表面工程技术
机械工程中的表面工程与涂层技术
机械工程中的表面工程与涂层技术在机械工程领域，表面工程与涂层技术是关键的研究方向之一。
表面工程旨在改善材料的表面性能，提高机械零部件的耐磨性、耐腐蚀性和使用寿命，涂层技术是实现表面工程的一种重要手段。
表面工程技术的发展源远流长，从古代的锻打、打磨、抛光等手工加工开始，逐渐演化为现代先进的化学、物理处理技术。
现如今，随着各种新材料的问世以及工业化生产技术的不断创新，表面工程技术面临着更高的要求和挑战。
作为表面工程技术中的一项重要内容，涂层技术在机械工程中具有广泛应用。
涂层是将一层或多层功能性材料覆盖在基材表面，以改变其外观、化学性质和机械性能的技术。
通过涂层技术可以使机械零部件具有抗磨损、耐腐蚀、耐高温等特性，提高工件的整体性能。
在涂层技术中，最常见的涂层包括硬质涂层、防腐涂层、摩擦减震涂层等。
硬质涂层是应用最广泛的一类涂层，主要由金属或陶瓷材料构成，能够形成硬度较高的表面，提高零部件的耐磨性和耐腐蚀性。
防腐涂层主要用于保护金属表面免受外界环境的侵蚀，常见的防腐涂层材料包括涂层和防腐漆等。
摩擦减震涂层则主要用于减小零部件的摩擦系数，提高工件的运动性能。
随着科技的不断发展，涂层技术也在不断创新。
纳米涂层是一种新兴的涂层技术，它利用纳米材料的特殊性质，使得涂层薄而坚硬，可以在机械零部件表面形成纳米级的保护层。
与传统的涂层相比，纳米涂层具有更好的耐磨性、抗腐蚀性和耐高温性能，使得机械零部件的使用寿命更长。
不仅如此，生物涂层技术也是近年来涂层技术的新兴领域。
生物涂层技术是将生物材料或具有生物功能的材料涂覆在机械零部件表面，实现生物识别、抑菌、生物附着等功能。
这项技术在医疗、食品加工等领域有着广泛的应用前景。
在机械工程中，表面工程与涂层技术的研究和应用对于提高机械零部件的性能和寿命起着至关重要的作用。
随着科学技术的进步，我们相信在不久的将来，表面工程与涂层技术将得到更大的突破和发展，为机械工程行业带来更多的革新和进步。
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。
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。
关于表面工程技术论文
关于表面工程技术论文表面工程是由多个学科交叉、综合、复合，以系统为特色，逐步发展起来的新兴学科，从上世纪八十年代开始一直保持较快的发展速度，在科研和生产中得到广泛应用，收到了良好的效益。
下文是店铺为大家搜集整理的关于表面工程技术论文的内容，欢迎大家阅读参考! 关于表面工程技术论文篇1试谈表面工程技术在模具制造中的应用摘要：作为一门科学与技术，表面工程能够有效的改善电子电器元件、机械零件等基质材料表面的性能。
如今，表面工程中的各项表面技术已经被广泛的应用到各类机电产品当中，显然已经成为了现代制造技术的重要组成部分，是当前维修、再制造环节中是基本手段。
文章首先对模具表面的主要处理技术进行了详细的阐述，其次对表面工程技术在模具制造中的应用进行了系统的分析与探讨。
关键词：模具制造;表面工程技术;应用作为模具工业的基础，模具材料随着模具工业的迅猛发展，其不但需要具备较高的韧性、强度之外，还需要具有良好的综合性能。
通过表面工程技术的应用，不仅能让模具表面的各种性能得到相应的提高，并且模具内部也将保持着足够的强韧性。
显然，它的应用对于模具综合性能的改善、材料潜力的发挥、成本的降低、合金元素的节约以及模具新材料的进一步利用来说，都十分有效。
1 模具表面的主要处理技术1.1 硬化膜沉积技术物理气相沉积技术、化学气相沉积(CVD)是目前较为成熟的硬化膜沉积技术。
硬化膜沉积技术在最早出现的时候，通常都是应用在刀具、量具等工具上，有着极佳的效果。
并且，很多刀具都已经将涂覆硬化膜当做成最为标准的工艺。
在目前的实际应用过程中，我们不难发现，硬化膜沉积技术的成本是较高的，尤其体现在设备的成本上。
同时，硬化膜沉积技术依旧只应用于一些较精密且具有长寿命的模具上，如果通过建立热处理中心的方式来对其应用，必定会大大降低涂覆硬化膜的成本。
显然，在硬化膜沉积技术的应用下，整个模具制造的水平将得到实质性的提高。
1.2 渗氮技术在整个渗氮工艺中，具有离子渗氮、液体渗氮、气体渗氮等多种方式，而每一种不同的渗氮方式中都具有诸多不同的渗氮技术，这些不同的技术能够有效的适应不同工件、不同钢种的实际要求。
现代表面工程技术的应用领域探索
现代表面工程技术的应用领域探索现代表面工程技术是一门涵盖了多个学科的领域，它涉及到材料科学、化学工程、物理学等多个领域，旨在改善材料表面的性能和功能。
在各个领域的应用中，现代表面工程技术能够提供许多新的解决方案和创新的设计。
首先，现代表面工程技术在航空航天领域有着广泛的应用。
航空器需要经受极端的工作环境，如高温、高压、辐射等。
现代表面工程技术可以用于开发高温耐热涂层，提高航空器材料的抗氧化性能、耐磨性和防腐蚀性能，从而延长其使用寿命。
例如，钨合金被广泛应用于火箭喷嘴和探测器的制造中，钢基高温合金在发动机和燃气轮机中使用。
其次，现代表面工程技术在能源领域也有着重要的应用。
提高能源利用效率和降低能源消耗是当今社会面临的重要挑战。
现代表面工程技术可以开发高效的光伏电池、太阳能集热器和催化剂，用于能源收集和转化过程中。
例如，染料敏化太阳能电池利用表面工程技术制备的纳米材料来提高光电转换效率。
此外，热障涂层和摩擦副涂层可以提高热电站和工业设备的热效率，减少能源浪费。
再次，现代表面工程技术在医疗领域也有广泛的应用。
医疗器械和生物材料需要与人体组织相容，并具有良好的生物相容性和抗菌性能。
现代表面工程技术可以改善医疗器械的摩擦和磨损性能，减少对人体组织的刺激。
例如，钛合金表面的生物陶瓷涂层可以增加假体和骨骼之间的接触面积，提高骨接合力。
此外，生物可降解材料和纳米生物传感器也可以通过表面工程技术制备，用于医学诊断和治疗。
此外，现代表面工程技术在电子和信息技术领域也有着重要的应用。
电子器件的性能和功能往往受到材料表面的限制。
现代表面工程技术可以制备具有特定电学、光学和磁学性能的材料，用于电子器件、显示屏和传感器的制造。
例如，表面工程技术可以通过微纳米加工和薄膜沉积，制备高精度的电路和功能纳米结构。
此外，表面工程技术还可以开发光学涂层、导电薄膜和电子陶瓷材料，用于光电器件、传感器和通信设备。
总之，现代表面工程技术的应用领域非常广泛，涉及到航空航天、能源、医疗和电子等多个领域。
表面工程名词解释汇总
第一章1 表面工程也称为“表面技术”、“表面处理”或“表面改性”，是应用物理、化学、机械等方法改变固体材料表面成分或组织结构，获得所需性能的表面，以提高产品的可靠性或延长其使用寿命的各种技术的总称。
2 原子沉积：原子、离子、分子及基团在基体上的凝聚、成核、长大；例如电镀、化学镀、蒸镀、溅射、气相沉积等。
3 颗粒沉积：熔化的液滴、细小颗粒在外力作用下于基体表面凝聚、沉积或烧结；例如热喷涂、搪瓷涂层等。
4 表面改性：用离子处理、热处理、机械处理、化学处理的方法改变材料表面的组成和性质。
5 表面改性：改变基体金属材料表面层的化学成分，例如化学热处理、等离子扩渗处理、离子注入。
6 表面处理：不改变基体金属表面化学成分的情况下，使其组织与结构发生变化，例如喷丸强化、表面热处理等7 表面涂镀层技术：在基体材料表面形成一层新的覆盖层，覆盖层与基体之间有明显的分界面8 纳米表面工程技术：在基体表面制备含纳米颗粒的涂层或具有纳米结构的表层第二章1 界面一般指两相交界处，严格来讲固-固、液-液、固-液、气-液、固-液交界处皆为界面2 固体表面通常指固-气界面或固-液界面，一般由凝聚态物质靠近气体或真空的一个或几个原子层组成。
3理想表面是一种理论上的结构完整的二维点阵平面，忽略周期性势场的中断，忽略缺陷、扩散、热运动，忽略外界环境影响4 无缺陷的晶体被分成两个半无限大的晶体，分割前后的原子排列、电子密度不变；表面原子能量大于内部，既为表面能5 清洁表面指没有被其它任何物质污染，也没有吸附任何不是表面组分的其它原子或分子的表面，是我们在预处理后中想要得到的表面6 表面驰豫：表面的原子周期性突然破坏，表面上的原子会发生相对于正常位置的上、下位移以降低体系能量，表面上原子的这种位移称为表面驰豫7 表面重构：平行基底的表面上，原子的平移对称性与体内显着不同，原子位置作了较大幅度的调整8 化学吸附：外来原子吸附于表面并形成化学键。
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。
表面工程技术处理基础理论
水下油气田生产设施
油气田中出现的冲刷腐蚀失效
32
金属的腐蚀危害巨大：
全世界每年生产的钢铁约有10％因腐蚀而变为铁锈，大约30％的机电设 备因此而损坏。 根据世界上几个主要工业发达国家的一些统计数字表明：这些国家由于 金属的腐蚀造成的直接经济损失约占国民生产总值的 2-4 %。
腐蚀事故举例
• 1966年某天然气井的套管发生硫化物应力腐蚀开裂，造成
2.2.1 清洁表面结构
按照热力学的观点，表面附近的原子排列总是趋于能量最低的稳定 状态：
自行调整； → 原子排列情况与材料内部明显不同 依靠表面成分偏析，表面对外来原子或分子的吸附，以及两者的
相互作用而趋向稳定态，
→表面组分与材料内部不同。
2.2.1 清洁表面结构
relaxation
reconstruction
车削
不同加工方法形成的材料表面轮廓曲线
0.63 ~ 5
1.25 ~ 10
钻削
2.2.2 实际表面结构
一般机加工后金属表面示意图 贝尔比层（ Bilby层）：
因机械加工力引起的晶格 点阵强烈畸变而形成的非晶态 层，具有粘性液体膜似的非晶 态外观，厚约5~10 nm。
2.3 固体表面的物理吸附和化学吸附
非金属材料－老化
35
2.4.1腐蚀的定义
• 定义：腐蚀是材料受环境介质的化学、电化学和物理作用产生的损坏 或变质现象, 包括化学、电化学与机械因素或生物因素的共同作用；
• 腐蚀的定义包括了化学、电化学、物理学的内容，腐蚀的发生往往与 磨损、断裂等的同时进行；
• 腐蚀学是交叉学科（边缘学科），涉及到金属学、电化学、物理化学 、流体力学、固体力学等，是一门应用性很强的学科。
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。
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。
(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。
- 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)。
表面工程技术：为满足特定的工程需求，使材料或零部件表面具有特殊成分、结构和性能（或功能）的化学、物理方法与工艺。
它的实施对象是固体材料的表面。
洁净表面：尽管材料表层原子结构的周期性不同于体内，但如果其化学成分仍与体内相同，这种表面成为洁净表面。
清洁表面：零件经过清洗（脱脂、浸蚀等）以后的表面，与洁净表面必须用特殊的方法才能得到不同；洁净表面的清洁程度比清洁表面高。
材料表面的粗糙度与加工方法密切相关。
表面的不平整性包括波纹度和粗糙度。
粗糙度指在较短距离内（2~800μm）出现的凹凸不平（0.03~400μm）。
表面粗糙度的表达式：i=Ai / Al Ai为真实面积，Al为Ai的投影面积，即理想的几何学面积。
显然i≥1。
材料的表面粗糙度是表面工程技术中最重要的概念之一。
Eg：在气相沉淀技术：要求加工材料表面有很低的粗糙度；热喷涂工艺施工前要求表面有一定的粗糙度。
固体表面的物理吸附无选择性，化学吸附有选择性。
吸附是固体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两类。
任何气体在其临界温度以下，都会被吸附于固体表面，即发生物理吸附。
并不是任何气体在任何表面上都可以发生化学吸附，有时也会出现化学吸附和物理吸附同时存在的现象。
润湿现象：液体在固体表面上铺展的现象。
能被水润湿的物质叫亲水物质。
不能被水润湿的物质叫疏水物质。
润湿角：固、液、气三相接触达到平衡时，从三相接触的公共点沿液、气界面所引切线与固、液界面的夹角。
润湿程度与润湿角θ的关系：当θ﹤90°时称为润湿。
θ角越小，润湿性越好；当θ﹥90°时称为不润湿。
θ角越大，润湿性越不好；当θ=0°和180°时，则相应的称为完全润湿和完全不润湿。
θ角的大小，与界面张力有关。
相互接触的物体相对运动时产生的阻力，称为摩擦。
材料的磨损指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。
摩擦与磨损是因果关系。
按照磨损机理不同，可以将磨损分为粘着磨损、磨粒磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损、微动磨损、冲蚀（包括气蚀）磨损和高温磨损七大类。
腐蚀：材料与环境介质作用而引起的恶化变质或破坏。
分类：按材料腐蚀原理不同，分为化学腐蚀（腐蚀过程中无电流产生）和电化学腐蚀（腐蚀过程中有电流产生）按腐蚀形态不同，分为全面腐蚀和局部腐蚀。
腐蚀分布在整个金属表面上（包括较均匀的和不均匀的）称为全面腐蚀；腐蚀局限在金属的某一部位则称为局部腐蚀（危险性大）极化：腐蚀电池工作时，阴、阳极之间有电流通过，使得其电极电位值与初始电位值（没有电流通过时的平衡电位值）有一定的偏离，使阴、阳极之间的电位差比初始电位差要小得多，这种现象就称为极化现象或极化作用。
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，称为钝化。
活化与其相反，能消除金属表面钝化状态的因素都有活化作用。
表面预处理的目的：获取一定粗糙度和清洁度的表面。
对涂装与热喷涂工艺而言，零件或制品表面需要有一定程度的粗糙度；对电镀，要求金属表面平整光滑，因为电镀层较薄且透明，粗糙的表面影响制品的美观；气相沉积要求粗糙度低。
机械性清理：借助机械力除去材料表面的腐蚀产物、油污及其它各种杂物，以获得清洁表面的过程。
称为机械性清理。
分类：机械磨光和抛光、滚光和刷光、喷砂或喷丸。
化学性清理：脱脂（化学脱脂、有机溶剂脱脂、水剂脱脂、电化学脱脂）；化学浸蚀、抛光和电化学抛光。
热扩渗技术的特点：渗层与基体金属是冶金结合，结合强度很高，渗层不易脱落或剥落。
热扩渗层形成的基本条件：①渗入元素与基体形成固溶体或金属间化合物②渗入元素与基体直接接触③有一定的渗入速度④满足热力学条件渗层的形成机理：①产生渗剂元素的活性原子并提供给基体金属表面；②渗剂元素的活性原子吸附在基体金属表面上，随后被基体金属所吸收；③渗层元素原子向基体金属内部扩散，基体金属原子也同时向渗层中扩散，使扩渗层增厚。
影响热扩渗层的因素：扩渗的初始阶段：溶入元素原子的扩渗速度受产生并供给渗剂活性原子的化学反应速度控制[化学反应速度（反应物浓度、反应温度、活化剂）]；扩渗的后续阶段：当渗层达到一定厚度后，扩渗速度主要取决于扩散的速度[扩散速度（温度、时间）]影响扩散速度的主要因素为热扩渗温度与时间，并且，扩渗过程中升高温度较延长时间更为有效。
热扩渗的分类：根据热扩渗的温度可分为高温、中温和低温热扩渗；按渗入元素化学成分的特点，分为非金属元素热扩渗、金属元素热扩渗、金属-非金属元素多元共渗和通过扩散减少或消除某些杂质的扩散退火，即均匀化退火；按渗剂在工作温度下渗剂的物质状态，分为气体热扩渗、液体热扩渗、固体热扩渗、等离子热扩渗和复合热扩渗气体热扩渗：把工件置于含有渗剂原子的气体介质中加热到渗剂原子能在基体中产生显著扩散的温度，使工件表面获得该渗剂元素的工艺气体渗碳：在增碳的活性气氛中，将低碳钢或低碳合金钢加热到高温（一般为900-950℃），使活性碳原子进入钢的表面，以获得高碳渗层的工艺方法称为气体渗碳。
钢件渗碳后，表面为高碳钢，内部仍保持低碳状态。
渗碳件的性能是渗层和心部组织及渗层深度与工件直径相对比例等因素的综合反映。
表面到心部碳含量下降，缓冷组织为过共析钢、共析钢、亚共析钢；淬火组织为渗碳体+马氏体和低碳马氏体。
渗层深度取决于零件的工作条件及心部材料的强度。
零件所受负荷越大，渗碳层应越深。
零件的心部硬度高，支撑渗层的强度高，渗层可以相应浅一些。
气体渗碳：渗碳温度900-950℃，气体渗碳渗前无需处理，渗后淬火+低温回火，得到渗碳体+马氏体,处理时间2-3h[浅层渗碳约2-3h，常规渗碳约5-8h，深层渗碳约16-30h]；影响气体渗碳的主要因素：a.温度和时间 b.渗碳气氛 c.钢的化学成分气体渗氮：钢的渗氮温度低（480-570℃），周期长，渗氮层薄。
渗氮渗前调质处理，渗后无需热处理。
处理时间20-50h氮碳共渗渗层比渗氮层低，表面硬度高，耐磨损，抗疲劳，尺寸变形小；碳氮共渗：疲劳强度、耐磨性、耐蚀性、抗回火稳定性高20CrMnTi钢是我国用量最大的渗碳钢种，简述渗碳工艺，渗碳后钢的成分、组织、性能如何？渗后是否需要进行热处理？若需要，目的何在？工艺：加热到900～950℃（增碳的活性气氛），活性碳原子进入钢的表面，得到高碳渗层，表面：硬度高，耐磨，P+Fe3CⅡ；心部：硬度低，韧性高，F + P少。
需要，淬火+低温回火，得到渗碳体马氏体液体热扩渗：将工件浸渍在熔融液体中，使表面渗入一种或几种元素的热扩渗工艺。
液体热扩渗根据工艺特点分为盐浴法、热浸法（是将工件直接浸入液态金属中，经较短时间保温即形成合金层）、熔烧法。
钢铁件的热浸渗（镀）的过程分为：1）铁基表面被溶解，形成合金层；2）合金层中的渗入原子进一步向基体扩散，形成固溶体或化合物；3）工件离开镀槽时带出纯的熔融金属，覆盖在合金层上，形成纯金属层。
钢铁件在热浸锌后由内向外的渗层组织依次：γ相、δ1相、ζ相、η相根据工艺特点，热浸渗工艺分为溶剂法和氧化还原法。
溶剂法分为湿法和干法，多用于钢丝及钢制零部件的热浸渗。
氧化还原法：用于钢板、钢带的连续热浸渗。
这两种方法的主要区别在于脱脂除锈、保持工件或钢材表面清洁的方式不同。
干法热浸渗就是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熔液中，保温数分钟后抽出，水冷。
与干法热浸渗相比，氧化还原法热浸渗的工件或钢材进入欲渗金属液前具有足够的热量，使金属熔液能保持稳定，减少了热浸渗锅本身的热应力，提高了其使用寿命。
决定工件或钢材浸锌质量的主要工艺参数锌液温度、浸锌时间及从锌液中抽出的速度热浸锌层的耐腐蚀性能表现在：①锌在大气中能形成一层致密、坚固、耐腐蚀的ZnCO 3·3Zn(OH)3保护膜，既减少锌的腐蚀，有保护了锌层下铁免受腐蚀②对热浸渗层有局部破坏时，有阴极保护作用。
固体热扩渗：把工件放入固体渗剂中或用固体渗剂包裹工件加热到一定温度保温一段时间，使工件表面渗入某种元素或多种元素的工艺过程。
渗硼工艺：将工件放入渗硼箱，四周填充渗硼剂，将渗硼箱密封后放入加热炉中加热，保温数小时后出炉。
渗层中存在FeB+Fe 2B 双相型硼化物FeB 和Fe 2B 硬度高，脆性大，其中FeB（渗层中尽可能少）的脆性比Fe 2B 更大。
渗后处理：只要求耐磨，不要求心部强度的钢件采取渗硼后空冷以减小变形；要求心部强度的钢件采取油淬或分级淬火减小内应力，防止渗层开裂热喷涂、喷焊、堆焊都是利用热能（如氧-乙炔火焰、电弧、等离子火焰等）将具有特殊性能的涂层材料熔化后涂敷在工件上形成涂层的技术。
热喷涂技术的特点：优点：（1）可在各种基体上制备各种材质的涂层；（2）基体温度低；（3）操作灵活；（4）涂层厚度范围宽。
缺点：热效率低，材料利用率低、浪费大，涂层与基材结合强度较低。
热喷涂技术中涂层与基材的结合机理主要为机械结合（抛锚作用），还有物理结合、扩散结合、冶金结合 涂层的结合质量直接与基体表面的清洁度和粗糙度有关。
大部分涂层材料的冷却凝固伴随着收缩过程。
当熔融撞击基体并快速冷却、凝固时，颗粒内部会产生张应力而在基体表面产生压应力。
喷涂完成后，在涂层内部存在残余张应力，其大小与涂层厚度成正比。
薄涂层比厚涂层更加经久耐用。
热喷涂时表面预处理工艺：清除基体所有的表面污垢，使表面清洁度一直保存到喷涂完成为止，以保证涂层与基材的粘接。
作用：清洗、粗化、粘结底层正确的粗化处理与清洗过程同样重要。
粗化表面可使涂层与基体之间、涂层颗粒之间的结合，得到强化，原因：①提供表面压应力；②提供涂层颗粒互锁的结构；③增大结合面积；④净化表面。
热喷涂涂层的形成过程：涂层材料经加热熔化和加速→撞击基体→冷却凝固→形成涂层；涂层结构：涂层由大小不一的扁平颗粒、未熔化的球形颗粒、夹杂和孔隙组成。
等离子喷涂焰流温度高，喷涂熔点高的陶瓷材料；爆炸喷涂焰流速度高；超音速火焰喷涂焰流速度、结合强度高 热喷涂工艺方法：火焰喷涂工艺（通过氧-乙炔气体燃烧提供热量加热熔化喷涂材料，通过压缩空气雾化并加速喷涂材料，随后在基体上沉积成涂层）、电弧喷涂工艺、等离子喷涂工艺、爆炸喷涂和超音速火焰喷涂工艺 线材火焰喷涂：只用含一种金属或合金的材料制成的喷涂线材。
线材用普通的拉拔方法制造 热喷焊技术：采用热源使涂层材料在基体表面重新熔化或部分熔化，实现涂层与基体之间、涂层内颗粒之间的冶金结合，消除孔隙喷焊与喷涂过程不同，合金粉末在基材表面于一个重熔并铺展的过程，故喷焊的特点：（1）热喷焊层组织致密，冶金缺陷很少，与基材结合强度高；（2）热喷焊材料必须与基材相匹配，喷焊材料与基材材料范围比热喷涂窄的多；3）热喷焊工艺中基材的变形比热喷涂大得多（4）热喷焊层的成分与喷焊材料的原始成分会有一定差别。