1表面工程学
表面工程学--涂装技术ppt课件
特点：由于转化成膜物质具有能起化学反应的官能团，在 热氧或其他物质作用下能够聚合成与原有结构不同的不溶， 不熔的网状高聚物，即热固性高聚物，因而形成的涂膜是 热固性的，通常具有网状结构。比如干性油和半干型油， 漆酚，多异氰酸酯的加成物和聚合物。
标志作用功能
利用色彩的明度和反差强烈的特性，引起人们警觉，避免危 险事故发生，保障人们的安全。有些公共设施，如医院、消防 车、救护车、邮局等，也常用色彩来标示，方便人们辨别。
特殊作用功能
涂装能使物体获得力学性能（耐磨、润滑）、热功能（耐 高温、阻燃）电磁学功能（导电、防静电涂料）、声波、雷达 波的反射和吸收、夜光作用等。
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3.3 涂膜防护原理 涂膜对金属的保护作用主要体现在：
涂膜
金属与腐蚀 介质隔离， 阻碍电化学 腐蚀的发生
阻碍阳极与 溶液间离子 的移动，减 小了腐蚀速
率
涂料中的颜 料对金属表 面起钝化作 用，减缓了
腐蚀速度
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第四节 涂装材料
涂装用材料主要包括：预处理材料、涂料、后处理材料。
4.1 预处理材料
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链锁聚合反应(加聚反应)成膜：有三种形式 a) 氧化聚合形式：以天然油脂为成膜物质的油脂涂料以及 含有油脂组分的天然树脂涂料、酚醛树脂涂料、醇酸树脂 涂料和环氧酯涂料等都是依靠环氧聚合成膜的。 b) 引发剂引发聚合形式：不饱和聚酯涂料是典型的依靠引 发剂引发聚合成膜的。 c) 能量引发聚合形式：一些以含共价键的化合物或聚合物 为成膜物质的涂料可以通过能量引发聚合形式而成膜。
第九章 涂装技术
本章主要内容
• 第一节 涂装技术的概述 • 第二节 涂料的基本组成及其作用 • 第三节 涂料成膜机理 • 第四节 涂装材料 • 第五节 涂装工艺与设备 • 第六节 几种典型产品涂装 • 第七节 涂膜质量评价及涂装技术发展趋势
表面工程学
名词解释：1、表面工程学：为满足特定的工程要求，使材料或零部件表面具有特殊的成分、结构和性能的化学、物理方法与工艺。
2、理想表面:是一种想象的平面，在无限晶体中插进一个平面，将其分为两部分后所形成的平面，并认为半无限晶体中的原子位置和电子密度都和原来的无线晶体一样。
3、洁净表面：虽然材料表层原子结构的周期性不同于体内，但其化学成分仍与体内相同。
4、清洁表面：一般指零件经过清洗（脱脂、浸蚀等）以后的表面。
5、TLK模型：基本思想是在温度相当于0K时，表面原子结构呈静态。
表面原子层可以认为是理想的平面，其中的原子作完整二维周期性排列，且不存在缺陷和杂质。
当温度从0K升到T时，由于原子的热运动，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及表面空位等。
6、固体表面的吸附包括物理吸附和化学吸附。
吸附是固体表面最重要的性质之一。
7、莱宾杰尔效应：因环境介质的影响及表面自由能减少导致固体强度、塑性降低的现象。
8、润湿：液体在固体表面铺展的现象。
9、脱脂的方法：化学脱脂、有机溶剂脱脂、水剂脱脂、电化学脱脂。
10、表面淬火技术：采用特定的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，然后使其快速冷却并发生马氏体变化，形成表面强化层的工艺过程。
11、受控喷丸：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。
12、热扩渗：将工件放在特殊介质中加热，使介质中某一种或几种元素渗入工件表面，形成合金层（或掺杂层）的工艺。
13、电镀：是指在含有欲镀金属的盐类溶液中，在直流电的作用下，以被镀基体金属为阴极，以欲镀金属或其他惰性导体为阳极，通过电解作用，在基体表面上获得结合牢固的金属膜的表面工程技术。
14、化学镀：在无外加电流的状态下，借助合适的还原剂，使镀液中的金属离子还原成金属，并沉积到零件表面的一种镀覆方法。
表面工程学-第四章
表面淬火和表面形变强化技术
在表面工程技术中，不需要外加其它材料，主要依靠材料自身组 织与结构转变来进行表面改性的工艺主要有两类： 一、表面淬火与退火技术 二、表面形变强化技术 特点：工艺简单、效果显著、应用广泛
一
（一）原理：
表面淬火技术
定义： 采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，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。 注意：凡是能通过整体淬火强化的金属材料，原则上都可以进行表面淬火。
注：P/(Dv)称为比能量，物理意义为单位面积激光作用区注入的激光能量
(3)表面预处理状态 • 表面组织准备：
通过调制处理等手段，获得较 细的材料表面组织(细片状珠光体、 回火马氏体或奥氏体)
•
表面“黑化”处理：
磷化法、氧化法、喷刷涂料法、 镀膜法
二、激光表面熔凝技术原理
定义：
采用激光束将基材表面加热到熔化温度以上，当激光束移开后由于基材 内部导热冷却而使熔化层表面快速冷却并凝固结晶的表面处理工艺。(液相淬
2．受控喷丸对材料表面形貌与性能的影响 (1)对材料表面硬度的影响：
表面硬度可大幅度提高，且硬化层深度最高 可达0.8mm
(2)对表面粗糙度的影响：
表面粗糙度对其疲劳寿命影响很大， 降低表面粗糙度可以增加零件的疲劳强度。 受控喷丸以后的表面痕迹没有方向性， 有利于增加零件的疲劳强度。
(3)对疲劳寿命与抗应力腐蚀能力的影响：
三、适用范围：
主要用于单件、小批量生产及大型齿轮、轴、轧辊、导轨等
四、组织特征：过渡区较宽
第三节
激光淬火与电子束淬火技术
一、激光淬火技术的原理及应用：
表面工程学
表面工程技术的特点与意义
• 早在20世纪后期，美国就将表面工程技术 列入影响21世纪人类生活的七大关键技术 之一，与计算机科学、生命科学、新能源 技术、新材料技术、信息技术和先进制造 技术并列。 • 我国也非常重视表面工程技术的发展、创 新与应用。
表面工程技术的分类
按照表面工程技术的特点，可以将其分为 • 表面改性、 • 表面加工、 • 表面加工三维成型、 • 表面合成新材料等。
1. 表面改性技术
• 指赋予材料表面以特定的物理、化学性 能的表面工程技术。 • 材料的表面性能包括高强度、高硬度、 耐蚀性、导电性、磁性能、光敏、压敏、 气敏特性等。 • 按照工艺特点的不同，表面改性技术又 可分为①表面组织转化技术， ②表面涂 层、镀层及堆焊技术和③表面合金化技 术等三大类。
表面组织转化技术
表面工程学的内涵
3. 表面合成材料技术：即借助各种手段在材 料表面合成新材料的技术，如纳米粒子制 备过程中的表面工程技术、离子注入制备 或合成新材料等。 4. 表面加工三维合成技术：即将二维表面加 工累积成三维零件的快速原型制造技术等。 5. 上述几个要点的组合或综合。
表面工程学的定义和内涵
• 表面工程技术的定义，由单纯表面改性 (surface modification) 扩展到表面加工和合 成新材料， • 实施对象由“结构材料”扩展到“功能材 料”， • 涵盖材料学、材料加工工程、物理、化学、 冶金、机械、电子与生物领域的有关技术 与科学，交叉学科的特征。
不改变材料的表面成分，只是通过改 变表面组织结构特征或应力状况来改 变材料性能， 如激光表面淬火和退火技术，感应加 热淬火技术和喷丸、滚压等表面加工 硬化技术等。
表面涂镀技术
利用外加涂层或镀层的性能使基材表面性 能优化，基材不参与或者很少参与涂层的 反应。 典型的表面涂镀技术包括：气相沉积技术 (如物理气相沉积和化学气相沉积等)、化学 溶液沉积法(如电镀、化学镀、电刷镀)、化 学转化膜技术 (如磷化、阳极氧化、金属表 面彩色化技术、溶胶－凝胶法等)、各种现 代涂装技术、热喷涂和喷焊技术、堆焊技 术等。
精选第二讲表面科学与工程的基础理论
表面成分
二元合金表面富集元素
由A,B两种原子组成的固体表面情况
实际表面
FeO
表面成分（surface composition）
金属的氧化 : 气相/高价氧化物/低价氧化物/金属
空气
<1000℃
>1000℃
Cu
Cu
Cu2O
CuO
Cu2O
空气
空气
<570℃
>570℃
Fe
Fe3O4
空气
Fe2O3
Fe
Fe3O4
Fe2O3
实际表面
1.基于固相晶粒尺寸和微观结构差异形成的界面微晶层(贝尔比层(Beilby)层)：1-100nm厚的晶粒微小的微晶层。塑性变形层：塑变程度和它的深度有关。其它变质层： (1)形成孪晶：Zn, Ti等密排六方结构的金属表层会形成孪晶;(2)发生相变：18-8型奥代体不锈钢，β黄铜、淬火钢中的残余奥氏体，高锰钢等会形成相变层；(3)发生再结晶：Sn、Pb、Zn等低熔点金属加工后表层能够形成再结晶层。(4)发生时效和出现表层裂纹等。
主要内容
一、表面晶体学二、金属的表面现象三、覆层的形成机制四、表面缺陷与表面扩散
一、表面晶体学
1. 表面类型理想表面洁净表面实际表面
1. 理想表面
典型的固体表面
理想表面：无限晶体中插入一个平面，分成两部分后形成的表面。自然界很难获得理想表面。特点：表面原子近邻原子数少，表面原子能量升高，表面能，引起吸附。
物理吸附与化学吸附的区别
（1）热效应不同 物理吸附热小于化学吸附热，化学吸附热与化学反应热同等数量级，物理吸附热与液化相似；前者脱附温度在气体的沸点附近，后者的脱附温度比气体脱附温度高。（2）吸附和脱附的速率不同 前者类似凝聚现象，不需要活化能，吸附速度快。后者类似化学反应，需要活化能，吸附速度慢。前者易脱附，可逆；后者不易脱附，不可逆。（3）化学吸附有选择性 化学吸附有高度选择性。如氢会被钨和镍化学吸附，不能被铝化学吸附。物理吸附无选择性。
表面工程学复习
表面工程学复习名词解释表面能：材料表面的内能，包括原子的动能，原子间的势能以及原子中原子核和电子的动能和势能。
表面扩散：是指原子、离子、分子以及原子团在固体表面沿表面方向的运动。
当固体表面存在化学势梯度场，扩散物质的浓度变化或样品表面的形貌变化时，就会发生表面扩散。
洁净表面：尽管材料表面原子结构的周期性不同于体内，但其化学成分仍与体内相同的表面。
清洁表面：一般之零件经过清洗（脱脂、侵蚀）以后的表面。
滚光：将零件放入盛有磨料和化学溶液的滚筒中，借滚筒的旋转使零件与磨料、零件与零件表面相互摩擦，以达到清理零件表面的过程。
电化学抛光：电解抛光是以被抛工件为阳极，不溶性金属为阴极，两极同时浸入到电解槽中，通以直流电而产生有选择性的阳极溶解，从而达到工件表面光亮度增大的效果。
表面淬火：采用特定热源将钢铁材料表面快速加热到AC3或AC1之上，然后使其快速冷却，形成表面强化层的工艺过程。
表面形变强化：在金属的表面形变过程中当外力超过屈服强度后，要塑性变形继续进行必须不断增加外力，从而在真实的应力-应变曲线上表现为应力不断上升。
等离子体热扩渗: 利用低真空中气体辉光放电产生的离子轰击工件表面，形成热扩渗层的工艺过程。
液体热扩渗：将工件浸渍在熔融的液体中，使表面渗入一种或几种元素的热扩渗工艺方法。
化学镀:：在无外加电流的状态下，借助合适的还原剂，使镀液中的金属离子还原成金属，并沉积到零件表面的一种镀覆方法。
复合镀：在电镀或化学镀溶液中加入非溶性的固体微粒，并使其与主体金属共沉积在基体表面，或把长纤维迈入或卷缠于基体表面后沉积金属，形成一层金属基的表面复合材料的过程。
合金镀：在一种溶液中，两种或两种以上金属离子在阴极上共沉积，形成均匀细致镀层的过程。
堆焊：在零件表面熔覆一层耐磨、耐蚀、耐热等具有特殊性能合金属的技术。
热喷焊:采用热源使涂层料在机基体表面重新融化或部分熔化，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。
表面工程学---教学大纲
《表面工程学》课程教学大纲课程代码：050241025课程英文名称：Surface engineering课程总学时：40 讲课：40 实验：0 上机：0适用专业：金属材料工程大纲编写（修订）时间：2017.11一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标1．课程地位：表面工程学是必修、专业学位课。
2．教学目标：通过本课程的学习使学生了解现代表面技术基本知识。
掌握有关材料表面的基本概念和某些重要理论，对现代表面技术的形成、分类、涵义和内容有一定深度的了解。
通过一些典型的表面技术来掌握其主要设备、技术路线、工艺实施、分析检验和具体应用等，从而使学生对现代表面技术的形成、现状和发展有基本的了解。
积极培养学生理论联系实际以及开拓创新的能力，为学习其它有关专业课程和将来从事生产技术工作奠定必要的理论基础。
（二）知识、能力及技能方面的基本要求1.知识方面的基本要求：掌握表面工程学的定义和内涵、表面工程技术的特点与意义、表面工程技术的分类。
掌握典型固体表面与界面；掌握金属腐蚀原理和防护技术，材料磨损原理及其耐磨性。
掌握表面工程技术的预处理工艺。
掌握表面淬火技术的原理与特点；掌握感应加热淬火技术、火焰加热表面淬火技术、激光淬火、电阻加热表面淬火技术、表面形变强化技术的原理。
掌握热扩渗技术的基本原理；掌握热扩渗工艺的分类、等离子体热扩渗。
掌握电镀、化学镀的基本原理与工艺；掌握常用单金属电镀、合金电镀、复合镀技术。
掌握磷化、铬酸盐钝化膜；掌握转化膜的基本特性及用途、化学氧化、草酸盐钝化、电化学氧化、着色技术。
掌握涂料的基本组成及其作用、涂料成膜机理、涂装材料；掌握涂装工艺。
掌握物理气相沉积方法中蒸发镀、溅射镀和离子镀的原理及特点；掌握各类化学气相沉积方法的原理及特点，分子束外延制膜方法。
了解常用工业激光器及激光加工系统，掌握激光表面改性技术；掌握离子束表面改性技术、电子束表面改性技术的特点及应用。
掌握常用微细加工技术、纳米工艺、生物芯片技术。
表面工程略微整理版 (1)
洁净表面：大块晶体的三维周期结构与真空间的过渡区,它包括所有不具有晶体内特征的原子层,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。
理想表面：当一块无限大的无缺陷的晶体被分成两个半无限大的晶体时，如果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一样，而且晶体在分割时没有原子进入或跑出分割面，这个分割面就是理想表面冶金结合：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造成的磨损粘着磨损：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造成的磨损表面疲劳磨损：指由于在表面上重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：两固体表面间重复冲击作用下材料损伤和脱落的磨损形式磨光：是普通的利用砂粒、刃口将M机械性切割下来的过程，主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，主要目的是消除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：预处理干燥溶剂处理浸锌清洗氧化还原法：氧化/还原浸锌喷吹/冷却钝化处理涂油气体碳氮共渗：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：指利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：在无外加电流时含有欲镀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。
表面工程学课程小结
表面工程学课程小结1.表面工程技术：是赋予材料或零部件表面以特殊的成分、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。
基材涉及几乎所有的工程材料，如金属、陶瓷、半导体材料、高分子材料、混凝土、木材、各类复合材料。
表面改性技术：主要指赋予材料表面以特定的物理、化学性能的表面工程技术。
按照工艺特点的不同，表面改性技术可分为：表面组织转化技术，表面涂层、镀层及堆焊技术，表面合金化技术等三大类。
2.表面、磨损与腐蚀典型固体表面有：理想表面、洁净表面与清洁表面、机械加工过的表面、一般表面。
最基本的磨损形式：磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损。
这些磨损过程的特点。
影响磨粒磨损过程的因素有：磨粒的硬度、磨粒形状和粒度、工况和环境条件。
影响固体材料粘着磨损性能的因素有：润滑条件或环境、硬度、晶体结构和晶体的互溶性、温度。
腐蚀：按腐蚀机理分为化学腐蚀和电化学腐蚀。
按腐蚀形态不同分为：全面腐蚀、局部腐蚀。
按环境不同，可将腐蚀分为：湿蚀，干蚀，微生物腐蚀。
电化学腐蚀：指金属在导电的液态介质中因电化学作用导致的腐蚀，在腐蚀中有电流产生。
如：电偶腐蚀：在腐蚀介质中，金属与另一种电位更正的金属或非金属导体发生电连接而引起的加速腐蚀。
大气腐蚀、海水腐蚀、土壤腐蚀属于电化学腐蚀。
化学腐蚀：是金属在干燥的气体介质中或不导电的液体介质中（如酒精、石油等）发生的腐蚀，腐蚀过程中无电流产生。
高温氧化属于化学腐蚀。
电化学保护方法分为阴极保护和阳极保护两大类。
3.电镀与化学镀（1）电镀是指在含有欲镀金属的盐类溶液中，在直流电的作用下，以被镀基体金属为阴极，以欲镀金属或其他惰性导体为阳极，通过电解作用，在基体表面上获得结合牢固的金属膜的表面工程技术。
合金电镀：在一种溶液中，两种或两种以上金属离子在阴极上共沉积，形成均匀细致镀层的过程叫做合金电镀。
电镀过程中，被镀工件接电源的负极。
电镀液分为简单盐镀液和络合物镀液。
表面工程学 读后感
表面工程学读后感我读了关于表面工程学的一些知识后，心里有好多想法呢。
表面工程学听起来好像很神秘，但其实就在我们身边。
就像我们平时看到的那些漂亮的小汽车，它们的外壳总是亮晶晶的，油漆特别光滑。
这油漆就是一种表面工程。
它不仅仅是为了让汽车好看，还能保护汽车的外壳不被雨水、灰尘还有路上的小石子弄伤呢。
如果汽车没有这层漂亮的“衣服”，可能没开多久就会变得破破烂烂的。
还有我们家里的锅，有些锅的表面有一层不粘的东西。
这层东西就像是一个魔法层，煎鸡蛋或者烙饼的时候，食物不会死死地粘在锅上。
这也是表面工程学的成果呀。
要是没有这个，每次做饭的时候，洗锅都会变成一件特别麻烦的事情，锅里黑乎乎的，怎么擦都擦不干净，那做饭就不再是一件有趣的事情了。
我还想到了手机屏幕。
我们的手机屏幕摸起来那么顺滑，而且不容易被刮花。
这是因为屏幕的表面有特殊的处理。
这就好比给手机屏幕穿上了一层坚韧又光滑的铠甲。
如果没有这样的表面处理，我们把手机放在口袋里，和钥匙之类的东西摩擦几下，屏幕可能就会满是划痕，看起来又脏又乱，用起来也不方便了。
表面工程学就像一个神奇的魔法师，它把我们生活中的很多东西变得更好。
它让东西看起来更漂亮，用起来更顺手，还能让它们使用的时间更长。
我觉得这是一门特别厉害的学问。
我在想，以后我要是也能学习这门学问就好了。
我可以把我的自行车变得超级酷，让它的车架永远都不会生锈。
还可以把我的文具也变得与众不同，比如说让我的铅笔盒表面有一层永远都不会掉的漂亮图案。
从表面工程学里，我知道了原来很多东西不仅仅是我们看到的那样简单。
一个小小的表面，背后可能有好多好多的知识和技术。
这也让我明白，不管做什么事情，我们都要多用心，多去了解它背后的秘密，这样才能让这个东西变得更好。
我真的很喜欢了解关于表面工程学的这些知识，它就像打开了一扇新的大门，让我看到了一个充满奇妙和惊喜的世界。
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• 采用表面工程技术还可以在大气与水质净 化、抗菌灭菌和疾病治疗等方面发挥重要 作用。
表面工程技术的特点与意义
• 第四，以化学气相沉积、物理气相沉积、 掩膜、光刻技术为代表的表面薄膜沉积技 术和表面微细加工技术是制作大规模集成 电路、光导纤维和集成光路、太阳能薄膜 电池等元器件的基础技术。
4. 表面加工三维合成技术：即将二维表面加 工累积成三维零件的快速原型制造技术等。
5. 上述几个要点的组合或综合。
表面工程学的定义和内涵
• 表面工程技术的定义，由单纯表面改性 (surface 料，
• 实施对象由“结构材料”扩展到“功能材 料”，
表面合金化和掺杂技术
1. 利用外来材料与基材相混合，形成成分既 不同于基材也不同于添加材料的表面合金 化层，
2. 如热扩渗技术、离子注入技术、激光表面 合金化技术等。当添加的元素含量很微量 时，常称之为掺杂。
2. 表面微细加工技术
• 表面微细加工技术主要指在材料表面 (不大 于100μm) 区域内进行各种形状或尺寸的精 密、微细加工，使其成为具有各种功能的 元器件 (或零部件) 的技术。
材料采用不同的工艺，所得效果可能会相 去甚远。
表面工程技术的特点与意义
• 第一，它主要作用在基材表面，对远离表 面的基材内部组织与性能影响不大。
• 可以制备表面性能与基材性能相差很大的 复合材料。
• 对于要求综合力学性能良好的零部件(如要 求表面耐磨性好、内部韧性好)来说十分重 要，有时甚至是制造这类零部件的唯一工 艺手段。
表面工程技术的特点与意义
• 早在20世纪后期，美国就将表面工程技术 列入影响21世纪人类生活的七大关键技术 之一，与计算机科学、生命科学、新能源 技术、新材料技术、信息技术和先进制造 技术并列。
• 我国也非常重视表面工程技术的发展、创 新与应用。
表面工程技术的分类
按照表面工程技术的特点，可以将其分为 • 表面改性、 • 表面加工、 • 表面加工三维成型、 • 表面合成新材料等。
表面工程学
表面工程学的定义和内涵
• 表面工程学是材料科学与工程中发展最为 迅速的学科之一，在机械制造、冶金、电 子、汽车与船舶制造、能源与动力、航空 航天等工业领域中起着举足轻重的作用， 因此越来越受到广大工程技术人员的重视。
表面工程技术分属于不同的学科
➢化学热处理、表面淬火技术曾属于金属 材料学，
2. 表面加工技术：即能够在材料表面加工或 制作各种功能结构元器件的有关技术，如 能够在单晶硅表面制作大规模集成电路的 光刻技术、离子刻蚀技术等。
表面工程学的内涵
3. 表面合成材料技术：即借助各种手段在材 料表面合成新材料的技术，如纳米粒子制 备过程中的表面工程技术、离子注入制备 或合成新材料等。
• 涵盖材料学、材料加工工程、物理、化学、 冶金、机械、电子与生物领域的有关技术 与科学，交叉学科的特征。
表面工程学的定义和内涵
• 表面工程技术所涉及的基材包括几乎所有 的工程材料，如金属、陶瓷、半导体材料、 高分子材料、混凝土、木材和各类复合材 料等，
• 所涉及的工艺方法数以百计，各具特点。 • 同样的工艺应用于不同的材料，或相同的
1. 表面改性技术
• 指赋予材料表面以特定的物理、化学性 能的表面工程技术。
• 材料的表面性能包括高强度、高硬度、 耐蚀性、导电性、磁性能、光敏、压敏、 气敏特性等。
• 按照工艺特点的不同，表面改性技术又 可分为①表面组织转化技术， ②表面涂 层、镀层及堆焊技术和③表面合金化技 术等三大类。
表面组织转化技术
不改变材料的表面成分，只是通过改 变表面组织结构特征或应力状况来改 变材料性能，
如激光表面淬火和退火技术，感应加 热淬火技术和喷丸、滚压等表面加工 硬化技术等。
表面涂镀技术
1. 利用外加涂层或镀层的性能使基材表面性 能优化，基材不参与或者很少参与涂层的 反应。
2. 典型的表面涂镀技术包括：气相沉积技术 (如物理气相沉积和化学气相沉积等)、化学 溶液沉积法(如电镀、化学镀、电刷镀)、化 学转化膜技术 (如磷化、阳极氧化、金属表 面彩色化技术、溶胶－凝胶法等)、各种现 代涂装技术、热喷涂和喷焊技术、堆焊技 术等。
➢电镀与电刷镀、涂装技术属应用化学或 化工工程学，
➢真空镀膜、离子镀等常归类于物理电子 学等。
表面工程学的定义
• 根据表面工程学学科特点及发展规律，其 定义是指为满足特定的工程需求，使材料 或零部件表面具有特殊的成分、结构和性 能(或功能)的化学、物理方法与工艺。
表面工程学的内涵
1. 表面改性技术：即能够提高零部件表面的 耐磨性、耐蚀性、抗高温氧化性能，或装 饰零部件表面，或者使材料表面具有各种 特殊功能(如电性能、磁性能和光电性能 等)的有关工程技术。
表面工程技术的特点与意义
• 第五，计算机技术与材料科学、精密机械 和数控技术相结合，使二维的表面处理技 术发展成为三维零件制造技术，创造了全 新的制造方法—生长型制造法，不仅大幅 度降低了零部件的制造成本，亦使设计与 生产速度成倍提高。
表面工程技术的特点与意义
• 第六，表面工程技术已成为制备新材料的 重要方法，如可以在材料表面制备整体合 金化难以做到的特殊性能合金等。
表面工程技术的特点与意义
• 第二，采用表面涂(镀)、表面合金化技 术取代整体合金化。
• 表面工程技术被广泛应用于提高材料的 耐磨、耐蚀、抗高温氧化性能，零部件 的表面装饰以及各类零件的修复等方面。
• 据统计，全世界各发达国家仅仅因磨损、 腐蚀而造成的经济损失就占各国国民生 产总值的3％～5％。
表面工程技术的特点与意义
表面微细加工技术
• 在各种功能元器件的制备过程中，常常需要在特 定性能的薄膜上加工、制作各种形状，如导电线 路等。这些加工的特点是精度要求高，且主要集 中于元器件的表面。
• 光刻和腐蚀技术、离子束精密刻蚀技术和薄膜沉 积技术一起，成为微电子工业中的基本制造工艺。