材料表面工程-概述详解
表面工程ppt教程文件
新技术的应用趋势
纳米技术
纳米技术在表面工程中应用广泛，如纳米涂层、纳米颗粒 增强等，可提高材料表面的耐磨、耐腐蚀和抗老化性能。
3D打印技术
3D打印技术可用于制造复杂形状的表面结构，可实现个性 化定制和快速原型制造，为表面工程提供更灵活的制造方 式。
激光技术
激光技术在表面工程中用于处理金属、非金属等各种材料， 具有高精度、高效率、环保等优点，可实现表面强化、改 性、熔覆等功能。
合成纤维
高分子复合材料
高分子复合材料是由两种或两种以上 材料组成的新型材料，具有优异的综 合性能，广泛应用于航空、航天和汽 车等领域。
合成纤维具有质轻、强度高和耐磨等 特点，广泛用于纺织、航空和军事等 领域。
04 表面工程的应用案例
汽车工业的应用
汽车发动机制造
表面工程技术在汽车发动机制造 中广泛应用，如气缸体、气缸盖 的耐磨和耐腐蚀表面处理，以提
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contents
目录
• 表面工程简介 • 表面工程的技术 • 表面工程材料 • 表面工程的应用案例 • 表面工程的未来发展
01 表面工程简介
表面工程的定义
01
表面工程是一门通过改变材料表 面的性质来提高材料耐腐蚀性、 耐磨性、装饰性和实现表面功能 特性的技术。
02
它涉及材料科学、物理学、化学 等多个学科领域，是材料保护和 表面技术的重要组成部分。
化学转化膜技术
化学转化膜技术是通过化学反应在金属表面形成一层 化合物膜的过程，以提高金属的耐腐蚀性和美观性。
输入 标题
详细描述
化学转化膜技术广泛应用于钢铁、铝和铜等金属的防 腐处理。形成的转化膜具有保护基体、提高耐腐蚀性 和抗氧化的作用。
材料表面工程课件
跨学科交叉与合作可以促进 材料表面工程的发展和创新
。
国内外学术交流与合作有助 于推动材料表面工程的发展 。
环保与可持续发展的问题
01
材料表面工程需要考虑环保和 可持续发展的问题。
02
环保和可持续发展的需求推动 材料表面工程向绿色、低碳方 向发展。
03
材料表面工程中需要考虑资源 节约、能源消耗降低、废弃物 减少等问题。
要点二
详细描述
不锈钢是一种具有优异耐腐蚀性和美观性的金属材料，广 泛应用于建筑、装饰、医疗器械等领域。然而，在某些腐 蚀环境下，不锈钢的耐腐蚀性仍需提高。通过表面处理技 术，如氮化处理、钝化处理等，可以增强不锈钢的耐腐蚀 性和抗疲劳性，提高其使用寿命。
铝合金的硬质表面处理
总结词
提高铝合金的硬度和耐磨性。
硬质涂层
通过电子束加热和蒸发金属或非金属材料，在金属表面形成一层具有高硬度和耐磨性的涂层。
纳米结构涂层
通过电子束加热和蒸发金属或非金属材料，在金属表面形成一层具有纳米尺度的涂层，提高表面性能和耐腐蚀性 。
04
材料表面工程的应用案例
高温合金的表面强化
总结词
提高高温合金的耐磨性、抗疲劳性和耐腐蚀 性。
科植入物等。然而，钛合金的表面性质直接影响到其与人体组织的相容性和生物活性。通过表面处理技术，如 涂层技术、等离子处理等，可以改善钛合金的表面性质，提高其在生物医学领域的适用性。例如，通过涂层技 术可以在钛合金表面形成一层生物活性陶瓷涂层，提高其与人体组织的相容性和生物活性；通过等离子处理可 以改变钛合金表面的化学性质和微观结构，提高其抗细菌粘附和抗炎性能。
实践环节与操作技巧
实践环节注意事项
在实践环节中需要注意的事项和细节，包括安全操作、 设备维护和环境保护等。
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。
表面工程技术的总体概述
近于液化热 （1～10 KJ·MOL-1
）
范德华力 弱
近于反应热 （> 40 KJ·MOL-1）
化学键力 强
单分子层或多分子层仅单分子层无 Nhomakorabea有
快
慢
不需
需要、且很高
低温
较高温度
基本同吸附质分子结构
表面工程技术的总体概述
形成新的化合态
（2）固体表面对液体的吸附
固体表面对液体分子同样有吸附作用。一般是通过液体对固体表面的润湿和 铺展来实现的。
表面工程技术的总体概述
表面工程技术的总体概述
• ③ 润湿理论的应用
– 在表面重熔、表面合金化、表面覆层及涂装等技术 中，都希望得到大的铺展系数。
– 利用润湿现象的另一个典型范例是不粘锅的表面 “不粘”涂层。 不粘锅之所以不粘，全在于锅底的那一层叫
“特富龙”的涂层。这种物质是含氟树脂的总称，包括聚四氟乙烯、聚 全氟乙丙烯及各种含氟共聚物，由于水在该憎水涂层表面不能润湿，在 干燥后饭粒也不会与基体紧密黏附而形成锅巴。
能被水润湿的固体叫亲水性固体，如玻璃、 石英灯；
不能被水润湿的固体叫憎水性固体，如石蜡、 石墨、硫磺灯
表面工程技术的总体概述
图2-5 固体的润湿性与润湿角
润湿角与界面张力有关,其关系一般服从Young方程:
上述 分析可知： 润湿与否取决于液体分子间相互吸引力(内聚力)和液-固分子间吸引力(粘附力) 的相对大小。若液-固粘附力较大，则液体在固体表面铺展，呈润湿；若液体 内聚力占优势则不铺展，呈不润湿。
表面工程技术的总体概述
• <3> 应力腐蚀开裂：材料在应力和腐蚀性环境介质共同作 用下发生的开裂及断裂失效现象称为应力腐蚀开裂。这是 一种最危险的腐蚀形态。由于多数机械产品均处于一定的 应力和环境介质的联合作用，故应力作用下的腐蚀较普遍， 且破坏具有突发性，是影响结构安全可靠性的重要隐患之 一。主要包括应力腐蚀、腐蚀疲劳、氢脆、微动腐蚀、冲 击腐蚀和空泡腐蚀等。
材料表面工程
材料表面工程
材料表面工程是指对材料表面进行改性、处理或涂覆，以改善材料的性能和功
能的一种技术。
材料表面工程在工程领域中具有广泛的应用，可以有效地提高材料的耐磨性、耐腐蚀性、导热性、导电性等性能，从而满足不同工程领域对材料性能的需求。
首先，材料表面工程可以通过改变材料表面的化学成分和结构来实现。
例如，
通过表面氮化、碳化、氧化等处理，可以增强材料的硬度、耐磨性和耐蚀性。
此外，还可以通过表面涂覆金属、陶瓷、聚合物等材料来实现对材料表面性能的改善。
这些方法可以有效地提高材料的表面性能，从而延长材料的使用寿命。
其次，材料表面工程可以通过改变材料表面的形貌和结构来实现。
例如，通过
表面喷丸处理、激光熔覆、电镀等方法，可以改变材料表面的粗糙度、形貌和结构，从而提高材料的抗疲劳性、导热性和导电性。
这些方法可以有效地提高材料的表面性能，从而满足不同工程领域对材料性能的需求。
另外，材料表面工程还可以通过表面涂覆功能性薄膜来实现。
例如，通过表面
喷涂纳米材料、功能性陶瓷涂层、涂覆聚合物薄膜等方法，可以实现对材料表面功能的改善，如降低摩擦系数、提高表面光泽度、改善表面润湿性等。
这些方法可以有效地提高材料的表面性能，从而拓展材料的应用领域。
总的来说，材料表面工程是一种重要的技术手段，可以有效地改善材料的表面
性能，满足不同工程领域对材料性能的需求。
随着科技的不断进步，材料表面工程技术也在不断发展和完善，将为工程领域带来更多的创新和突破。
相信在不久的将来，材料表面工程将会得到更广泛的应用和推广。
材料表面工程
材料表面工程材料表面工程是一种用于改善材料表面性能的技术。
通过对材料表面进行物理或化学的处理，可以改变其表面的化学组成、形貌结构和物理性能，从而提高材料的耐磨、耐腐蚀、抗氧化、附着力等性能。
材料表面工程常用的处理方法有机械加工、化学处理、热处理和表面镀层等。
机械加工包括抛光、研磨、切削、喷砂等。
这些方法可以去除材料表面的氧化层、残留物和裂纹等，使表面平整光滑。
同时，机械加工还可以提高材料的表面硬度和强度，增加疲劳寿命。
化学处理包括酸洗、碱洗、电化学沉积等。
酸洗可以去除材料表面的氧化物和污染物，净化材料表面。
碱洗可以改变材料表面的化学组成，增加材料的抗腐蚀性能。
电化学沉积是一种通过电化学反应在材料表面沉积金属或合金的方法，可以提高材料的导电性、耐磨性和抗腐蚀性能。
热处理是一种通过加热材料到一定温度并保持一定时间，使材料发生相变或晶体结构改变的方法。
热处理可以改善材料的机械性能、热稳定性和耐腐蚀性能。
常用的热处理方法有淬火、回火、退火等。
表面镀层是一种在材料表面覆盖一层金属或合金的方法。
表面镀层可以增加材料的硬度、耐磨性、耐腐蚀性和导热性。
常用的表面镀层方法有镀金、镀铬、镀镍、镀锌等。
材料表面工程的应用非常广泛。
在汽车制造业中，材料表面工程可以提高发动机零件和车身材料的耐磨性和抗腐蚀性，延长汽车的使用寿命。
在航空航天工业中，材料表面工程可以增加航空发动机和飞行器的高温抗氧化性能和高温强度，提高航空器的安全性。
在电子工业中，材料表面工程可以提高半导体材料和电子元器件的导电性和耐热性，增加电子设备的可靠性和稳定性。
此外，在船舶、化工、建筑等行业中也广泛应用了材料表面工程技术。
总之，材料表面工程是一种改善材料表面性能的重要技术。
通过适当的处理方法，我们可以改变材料表面的化学组成和形貌结构，提高材料的质量和性能，满足各种工业领域的需求。
材料表面工程课件
材料表面工程
31
② 氧化还原法热镀锌
该法取消了碱洗、酸洗和溶剂处理等表面预处理。 其工艺过程为先使钢件通过氧化性气氛的预热炉(炉内 加热温度为440～460℃)，再把工件送进还原性气氛 炉中把氧化皮还原并加热到规定的温度，接着将钢件浸 人约440～460℃温度的锌液中进行镀锌。
材料表面工程
32
3．热镀锌层的性能
材料表面工程
4
以NH4C1为例，加热时发生下列反应： NH4C1 NH3 + HCl 2NH3 3H2 + N2 2HCl + MF MC12 + H2
M是欲渗金属。卤化物分解生成的N2和H2会排除容器内 的空气造成还原气氛。
HCl与M反应生成MCl2，随着加热的进行，MCl2气化， 与基体金属A反应，生成活性原子[M]：
热渗镀的方法很多，按接触介质划分有：固渗、液渗、气 渗和等离子渗；按复合手段划分有：电泳渗、料浆渗、喷 涂渗、电镀渗和化学镀渗等。
材料表面工程
2
热渗镀方法分类详见下图：
材料表面工程
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1．固渗法
① 粉末包渗法 粉末包渗法是固渗中最普通的方法。 把工件埋人装有渗层金属粉末的容器里 进行加热扩散，在粉末中加入防粘结粉 末(如Al2O3)和活化剂。 活化剂一般为卤化物，如NH4C1，NH4Br， NH4I等。
镀锌层的防护性能表现在两个方面： 1、锌在大气中能在表面形成一层致密、坚固、耐蚀 的ZnCO3·3Zn(OH)3保护膜，保护了下面的Zn和 Fe免于腐蚀； 2、对于局部损坏处有阴极保护的作用。
材料表面工程
33
4．热镀锌的应用
热镀锌不仅适用于较小的工件(如螺母、螺栓、弹簧等标 准件)，而且还能用于镀锌钢管、钢板、钢丝的大批量生 产。
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。
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。
材料表面工程技术课件
面的功能性，广泛应用于电子、纺织、生物医学等领域。
等离子体表面处理工艺
03
包括等离子体类型选择、处理时间、功率等参数控制，对处理
效果和材料性能具有重要影响。
05
材料表面工程技术应用案例
航空航天领域的应用案例
பைடு நூலகம்
涂层技术
采用等离子喷涂、超音速喷涂等技术，制备耐高温、抗氧 化、抗腐蚀等性能的涂层，提高航空航天材料的使用寿命 和安全性。
表面强化技术
应用离子注入、激光表面处理等强化技术，提高航空航天 材料的硬度、耐磨性和抗疲劳性能，增强其承载能力和使 用寿命。
特种焊接技术
采用电子束焊接、激光焊接等特种焊接技术，实现航空航 天材料的高强度、高质量连接，确保其结构完整性和安全 性。
汽车工业的应用案例
01
电镀技术
应用镀锌、镀铬等电镀技术，提高汽车零件的耐腐蚀性和美观性，延长
，降低对环境和人体的危害。
循环经济与可持续发展
03
推广循环经济和可持续发展的理念，实现材料表面工
程技术的绿色化、低碳化。
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材料表面工程技术课件
• 引言 • 材料表面预处理技术 • 材料表面涂层技术 • 材料表面改性技术 • 材料表面工程技术应用案例
• 材料表面工程技术的评估与质量控制 • 材料表面工程技术的未来发展趋势与
展望
01
引言
表面工程技术的定义与重要性
定义
表面工程技术是指通过物理、化学或 机械手段，改变材料表面的结构、成 分和性质，以获得所需表面性能的技 术。
效果。
表面改性效果的评价指标
表面粗糙度 表面硬度 摩擦系数
耐腐蚀性能
采用轮廓仪、干涉仪等仪器测量表面粗糙度，以评估改性处理 对表面光洁度的影响。
材料表面工程学
材料表面工程学
材料表面工程学是一门研究如何改变和优化材料表面性质的学科，旨在改善材料的功能和性能。
它涉及到对材料表面进行物理、化学和机械处理，以改变其化学组成、晶体结构、形貌和表面能等方面的特性。
材料表面工程学的研究内容包括表面修饰、涂层技术、薄膜制备、层析技术、电化学表面处理等。
通过这些方法，可以实现对材料表面硬度、耐磨性、耐腐蚀性、防腐性、生物相容性、光学性能等的改善。
材料表面工程学应用广泛，可以用于改善金属材料的耐蚀性和耐磨性，提高陶瓷材料的密封性和耐热性，增强玻璃材料的光学透明度和耐冲击性，改善塑料材料的润湿性和粘附性等。
此外，材料表面工程学还应用于生物医学领域，用于制备生物材料和医用器械，提高其生物相容性和组织相容性。
总之，材料表面工程学通过对材料表面进行工艺处理，可以改善材料的性能和功能，拓展材料在各个应用领域的应用范围。
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。
金属材料表面工程的现状与发展
金属材料表面工程的现状与发展随着工业化进程的加速，金属材料表面工程越来越受到人们的关注。
金属材料表面工程是指对金属材料表面进行改性的一系列技术，旨在提高金属材料的性能和品质。
本文将对金属材料表面工程的现状与发展做一探讨。
一、金属材料表面工程的概述金属材料表面工程，简称金属表面工程，是对金属表面进行改性的一种技术。
它通过化学、物理、机械或电化学方法，改变金属表面结构和化学组成，以提高金属表面的性质和品质，克服其缺点，同时赋予其新的特性。
目前，金属表面工程已成为一个独立的分支学科，其研究范围广泛，涉及到航空、轨道、汽车、船舶、机械等各行各业。
二、金属材料表面工程的分类金属材料表面工程可分为以下几类：1. 表面化学处理：如电镀、电解抛光、电解着色等。
2. 表面物理处理：如电子束处理、激光处理、等离子体处理、电弧处理等。
3. 表面机械处理：如抛光、喷砂、玻璃珠喷砂等。
4. 表面热处理：如氮化、渗碳、涂层等。
三、金属材料表面工程的优势金属材料表面工程的优势主要体现在以下几个方面：1. 提高金属材料的硬度和耐磨性。
2. 提高金属材料的耐腐蚀性和抗氧化性。
3. 改善金属材料的表面光洁度和装饰性。
4. 提高金属材料的导电性和导热性。
5. 增加金属材料的附着力和润滑性。
四、金属材料表面工程的现状目前，金属材料表面工程的研究已经成熟，其中最常用的技术是化学镀、物理镀、热镀和电镀。
这些工艺已经广泛应用于航空、汽车、机械、建筑等多个领域。
与此同时，随着科技的不断进步，各种新型的金属材料表面工程技术也不断涌现，如非晶合金涂层、等离子体涂层、电化学沉积等等。
这些新技术的出现，将进一步改善金属材料的表面质量和性能。
五、金属材料表面工程的发展趋势未来，金属材料表面工程将呈现以下几个趋势：1. 环保化：未来金属材料表面工程将更加注重环保，开发出更多的环保型技术。
2. 复合化：将不同的表面工程技术进行复合，以形成更复杂、更优越的表面性质。
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。
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。
表面工程概述与热喷涂材料
随着现代工业的迅猛发展，对机械工业产品提出了更高的要求，要求产品能在高参数(如高温、高压、高速)和恶劣工况条件下长期稳定运转或服役，这就必然对材料表面的耐磨 、耐蚀等性能以及表面装饰提出了更高的要求，使其成为防止产品失效的第一道防线。
零件磨损、腐蚀和疲劳失效常发生在表面。通过表面技术修复、强化使机械零件翻新如初，从而节省了大量资源和经费，并极大地减少了环境污染及废物的处理。
许多采用表面技术处理过的旧零部件，其性能可能大大超过新品，而成本仅为新品的10%。如齿轮、轴、花键等重要零件使用后磨损，可采用镀铬、镀镍、堆焊、热喷涂等进行修复，恢复其尺寸。
表面改性技术和表面涂层技术的最大区别是，其所形成的表面在材料和组织上均与基体有一定的联系，而不像表面涂层技术那样，涂层的材料和组织与基体是完全不同的。
表面组织 转化
激光表面淬火 感应加热淬火 表面喷丸/滚压
不改变表面 化学成分
气相沉积 化学沉积(如电镀) 化学转化膜(如磷化) 涂装技术 (涂漆等) 热喷涂和喷焊
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。
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、涂装、堆焊等。
表面改性
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。
2.按表面强化层材料分
金属材料层
第一节 金属的磨损和腐蚀
一、金属的磨损 1.金属磨损的定义
表面工程的基本涵义、特点、分类及常用工艺方法
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
表面工程的基本涵义、特点、 分类及常用工艺方法
表面工程是在传统表面技术的基础上，应 用材料科学、冶金学、机械学、电子学、物理 学、化学、摩擦学等学科的原理、方法及最新 成就综合发展起来的一门新兴学科。 研究材料表面、界面的特征、性能及改质 过程和相应方法。
目的
• 利用各种物理、化学或机械的工艺过程改 变基材表面状态、化学成份、组织结构或 形成特殊的表面覆层，优化材料表面，以 获得原基材表面所不具备的某些性能， • 达到特定使用条件对产品表面性能的要求， 如获得高装饰性，耐腐蚀、抗高温氧化、 减摩、耐磨、抗疲劳性能及光、电、磁等 多种表面特殊功能。
技术特点
• 表面工程另一技术特点是基材与镀覆材料 选择范围很广，具有极大的灵活性。 • 通过采用不同的处理工艺，能在金属、有 机、无机材料的基体表面制备单金属、合 金、陶瓷、有机高分子材料、类金刚石、 非晶态等多种单一材料或复合材料的表面 层，充分利用各种基材-涂层组合的特点设 计新的功能，满足产品特种功能或综合功 能多种使用要求。
表面工程常用工艺方法
• 离子注入表面改性：氮离子注入（单一气 体注入），等离子源离子注入，离子辅助 镀膜等 制备金属成形刀具、模具耐磨硬质涂层 • 缓蚀材料防锈（封存防锈）：水剂防锈， 油脂防锈，气相防锈，可剥性塑料防锈， 防锈切削液等 整机设备及机械基础件（包括原材料，毛 坯件）在运输、储存及加工工序间周转过 程中防锈
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3
偏析
表面原子是从体内分凝出来的外来原子
4
化学吸附
5
化合物
6
台阶
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
外来原子进入表面，并与表面原子键合形成 化合物
表面不是原子级的平坦，表面原子可以形成 台阶结构
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2.1.1固体的理想表面和清洁表面
1.清洁表面的结构
Kossel和Stranski提出了单晶表面TLK模型，其中T表 示低晶面指数的平台（Terrace），L表示单分子或单原子高 度的台阶（Ledge），K表示单分子或单原子尺度的扭折外， 还有表面吸附的单原子（A）以及表面空位（V）。
外摩擦：摩擦仅与两物体接触部分的表面相互作用有关，而 与物体内部状态无关。
内摩擦：阻碍同一物体各部分之间相对移动的摩擦。
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3.1 摩擦
3.1.1摩擦的定义和分类
静摩擦
根据摩擦副的运动和表面情况分类： 摩擦
根据摩擦副的运动形式分类：摩擦
滑动摩擦
滚动摩擦
根据摩擦副表面的润滑状态分类：
摩擦
根据摩擦副所处的工作条件分类摩：擦
残余变形称为磨损。
目前较通用的分类方法是按照磨损机理的分类方法为基础，将磨损分为：
<1>粘着磨损：当摩擦面发生相对滑动时，由于固相焊合作用产生粘着点，该点在剪 切力作用下变形以致断裂，使材料从一个表面迁移到另一个表面造成的磨损。
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3.2 磨损
3.2.1磨损的定义和分类 <2>磨料磨损：由于一个表面硬的凸起部分和另一个表面接
④表面改性
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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。
出现化学吸附和物理吸附同时存在的现象。而且，气体先进行物理吸附再发生化学
吸附要比先解离再发生化学吸附容易得多。
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第3章 表面摩擦与磨损
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3.1 摩擦
3.1.1摩擦的定义和分类 两个相互接触物体在外力作用下发生相对运动或具有
相对运动趋势时，在接触面间产生切向的运动阻力，这一 阻力称为摩擦力，这种现象称为摩擦。
触，或者在两个摩擦面之间存在着硬的颗粒，或者这些颗 粒嵌入两个摩擦面中的一个面里，在发生相对运动后，使 两个表面中的某一个面的材料发生位移而造成的磨损。
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3.2 磨损
3.2.1磨损的定义和分类 <3>表面疲劳磨损：在滚动接触过程中，由于交变接触应力
的作用而产生表面接触疲劳，使材料表面出现麻点或脱落 的现象。 <4>腐蚀磨损：摩擦表面与周围介质发生化学反应而生成腐 蚀产物，进一步摩擦后这些腐蚀产物会被磨去，如此重复 所造成的材料损伤称为腐蚀磨损。
材料表面工程
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。
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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
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2.1.1固体的理想表面和清洁表面
1.清洁表面的结构
几种清洁表面结构和特点
序号 名称
1
驰豫
2
重构
结构示意图
特点
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；也可以是 有些原子间距增大，有些减小）
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>化学吸附： 气体和固体之间发生了电子的转移，二者产 生了化学键力，其作用力和化合物中原子之间形成化学键 的力相似，较范德华力大的多。 但并不是任何气体在任 何表面上都可以发生化学吸附。
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2.2.1 吸附现象
比较项 吸附热 吸附力 吸附层
吸附选择性 吸附速率
吸附活化能
吸附温度 吸附层结构
表2-2 物理吸附与化学吸附的区别
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1.1 表面工程技术的意义、目的、途径和应用
1.1.3 表面工程技术的途径
①施加各种覆盖层， ②采用各种表面改性技术。
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1.2 表面工程技术的分类、技术内容及发展
1.2.1 表面工程技术的分类 表面工程技术可以从不同的角度进行归类、分类。例如
按照作用原理，表面工程技术可以分为以下4种基本类型： ①原子沉积 ②颗粒沉积 ③整体覆盖
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2.1.2 固体的实际表面
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2.1.3固体表面的成分偏聚
合金的表面成分不同于合金的整体平均成分。这种现 象称为表面偏聚。 表面偏聚： （1）溶质原子在表面偏聚（正偏聚）
（2）表面溶质原子减少（副偏聚） 表面偏聚： （1）平衡偏聚
（2）非平衡偏聚
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2.2.1 吸附现象
<1>物理吸附： 任何气体在其临界温度以下，都会在其和固 体表面之间的范德华力作用下，被固体吸附。但两者之间 没有电子转移，
正常摩擦
动摩擦
纯净摩擦 干摩擦 边界润滑摩擦 流体润滑摩擦 固体润滑摩擦
特殊工况条件下的摩擦
18Biblioteka 3.1 摩擦3.1.3影响摩擦的因素 1.材料性能：弹性模量，晶粒尺寸，强度和硬度等 2.接点长大：摩擦系数增加 3. 摩擦环境：载荷，速度，温度，表面膜等
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3.2 磨损
3.2.1磨损的定义和分类 磨损：物体相对运动时，相对运动表面的物质不断损失或产生
(3) 提高产品的可靠性、稳定性
⑷ 节约材料、节约能源
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1.1 表面工程技术的意义、目的、途径和应用
1.1.2 表面工程技术的目的 现在表面工程技术的应用已经十分广泛。 对于固体材料来说，使用表面工程技术的主要目的是： ①提高材料抵御环境作用的能力； 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、零部件和元器件等。
物理吸附 近于液化热（1～40KJ·MOL-1）
化学吸附 近于反应热（1～40KJ·MOL-1）
范德华力 弱 单分子层或多分子层
无 快 不需
化学键力 强 仅单分子层
有 慢 需要、且很高
低温 基本同吸附质分子结构
较高温度 形成新的化合态
虽然二者有明显的区别，但二者并不是孤立的、截然分开的，在固体表面上常常会