一)现代表面工程技术是一门近年来发展迅速的技术，它在各个领域的应用也越来越广泛。
现代表面工程技术课件则是这门技术的学习、研究必须要掌握的知识点。
在本文中，我们将全面地探讨现代表面工程技术课件。
一、现代表面工程技术的定义现代表面工程技术指的是运用各种化学、物理和机械手段，对材料表面进行处理和改性的技术。
其目的是改善材料表面的性能，如提高防腐、耐磨、抗氧化等性能，以及增加材料的功能性等。
二、现代表面工程技术的分类现代表面工程技术可以分为三类：化学表面处理技术、物理表面处理技术和机械表面处理技术。
1、化学表面处理技术：主要是利用各种化学反应来改变材料表面的组成和结构，以达到改善材料表面性能的目的。
常见的化学表面处理技术有镀金、镀银、镀铬、陶瓷涂层、涂料等。
2、物理表面处理技术：主要使用物理手段来改变材料表面的性质，如物理气相沉积、离子注入、热喷涂等。
这些技术可用于提高材料的耐热性、耐磨性等方面，也可以使材料表面具有光泽、颜色等多样化效果。
3、机械表面处理技术：利用机械力学原理，通过磨、打、滚、切、刻等手段对材料表面进行加工改变。
这些机械处理手段可以用于改善材料表面的平整度、平滑度、粗糙度等性能。
三、现代表面工程技术的应用领域现代表面工程技术广泛应用于各个领域。
以汽车工业为例，现代汽车的车身、底盘、发动机等部位均采用了表面工程技术进行处理，以求提高汽车的耐用性、安全性等方面的性能。
另外，在航空、机械、建筑、家电等领域，现代表面工程技术的应用也越来越广泛。
四、现代表面工程技术课件的重要性现代表面工程技术课件是学习和研究现代表面工程技术必须要掌握的知识点。
由于这门技术的发展迅速，它的知识点也越来越多，难度也越来越大，因此，现代表面工程技术课件对于学习者的学习和研究都有着至关重要的作用。
总之，现代表面工程技术课件是现代表面工程技术的重要组成部分。
了解和掌握这门技术的课件可以帮助学习者更好地理解和掌握现代表面工程技术的相关知识，从而为更好地应用这门技术提供必要的支持。
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？
薄膜与涂层现代表面技术
材料表面技术分类材料表面技术：材料表面涂镀技术、材料表面改性技术、材料表面微细加工技术、表面检测分析与质量评估。
材料表面涂镀技术：物理气相沉积PVD、化学气相沉积CVD、电镀及阳极氧化、化学镀、热喷涂喷焊、电刷镀、电泳涂层、涂镀（喷塑油漆）、表面复合处理技术、材料纳米化表面工程技术。
材料表面改性技术：活性气体离子处理、气体扩渗、液体扩渗、固体扩渗、机械强化、激光表面处理、电子束表面改性、离子束表面改性。
材料表面微细加工技术：光刻加工、电子束微细加工、离子束微细加工、激光束微细加工、微细电火花加工、微细喷粉加工、超声波加工、微细电解加工、微电铸加工、LIGA技术加工。
表面检测分析与质量评估：表面分析技术、表面物化特性、表面几何特性、表面力学特性、质量标准与质量评估。
表面工程学现代材料表面工程学：材料表面工程基础理论、材料表面工程技术、材料表面检测技术、材料表面工程技术设计、材料表面工程应用。
材料表面工程基础理论：腐蚀与防护理论，表面磨擦与磨损理论，表面完整性与界面理论，表面物理化学，表面装饰与美学，表面机、力、热、光、声、电、磁等功能膜层设计理论，表面功能特性间耦合转换、复合性能理论，表面失效理论及其分析理论，低维材料的结构理论。
材料表面工程技术：材料表面改性技术、薄膜技术、涂层技术、材料表面复合处理技术、材料表面纳米化工程技术。
材料表面改性技术：表面形变强化，表面相变强化，表面扩散渗入，化学转化，电化学转化，等离子表面强化，离子束、电子束、激光束表面改性。
薄膜技术：光学薄膜沉积技术，电子学薄膜沉积技术，光电子薄膜沉积技术，集成光学薄膜沉积技术，传感器用薄膜沉积技术，金刚石薄膜（含类金刚石薄膜）沉积技术，防护用（耐蚀、耐磨、抗高温氧化、防潮、高强高硬、装饰等）薄膜沉积技术。
涂层技术：热喷涂技术、电化学沉积技术、有机涂层技术、无机涂层技术、热浸镀技术、防锈技术。
材料表面复合处理技术：镀覆层——热处理，表面热处理——表面化学处理，热处理——表面形变强化，镀膜——注入——扩渗，离子注入——镀膜，激光——气相沉积，电子束——气相沉积，等离子喷涂——激光。
材料科学中的材料表面处理技术及应用
材料科学中的材料表面处理技术及应用材料表面处理是一种将表面组织和性能改变为所需的形式和组成的技术，它在现代材料科学中具有非常重要的应用。
随着科技的进步和人们对材料表面功能的要求越来越高，材料表面处理技术也逐渐得到了广泛的应用。
一、表面处理的目的和分类材料表面处理的主要目的是改善材料表面的物理和化学性质，增加其表面粗糙度和表面能量，特别是增加性能、提高使用寿命以及减少材料的磨损和腐蚀等问题。
根据处理手段的不同，表面处理可以分为物理方法和化学方法两类。
1. 物理方法物理方法是指利用物理手段来改善材料表面物理性质的处理方法。
例如：机械拋光、化学机械抛光、激光加工、等离子体喷涂、磁控溅射、电子束加工等。
a、机械拋光：机械拋光是通过机械切削和磨削，使物体表面形成一定粗糙度和平整度的处理方法之一。
b、化学机械抛光：化学机械抛光是一种将化学腐蚀和机械磨光相结合的表面处理方法。
该方法对于精度要求较高的设备或构件，效果非常好。
c、等离子体喷涂：等离子体喷涂是一种利用等离子体喷涂机器设备把高温等离子体喷射到材料表面，从而使材料表面产生一定的变化和获得新的性能。
2. 化学方法化学表面处理是为了改变材料表面的化学性质的处理方法。
例如：薄膜涂覆、化学变色、防腐蚀处理、电化学氧化等。
a、薄膜涂覆：薄膜涂层技术是基于一定的化学反应来实现表面涂层的表面处理方法。
b、化学变色：化学变色是利用化学反应使某些金属在表面形成一定颜色的方法。
钛、钢材等都可以通过化学变色的方法实现装饰、防腐蚀等目的。
二、表面处理在材料科学中的应用材料表面处理技术在现代工艺中，是非常重要的一个环节。
它可以对大量材料进行表面加工，这些工艺的结果，往往能够显著地提高材料的使用性能。
1. 表面涂层表面涂层是目前广泛应用的表面处理技术之一。
这种技术基本上可以适用于任何材料，包括金属、陶器、玻璃、塑料等各种材料。
表面涂层适用于一些场合，例如：延长使用寿命、装饰环境、优化机械性能等。
材料现代表面分析技术常用方法及各自的用途
一材料现代表面分析技术常用方法及各自的用途二 X射线电子能谱的工作原理、适用范围及特点1 X射线光电子能谱分析的基本原理：X光电子能谱分析的基本原理：一定能量的X光照射到样品表面，和待测物质发生作用，可以使待测物质原子中的电子脱离原子成为自由电子。
该过程可用下式表示：hν=E k+E b+E r其中：hν：X光子的能量；E k：光电子的能量；E b：电子的结合能；E r：原子的反冲能量。
其中E r很小，可以忽略。
对于固体样品，计算结合能的参考点不是选真空中的静止电子，而是选用费米能级，由内层电子跃迁到费米能级消耗的能量为结合能 E b，由费米能级进入真空成为自由电子所需的能量为功函数Φ，剩余的能量成为自由电子的动能E k，上式又可表示为： hν=E k+E b+Φ E b= hν-E k-Φ仪器材料的功函数Φ是一个定值，约为4eV，入射X光子能量已知，这样，如果测出电子的动能E k，便可得到固体样品电子的结合能。
各种原子，分子的轨道电子结合能是一定的。
因此，通过对样品产生的光子能量的测定，就可以了解样品中元素的组成。
元素所处的化学环境不同，其结合能会有微小的差别，这种由化学环境不同引起的结合能的微小差别叫化学位移，由化学位移的大小可以确定元素所处的状态。
例如某元素失去电子成为离子后，其结合能会增加，如果得到电子成为负离子，则结合能会降低。
因此，利用化学位移值可以分析元素的化合价和存在形式。
2 X射线光电子能谱法的应用（1）元素定性分析各种元素都有它的特征的电子结合能，因此在能谱图中就出现特征谱线，可以根据这些谱线在能谱图中的位置来鉴定周期表中除 H 和 He 以外的所有元素。
通过对样品进行全扫描，在一次测定中就可以检出全部或大部分元素。
（2）元素定量分折X射线光电子能谱定量分析的依据是光电子谱线的强度(光电子蜂的面积)反映了原于的含量或相对浓度。
在实际分析中，采用与标准样品相比较的方法来对元素进行定量分析，其分析精度达1％～2％。
第1章 现代材料表面工程技术绪论
1.2.3 表面工程技术的应用
5.在再制造工程中的应用 (1)再制造工程的内涵 再制造工程是在维修工程和表面工程的基础上发 展起来的新兴科学，是以产品全寿命周期论为指导，以实现废旧产品 的性能提升为指标，以优质、高效、节能、节材和环保为准则，以先 进生产技术和产业优化为手段，来修复、改造废旧产品的一系列技术 措施或工程活动的总称。简而言之为是废旧产品高技术修复、改造的 产业。其重要特征是，再制造以后的产品质量和性能达到或超过新品 ，成本只是产品的50%，可节能60%，节材70%，对环境的不良影响 显著降低，可有力的促进资源节约型、环境友好型社会的建设。 (2) 再制造工程的效益和特色 效益体现在：废旧产品的零部件因被直 接用作再制造的毛坯而不是回炉冶炼获得钢垫，避免了回炉时对能量 的消耗和对环境造成的二次污染；避免了由钢锭到新零件的二次制造 时对能源的再次消耗和对环境的再度污染。一方面提高了产品的绿色 度，另一方面避免了成为固体垃圾而造成的环境污染。
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兽形盒砚，东汉制，出土于1980 年陕西临潼姜寨新石器时代墓葬 品，由石砚、盒身、盒盖三部分 组成
鎏金是自先秦时代即产生的传统金属装饰工艺，是一种传统的 做法，至今仍在民间流行，亦称火镀金或汞镀金。在东周和汉 代以后均颇为流行，是当时最值得称道的铜器表面装饰工艺之 一，先后称为黄金涂、金黄涂、金涂、涂金、镀金，宋代始称 鎏金。 鎏金是一种金属加工工艺，亦称“涂金”、“镀金”、“度金 ”、“流金”，
表面工程学科体系
表面工程技术是表面工程学的核心和实质，其内涵为： 1、表面涂镀技术。 2、表面薄膜技术。 3、表面改性技术 4、复合表面工程技术。 表面工程技术简称表面技术，它是运用各种物理、化学和机
械的方法，改变基材表面的形态、化学成分、组织结构和应
现代表面技术
(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。
建筑工程中的材料表面处理技术
建筑工程中的材料表面处理技术随着现代社会建筑工程的快速发展，建筑材料表面处理技术（surface treatment technology）也变得越来越重要。
表面处理可改善材料的属性，提高其性能，延长其使用寿命，同时也有美化装饰作用。
本文将介绍建筑工程中常用的材料表面处理技术。
一、喷涂技术喷涂技术（spraying technology）是将所需的涂料、颜料、清漆等制成液态、粉状、膏状等状，利用压缩气体或泵具将其喷射到被涂材料的表面上，形成均匀、致密、耐久的涂层的技术。
喷涂技术有助于防水、防火、保护钢材等。
常用的喷涂装备有传统喷枪、无气喷涂机和高压喷涂机。
传统喷枪适用于喷涂面积较小的区域，无气喷涂机适用于喷涂室内墙面、天花板等面积较大的区域，高压喷涂机适用于喷涂金属物质、混凝土表面等需要压力更大的区域。
二、化学处理技术化学处理技术（chemically treatment technology）主要是指将材料表面产生一定的化学反应或将化学物质加入到材料内部，以改善材料的性质。
一种常见的化学处理技术是阳极氧化（anodizing），其利用氧化过程创造出光泽、彩色和耐腐蚀的表面。
阳极氧化技术适用于铝制品、钛、锌等金属制品和玻璃。
另一种化学处理技术是镀，即在材料表面上镀上一层保护涂层来防止其被腐蚀或受到其他破坏。
常用的镀有镀锌、电镀和镀铬等。
三、机械处理技术机械处理技术（mechanical treatment technology）主要是指通过磨削、抛光、喷砂等方式对材料表面加工处理，以增强其强度、耐腐蚀性、表面光滑度等。
常见的机械处理技术包括抛光、拉丝、喷砂和打磨等。
其中，喷砂是用高压喷嘴以高速度把磨料（如石英砂、铝矾土等）喷向材料表面，以去除其不平整的表面，从而使其表面更加平滑、均匀。
四、涂层技术涂层技术（coating technology）是一种通过涂上一层涂层来保护材料的方法。
涂层可以提升材料的耐磨性、耐腐蚀性、保温性、防紫外线和防水性等。
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。
精品PPT
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
精品PPT
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
新的材料合成方法、表面工程技术、光学增强措施
新的材料合成方法、表面工程技术、光学增强措施
新的材料合成方法：
1. 3D打印技术：通过逐层堆积材料来制作复杂形状的材料，
可以在微观和宏观上控制材料的结构和性能。
2. 纳米材料合成：利用纳米颗粒的特殊性质和表面效应，使用溶胶-凝胶法、热分解法等合成方法制备具有特殊性能的材料。
3. 反应注塑成型法：将两种或多种化学物质通过反应注射到模具中，直接在模具内进行反应，从而制备具有复杂结构和功能的材料。
表面工程技术：
1. 等离子体处理：利用等离子体在材料表面产生化学反应或物理效应，在表面上形成特殊的化学键或功能性组分。
2. 涂层技术：通过物理气相沉积、化学气相沉积等方法，在材料表面形成覆盖层，改善材料的表面性能，如硬度、耐磨性、耐腐蚀性等。
3. 界面工程：通过改变材料与环境接触的界面的结构和性质，调控材料界面的相互作用，改善材料的性能和稳定性。
光学增强措施：
1. 纳米结构表面：通过在材料表面构建纳米结构，改变光的传播和吸收行为，增强材料的光学性能，如光吸收、透射、散射等。
2. 表面等离子体共振：利用金属纳米结构或纳米颗粒，在光的作用下引发表面等离子体振荡，增强光的吸收、散射或放射过程。
3. 光学薄膜：通过在材料表面沉积一层具有特定折射率和厚度的薄膜，利用光的干涉和多次反射，增强光的传输和耦合效应。
材料分析和表面处理的新技术
材料分析和表面处理的新技术近年来，随着科技的不断发展，材料分析和表面处理的新技术也不断涌现，为工业生产和科学研究带来了新的挑战和机遇。
本文将简要介绍一些材料分析和表面处理的新技术。
一、材料分析技术1. 原位电子显微镜原位电子显微镜是一种新型的材料分析技术。
该技术通过电子显微镜，对材料进行原位反应观测和分析，可以实现对材料的原子级别分析，对材料的表面材料、晶体结构、界面反应、缺陷等进行深入观察和分析。
因此，原位电子显微镜可以广泛应用于材料科学、化学和物理研究等领域。
2. Raman光谱技术Raman光谱技术是一种非常有用的材料分析技术。
该技术通过对材料对激光的散射光谱进行分析，可以得到材料的晶体结构、分子振动等信息。
因此，该技术在材料表征、材料的制备和工业生产等方面具有广泛的应用前景。
二、表面处理技术1. 纳米技术纳米技术是一种新型的表面处理技术。
该技术通过制备纳米颗粒和纳米材料，可以改善材料表面的物理、化学和生物学性质。
因此，纳米技术在医药、食品、材料制备等领域具有广泛的应用前景。
2. 等离子体表面改性技术等离子体表面改性技术是一种新兴的表面处理技术。
该技术通过等离子体激发材料表面分子，改变材料表面的化学和物理性质，如增强粘附性能、抗辐射性能等。
因此，该技术在航天、能源、生物医学等领域具有广泛的应用前景。
三、结论材料分析和表面处理的新技术不仅可以为科学研究和工业生产带来新的机遇和挑战，也可以为人类社会的发展做出重大贡献。
因此，未来我们需要不断探索和研究新型的材料分析和表面处理技术，以满足人类社会对于高端材料的需要。
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Hale Waihona Puke 氩弧焊（TIG） 激光熔覆涂层
汇报人：单丽娜
氩弧焊
氩弧焊是使用氩气作为保护气体的一种气体保护 电弧焊方法
1—熔池 2一喷嘴 3一钨 极 4一气体 5一焊缝 6一
焊丝 7一送丝滚轮
a)钨极氩弧焊 b)熔化极氩弧焊
TIG涂层过程的示意图
激光熔覆
YAG激光熔覆涂层示意图 预制粉末特点：首先采
用粘结剂将合金粉末调 和成膏状涂于基材表面, 然后进行激光熔覆。 优点：简单易操作 缺点：激光加工窗口窄、 熔覆效率低, 且有机粘结 剂在熔覆过程中极易形 成气孔,导致熔覆层开裂。 仅局限于平整表面的工 件。
自动送粉法激光熔覆涂层示意图
同轴送粉特点：高能束激光辐照基材的 同时,将粉末送入熔池,低熔点的金属首先 离轴送粉法：粉末流量与激光束能量可 被熔化, 作为粘结剂将高熔点的粉末包覆 以单独控制,粉末喷嘴与基材间的距离和 其中, 快速冷却凝固形成涂层。 角度可在较大范围内调节。 优点：粉末利用率高、稀释率低、与基 优点：熔覆效率大大提高,特别是多道搭 材结合牢固、熔覆层宏观尺寸可控及加 接激光熔覆涂层时,可以大大降低粉末的 工窗口宽等。 烧损与熔解,提高熔覆涂层的抗开裂与耐 磨损性能 缺点：由于粉末流在与激光束作用前要 先聚焦,且聚焦的粉末流尺寸不能大于激 光光斑直径,导致粉末喷嘴与基材间可调 节的距离很窄,且粉末流量不能过大,否则 会对激光能量形成“屏蔽”效应,导致涂 层中粉末大量烧损且不能与基材形成冶 金结合。
激光感应复合快速熔覆装置示意图
激光熔覆涂层与氩弧焊涂层的比较
基材：45#钢 长500mm 直径50mm棒材 涂层：325RA自熔合金粉末
两种涂层方法显微组织比较
结论
1.与氩弧焊焊层显微组织相比较，激光熔覆层组 织大部分区域处于非平衡亚结晶状态，具有强韧 两相微观结构特征，熔覆层组织细小，从而使其 力学性能和使用性能得到改善和提高。 2.激光熔覆的耐磨性好，激光熔覆涂层的硬度由 表及里始终高于氩弧焊焊层，激光熔覆层最高显 微硬度达到1580HV，而用氩弧焊焊接最高硬度 只达到752HV。 3.激光熔覆为高温快速融化凝固过程，涂层表层 的WC颗粒必然几乎全部溶解，大大增加了基体 的固溶度，并且而后生成的新碳化物弥散分布于 基体中，由于固溶体强化和细晶强化，极大地提 高了涂层的硬度和耐磨性。