材料表面工程(一、二)
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本课程具有“综合、复合、交叉、系统”的特色， 重视表面技术的应用，强调理论密切联系生产实际， 着力提高学生分析和解决表面工程问题的能力。
教学目的
1. 了解材料的表面结构 2. 掌握材料表面工程的基础理论 3. 系统掌握现代材料表面处理技术的基本原理 4. 掌握材料表面的测试分析技术 5. 能合理选择并运用表面处理技术对材料表
• 主要通过表面改性和表面涂覆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。
表面涂覆：主要采用各种涂层技术。
第一章 绪 论
人们对表面上可开展的工作形成的共识：
（1）任何物体都包含表面。 （2）任何工程，任何产品都不可能回避表面。 （3）表面与基体是不可分割的。 （4）表面工程技术可以对表面做有效的改进。 （5）任何重大工程或产品的设计与制造都应将表面与
表面工程的发展
秦王剑的发现，在兵马俑出土的青铜剑两千年不折，从二号坑出土的 青铜剑，长86厘米剑身上有8个棱面，极为对称均衡。秦王剑的发现历经 两千多年年，从地下出土，却无蚀无锈，光洁如新。用现代科学方法检 测分析，这些青铜剑表面竟涂有一层厚约10微米的氧化膜，其中含铬2%。 秦王剑的发现立即震动了世界，因为这种铬盐氧化处理是近代才掌握的 先进工艺。据说德国在1937年，美国在1950年才先后发明并申请专利， 而且只有在一套比较复杂的设备和工艺流程下才得以实现。
科学价值
* 材料制备与合成的新技术 * 为新技术发展提供工艺和材料支持 * 多学科交叉，促进新的学术研究课题
表面工程及其发展
背景
19世纪工业革命以来，为适应高强度、高硬度 和耐磨、耐蚀、耐高温等特殊要求，需不断开发 各种特殊的合金材料，但这些材料往往价格昂贵。 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，改变其表面性能，以适应复杂的工 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 极大地提高材料寿命。基于这样的背景，逐步形 成了一门新兴学科—表面工程学。
作业: 1. 老师布置的作业（上周的作业下周交，过时不补 交）；
2.自己就某一表面技术写一篇综述 考试方式：待定
课程简介
较为全面系统地学习材料表面工程的理论与技术。 在表面工程理论部分重点学习材料表面的物理、化学 基础；在表面工程技术部分学习多种实用表面工程技 术的基本原理、设备和工艺；在表面工程技术的测试 分析部分重点学习材料表面的测试分析仪器、原理、 方法等内容。
表面工程的发展
形成一门独立的学科
表面工程的发展
第一阶段：以单一表面工程技术的品种增加， 工艺成熟为主要特征。
第二阶段： 以复合表面工程技术的出现和协 同创新为主要特征，即将两种或多种传统的 表面技术复合应用，起到“1+1>2”的ຫໍສະໝຸດ Baidu同效果。
第三阶段：以微纳米材料和纳米技术与传统 表面工程技术的结合与实用化为主要特征。
表面工程的发展
表面工程的发展
表面工程技术的分类
表面工程的简单分类
表面 工程
表面改性技术 涂、镀层技术 薄膜技术
表面处理
表面工程技术的分类
1. 表面改性 (通过改变基质材料成分，达到改善性能的目的，不附加
膜层）
2. 表面处理（不改变表面材质成分，只改变基质材料的组织结构及应
力，达到改善性能的目的，不附加膜层。）
材料表面工程
高海燕 2015
课程考核规则
总成绩 = 平时成绩（30%）+ 笔试（70%） 平时成绩 =课堂（20%）+ 作业 (10%)
出勤: 每迟到一次或早退一次扣 2 分；请事假扣1分； 每旷课一次扣 3 分，超过 3 次 不能参加考试。
课堂成绩：随堂回答上节课和随堂的问题（抢答+点名）根 据回答或补充的质量打分（0~5分）
面进行改性，解决工程中的实际问题
教材及参考资料
总目录
第一章 绪论 第二章 表面工程的基础理论 第三章 材料表面预处理 第四章 表面形变强化技术 第五章 高能束表面改性技术 第六章 热喷涂与堆焊技术 第七章 电镀与化学镀 第八章 气相沉积技术 第九章 热扩散技术 第十章 测试与分析
第一章 绪 论
3. 表面涂覆（在基质材料表面上制备涂覆层，涂覆层的材料成分、组
织、应力按照需要制备。）
4. 复合表面技术（综合运用多种表面工程技术，通过发挥各表面工程
基体作为一个系统进行设计与制造才能获得理想 的结果。
第一章 绪 论
表面科学与工程学科的重要性
1. 表面科学的进步是国家繁荣的象征 2. 表面工程的发展促进了产品质量的提高 3. 表面技术是高附加值的技术，能够产生巨大的
经济效益 4. 表面技术的发展能够带动相关行业的技术进步
第一章 绪 论
表面工程的工程意义与科学价值
表面工程的定义： 表面工程是指在不改变基体材料成分，不削弱
基体强度的条件下，利用各种表面处理、表面涂 层和表面改性技术作用于材料或工件的表面以获 得预想的性能。
表面工程包含了从设计、选材、表面工艺、表 面质量控制与检测、工程应用以及失效分析等， 是一个系统的工程。
第一章 绪 论
• 表面工程 是以表面科学为理论基础，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。
Raw material + Technology
Product
Surface Engineering Product
Good product
第一章 绪 论
工程意义
* 提高材料和工件的可靠性，延长其使用寿命 * 制备具有特殊功能的表面 * 对节能降耗与再制造的特殊贡献 * 满足人们精神文化生活的需要
表面工程的发展
古青铜镜是实用器物,也是珍贵的艺术品。在我国已出土 的青铜镜中,有的表面漆黑发亮,少有锈蚀痕迹,具有很高的鉴 赏价值,金石学家称之“黑漆古”。黑漆古之名在宋代的书 籍中即已出现。对黑漆古表面层的研究,从宋代就已开始,历 代学者都做了不少工作 。分析发现过量锡及一定量硅富集于表
面,形成的氧化物层以超微细多晶颗粒存在,因此极耐腐蚀,而且成功地保 护了青铜合金基体。
教学目的
1. 了解材料的表面结构 2. 掌握材料表面工程的基础理论 3. 系统掌握现代材料表面处理技术的基本原理 4. 掌握材料表面的测试分析技术 5. 能合理选择并运用表面处理技术对材料表
• 主要通过表面改性和表面涂覆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。
表面涂覆：主要采用各种涂层技术。
第一章 绪 论
人们对表面上可开展的工作形成的共识：
（1）任何物体都包含表面。 （2）任何工程，任何产品都不可能回避表面。 （3）表面与基体是不可分割的。 （4）表面工程技术可以对表面做有效的改进。 （5）任何重大工程或产品的设计与制造都应将表面与
表面工程的发展
秦王剑的发现，在兵马俑出土的青铜剑两千年不折，从二号坑出土的 青铜剑，长86厘米剑身上有8个棱面，极为对称均衡。秦王剑的发现历经 两千多年年，从地下出土，却无蚀无锈，光洁如新。用现代科学方法检 测分析，这些青铜剑表面竟涂有一层厚约10微米的氧化膜，其中含铬2%。 秦王剑的发现立即震动了世界，因为这种铬盐氧化处理是近代才掌握的 先进工艺。据说德国在1937年，美国在1950年才先后发明并申请专利， 而且只有在一套比较复杂的设备和工艺流程下才得以实现。
科学价值
* 材料制备与合成的新技术 * 为新技术发展提供工艺和材料支持 * 多学科交叉，促进新的学术研究课题
表面工程及其发展
背景
19世纪工业革命以来，为适应高强度、高硬度 和耐磨、耐蚀、耐高温等特殊要求，需不断开发 各种特殊的合金材料，但这些材料往往价格昂贵。 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，改变其表面性能，以适应复杂的工 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 极大地提高材料寿命。基于这样的背景，逐步形 成了一门新兴学科—表面工程学。
作业: 1. 老师布置的作业（上周的作业下周交，过时不补 交）；
2.自己就某一表面技术写一篇综述 考试方式：待定
课程简介
较为全面系统地学习材料表面工程的理论与技术。 在表面工程理论部分重点学习材料表面的物理、化学 基础；在表面工程技术部分学习多种实用表面工程技 术的基本原理、设备和工艺；在表面工程技术的测试 分析部分重点学习材料表面的测试分析仪器、原理、 方法等内容。
表面工程的发展
形成一门独立的学科
表面工程的发展
第一阶段：以单一表面工程技术的品种增加， 工艺成熟为主要特征。
第二阶段： 以复合表面工程技术的出现和协 同创新为主要特征，即将两种或多种传统的 表面技术复合应用，起到“1+1>2”的ຫໍສະໝຸດ Baidu同效果。
第三阶段：以微纳米材料和纳米技术与传统 表面工程技术的结合与实用化为主要特征。
表面工程的发展
表面工程的发展
表面工程技术的分类
表面工程的简单分类
表面 工程
表面改性技术 涂、镀层技术 薄膜技术
表面处理
表面工程技术的分类
1. 表面改性 (通过改变基质材料成分，达到改善性能的目的，不附加
膜层）
2. 表面处理（不改变表面材质成分，只改变基质材料的组织结构及应
力，达到改善性能的目的，不附加膜层。）
材料表面工程
高海燕 2015
课程考核规则
总成绩 = 平时成绩（30%）+ 笔试（70%） 平时成绩 =课堂（20%）+ 作业 (10%)
出勤: 每迟到一次或早退一次扣 2 分；请事假扣1分； 每旷课一次扣 3 分，超过 3 次 不能参加考试。
课堂成绩：随堂回答上节课和随堂的问题（抢答+点名）根 据回答或补充的质量打分（0~5分）
面进行改性，解决工程中的实际问题
教材及参考资料
总目录
第一章 绪论 第二章 表面工程的基础理论 第三章 材料表面预处理 第四章 表面形变强化技术 第五章 高能束表面改性技术 第六章 热喷涂与堆焊技术 第七章 电镀与化学镀 第八章 气相沉积技术 第九章 热扩散技术 第十章 测试与分析
第一章 绪 论
3. 表面涂覆（在基质材料表面上制备涂覆层，涂覆层的材料成分、组
织、应力按照需要制备。）
4. 复合表面技术（综合运用多种表面工程技术，通过发挥各表面工程
基体作为一个系统进行设计与制造才能获得理想 的结果。
第一章 绪 论
表面科学与工程学科的重要性
1. 表面科学的进步是国家繁荣的象征 2. 表面工程的发展促进了产品质量的提高 3. 表面技术是高附加值的技术，能够产生巨大的
经济效益 4. 表面技术的发展能够带动相关行业的技术进步
第一章 绪 论
表面工程的工程意义与科学价值
表面工程的定义： 表面工程是指在不改变基体材料成分，不削弱
基体强度的条件下，利用各种表面处理、表面涂 层和表面改性技术作用于材料或工件的表面以获 得预想的性能。
表面工程包含了从设计、选材、表面工艺、表 面质量控制与检测、工程应用以及失效分析等， 是一个系统的工程。
第一章 绪 论
• 表面工程 是以表面科学为理论基础，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。
Raw material + Technology
Product
Surface Engineering Product
Good product
第一章 绪 论
工程意义
* 提高材料和工件的可靠性，延长其使用寿命 * 制备具有特殊功能的表面 * 对节能降耗与再制造的特殊贡献 * 满足人们精神文化生活的需要
表面工程的发展
古青铜镜是实用器物,也是珍贵的艺术品。在我国已出土 的青铜镜中,有的表面漆黑发亮,少有锈蚀痕迹,具有很高的鉴 赏价值,金石学家称之“黑漆古”。黑漆古之名在宋代的书 籍中即已出现。对黑漆古表面层的研究,从宋代就已开始,历 代学者都做了不少工作 。分析发现过量锡及一定量硅富集于表
面,形成的氧化物层以超微细多晶颗粒存在,因此极耐腐蚀,而且成功地保 护了青铜合金基体。