第四章材料表面技术
第四章 膜技术
3）控制蒸发沉淀
控制蒸发沉淀是将聚合物溶解在一个溶剂 和非溶剂的混合物中（这种混合物作为聚合物 的溶剂）。由于溶剂比非溶剂更容易挥发，所 以蒸发过程中非溶剂和聚合物的含量会越来越 高，最终导致聚合物沉淀并形成带皮层的膜。
4）热沉淀
把溶于混合溶剂或单一溶剂的聚合物溶液 冷却而导致分相。溶剂的蒸发通常形成带皮层 的膜。
第四章 膜技术及其应用
第一节 膜技术简介 膜技术是一种新兴技术，由于其多学科的特点， 膜技术已经成为工业上气体分离、水溶液分离、化学产 品和生化产品的分离和纯化的重要过程。然而，对不同 分离过程之间作比较是很困难的。目前膜过程已广泛用 于许多领域并不断扩展。膜技术的优点可以概括为： 可实现连续分离； 能耗通常较低； 易与其它单元操作过程结合（联合过程）； 易于在温和条件下实现分离； 易于放大； 膜的性能可以调节； 不需要添加物。
2、拉伸法制膜
这种方法是将部分结晶化聚合物材料（聚 四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯）挤压成膜，然后 沿垂直于挤压方向拉伸，使结晶区域平行于挤 压方向。在机械应力作用下，会发生小的断纹， 从而得到多孔结构。膜孔径范围0.1μm ~3μm。 只有结晶化或半结晶化材料适合此制膜工艺， 制得的膜的孔隙率高达90%。
膜的பைடு நூலகம்义
膜从广义上可以为两相之间的一个不连续区间。 这个区间的三维量度中的一度和其余两度相比 要小很多。膜一般很薄，厚度从几微米、几十 微米至几百微米之间。而长度、厚度则以米计。 膜可以是固相、液相、甚至是气相，其中以固 体膜应用最广。气体原则上可构成膜，但应用 及研究少之又少。
2、渗透通量
单位时间内通过单位膜面积的组分的量称 为该组分的渗透通量，其定义式如下： Ji=Mi/(A· t) 式中：Ji-----渗透通量，g/(m2· h) Mi----组分i的透过量，g A-----膜的面积，m2 T------操作时间，h 渗透通量与组分的性质、膜的结构性质以 及温度、压力、原液组成和流动状态等操作条 件有关。
金属材料的表面涂层工艺研究
金属材料的表面涂层工艺研究第一章：引言在现代工业中，金属材料广泛应用于各行各业，然而，金属材料本身存在着一些问题，如易氧化、易腐蚀、低耐磨性等。
为了提高金属的使用寿命和性能，研究人员发展了许多表面涂层技术来改善金属材料的性能。
本文将重点研究金属材料的表面涂层工艺。
第二章：金属材料表面涂层的分类和特点2.1 表面涂层的分类根据涂层材料的不同，金属材料的表面涂层可以分为有机涂层、无机涂层和复合涂层。
有机涂层是将有机树脂材料喷涂在金属表面，可以提高金属的耐磨性和耐腐蚀性。
无机涂层是用无机材料或化合物制成的薄膜，可以提高金属的耐高温性和抗氧化性。
复合涂层则是将有机材料与无机材料相结合，以综合提高金属材料的性能。
2.2 表面涂层的特点金属材料的表面涂层具有以下几个特点：（1）耐腐蚀性：表面涂层可以阻止金属与外界环境中的腐蚀介质接触，从而提供了更长的使用寿命；（2）改善机械性能：表面涂层可以增加金属材料的硬度、耐磨性和抗刮擦性；（3）改善热性能：表面涂层可以提高金属的耐高温性和导热性能；（4）美观效果：表面涂层可以改变金属材料的外观，使之更美观。
第三章：常见的金属材料表面涂层工艺3.1 电镀电镀是一种通过电解的方式将金属离子沉积在金属表面的工艺。
它具有成本低、效果好、镀层均匀等优点，可以提高金属的耐腐蚀性和耐磨性。
常见的电镀方法包括镀铬、镀镍、镀锌等。
3.2 喷涂喷涂是将有机涂料均匀喷涂在金属表面的工艺。
喷涂具有简单、成本低、施工方便等特点，可以提高金属的耐腐蚀性、耐热性和耐磨性。
常见的喷涂材料包括聚氨酯漆、聚酯漆等。
3.3 真空镀膜真空镀膜是一种在真空环境下将金属蒸汽沉积在金属表面的工艺。
它能够制备出均匀、致密的薄膜，可以提高金属的耐氧化性和耐高温性。
常见的真空镀膜方法包括物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）等。
第四章：金属材料表面涂层工艺的发展趋势4.1 高效、环保随着环境保护意识的提高，金属材料表面涂层工艺越来越注重减少对环境的污染。
摩擦学与表面技术研究
摩擦学与表面技术研究第一章概论摩擦学与表面技术是机械设计与制造中非常重要的一个领域。
摩擦学研究了物体间的摩擦、磨损及润滑等现象，而表面技术则探讨了如何通过表面工艺的改变来提高材料的性能。
在机械制造中，这两个方面的研究对于提高机件效率、延长机器寿命、节约能源等方面有着至关重要的作用。
在本文中，我们将分别介绍摩擦学和表面技术的相关知识。
第二章摩擦学摩擦学是研究两个物体接触后互相阻碍相对运动，并伴随着能量的损失的现象及其机制。
摩擦学主要包括三个方面：实验摩擦学、理论摩擦学和应用摩擦学。
实验摩擦学是通过实验手段来研究摩擦学现象的一门学科。
实验摩擦学经常需要进行的试验包括摩擦系数测定、磨损实验、润滑实验等。
在试验摩擦学中，科学家们研究了很多现象，如摩擦系数的变化规律、表面形貌的影响、润滑膜的形成及断裂等。
这些实验研究为发展理论摩擦学打下了坚实的基础。
理论摩擦学是指通过数学和物理方法来研究摩擦学现象的一门学科。
理论摩擦学可以分为微观和宏观两个方面。
微观理论摩擦学主要研究物体表面的原子层级接触和摩擦机理，包括材料的力学性质、表面电荷的分布、几何形态等。
而宏观理论摩擦学则侧重于宏观力学现象的研究，如不同材料之间的摩擦现象、低温下的摩擦等。
应用摩擦学是通过理论和实验研究来解决实际工程问题的应用研究。
应用摩擦学涉及的范围很广，如机械制造、摩擦密封、磨料磨损、润滑和摩擦材料等。
应用摩擦学在实际中有着广泛的应用，提高了机械制造的效率和质量。
第三章表面技术表面技术是指通过表面工艺对材料表面进行改进的一门学科。
表面技术的目的是改善材料表面功能，提高其机械性能和化学性能，从而满足不同的工程需求。
表面技术包括表面涂层、表面改性和表面管理。
表面涂层是指在材料表面形成一层功能涂层，以提高材料的性能。
表面涂层可以是金属涂层、陶瓷涂层或者有机涂层等。
例如，通过表面涂层可以增加零件的抗磨损性、耐腐蚀性和防护性等。
表面改性是指通过物理或化学方法改变材料表面的物理结构和化学成分，以提高材料的性能。
第四章黏涂技术ppt课件
（2）黏结失效 提高涂层黏结强度的主要措施有： a: 采用高强度胶黏剂； b: 通过树脂改性，增强极性基团含量，提高粘结力； c: 增加涂料的润湿性；
21
5.表面黏涂质量的无损检测
非破坏检测称为无损检测。无损检测技术是利用物理学原
理，通过对比表面黏涂完好的部分和有缺陷部分在物理性质上 的差异来判断缺陷的形状、大小、所在位置。
清除孔眼中的杂物 灌注填补 室温固化 刮刀刮平
26
例3：
德国美特
27
例4：
黏结与表面黏涂技术在设备维修中的应用
（1）制酸炉尾风机衬胶叶轮的修补
制酸炉尾风机叶轮采用钢叶轮衬橡胶材质,由于工作环 境恶劣 ,工作介质是氟化氢、含硫气体,工作温度 60℃ ,橡胶 很容易老化,在叶轮的高速运转下,衬胶叶轮就会脱层 、掉 胶 、裸露出金属基体,造成叶轮的腐蚀 和风机的运转不平 衡。以前 ,通常是停风机 ,换新叶轮。这样做不仅造成炉尾 生产环境差 ,而且更换新 叶轮造成维修成本过高。现在,采 用美国BELZONA(贝尔佐纳)高分子修补剂 2000系列产品。在 橡胶脱层处用砂 纸打磨丙酮清洗后 ,将按 比例配好 的双组 份 BELZONA高分子弹性体胶涂在处理子的表面,并用丙酮靠 平,炉尾风机叶轮的使用周期从8个月提高到 21个月。
模具成形法分为模具涂覆成形法和模具注射成形法两种。是先在 模具上涂脱模剂，待固化后脱模，一次成型。
15
刷涂压印法举例 导轨耐磨软带与耐磨涂层配合应用实践
日产T B5 -S90 刨片机导轨
16
具体施工步骤为: ( 1) 绘制工艺图。 ( 2) 制造导轨模板。 ( 3) 导轨面的加工。粗刨工作台导轨面, 表面粗糙度 Ra12.5。
中性能最好，用量最多的粘料。
第四章 粉体表面处理技术
SｉO2的ｐH＝2-3时为电中性（等电点） 1）ｐH＝7时， SｉO2带负电，这时SｉO2可以 吸附阳离子表面活性剂获得改性。 2）若无机物带正电荷（可测），它能吸附阴离 子表面活性剂获得改性。 3）在带负电荷的颗粒中加入无机阳离子，使颗 粒由带负电荷变为带正电荷，再加阴离子表面 活性剂吸附。 例：
第四章 粉体表面处理技术
1、粉体表面处理的目的ｐ４9 通过物化学、机械等技术措施，对粉体表面进 行改性后，粉体表面性质发生变化，其表面晶 体结构和官能团、表面能、表面润湿性、电性、 表面吸附、分散性和反应特性等一系列性质都 发生变化，以满足现代化新材料、新工艺和新 技术发展的需要。 例1：不同领域不同目的ｐ４９ 例2：坤彩化工的云母粉ｐ４９ 例3：药物的缓释胶囊ｐ４９
2、表面改性后材料测试手段 1）ｐ５１最后一段 2）改性后材料与改性前材料同时做应用试验，应用后得出产品 的性能判断改性前后优劣。
*粉体表面改性目的，因应用领域不同而异， 总的目的是改善或提高粉体原料的应用性能 （功能），以满足新材料、新工艺和新技术发 展或产品开发的需要。
2、粉体表面改性方法ｐ５０使其获得有 机化改性，是最常用的方法。 *无机化合物表面电性质： 无机物 SｉO2 TｉO2 Fｅ2O3 Aｌ（OH）3 Mｇ（OH）2 等电点ｐH值 2-3 6 7 8.5-10 12.4
材料表征技术在新能源材料中的应用
材料表征技术在新能源材料中的应用引言近年来，随着全球能源需求急剧增长以及环境问题日益突出，新能源材料的研发和应用变得越来越重要。
材料表征技术作为研究材料结构和性能的重要手段，对于新能源材料的研究具有重要的推动作用。
本文将介绍材料表征技术在新能源材料研究中的应用，并按类划分为以下几个章节进行详细探讨。
第一章电化学表征技术在新能源材料中的应用电化学表征技术是研究材料电化学性能的重要手段，广泛应用于新能源材料的研究中。
例如，对于太阳能电池中的光电转换材料，电化学阻抗谱技术可以帮助研究人员了解材料的电荷传输机制和界面特性，为提高太阳能电池效率提供有力支持。
此外，电化学表征技术还可以用于评估电池材料的性能稳定性和电化学储能材料的电化学行为，有助于新能源材料的设计和优化。
第二章光谱表征技术在新能源材料中的应用光谱表征技术是通过材料与光的相互作用来研究材料性质的方法。
在新能源材料研究中，光谱表征技术被广泛应用于材料的结构表征和能带结构分析。
例如，透射电子显微镜（TEM）可以获得材料的原子尺度结构信息，扫描电子显微镜（SEM）可以观察材料的形貌和表面特征，X射线光电子能谱（XPS）可以分析材料的化学成分和氧化态。
这些光谱表征技术为新能源材料的设计和制备提供了重要的依据。
第三章微观表征技术在新能源材料中的应用微观表征技术是通过对材料的微观结构和性能进行直接观察和分析来研究材料性质的方法。
在新能源材料研究中，微观表征技术被广泛应用于材料的形貌、晶体结构和微观缺陷分析。
例如，扫描探针显微镜（SPM）可以观察材料的表面形貌和纳米尺度特征，X射线衍射（XRD）可以确定材料的晶体结构和晶格参数，透射电镜（TEM）可以分析材料的晶胞结构和缺陷。
这些微观表征技术为新能源材料的研究和开发提供了重要的实验数据。
第四章磁学表征技术在新能源材料中的应用磁学表征技术是研究材料磁性和磁性机制的重要手段，也广泛应用于新能源材料的研究中。
例如，以稀土永磁材料为代表的磁性材料在新能源领域有着广泛的应用。
第四章工程材料基本知识
用标准试样的冲击吸收功Ak表示
5）疲劳强度
材料在无数次重复“交变应力”作用下，而不引起断裂的最 大应力值
6）耐磨性
材料在一定工作条件下抵抗磨损的能力 用体积磨损量、质量磨损量和长度磨损量来评定
退出
回 章 首
（2）工程材料的物理、化学及工艺性能 物理性能：指材料在重力、电磁场、热力等物理因素作用
下所表现出来的性能或属性，包括材料的密度、熔点、导 电性、磁性能、导热性、热膨胀性等
1) 金属材料 : 包括黑色金属（钢铁）和有色金属材料 2) 工程陶瓷 : 由金属和非金属元素的化合物所构成的
各种无机非金属材料 3) 有机高分子材料 ：工程中常见的有塑料、橡胶和胶
粘剂 4) 复合材料 ：将上述两种或多种单一材料人工合成到
一起的材料
退出
2. 工程材料的主要性能
（1）工程材料的力学性能 1）强度 2）塑性 3）硬度 4）冲击韧性 5）疲劳强度 6）耐磨性
化学性能：主要指材料的抗氧化性、耐蚀性和耐酸性等， 反映了材料在常温或高温环境下抵抗各种化学作用的能力。
材料工艺性能：指材料对各种加工工艺的适应性
退出
§4-2常用金属材料
1 . 碳素钢和合金钢
碳素钢 碳素钢工具钢 合金钢 合金钢工具钢
2 . 铸铁
灰铸铁 球墨灰铸铁 可锻铸铁 合金铸铁
3 . 有色金属材料
KT 200, KT 350,
保留灰铸铁优点，具有中碳钢优点
应用 发动机曲轴、连杆等
退出
• 合金铸铁
代号
KT + H + 数字 + 数字
最小抗拉强度 断后延长率
特点
KT 200, KT 350, 保留灰铸铁优点，具有中碳钢优点
复合材料-第四章复合材料界面
（1）物理因素
例1 粉末冶金制备的W丝/Ni，钨在镍中有很大的固溶度，在1100℃左右使用50小时后，钨丝发生溶解，造成钨丝直径仅为原来的60%，大大影响钨丝的增强作用，如不采取措施，将产生严重后果。为此，可采用钨丝涂覆阻挡层或在镍基合金中添加少量合金元素，如钛和铝，可以起到一定的防止钨丝溶入镍基合金的作用。
如何防止碳在镍中先溶解后析出的问题，就成为获得性能稳定的Cf / Ni的关键。
例2 碳纤维增强镍基复合材料。在800℃高温下，在界面碳先溶入镍，而后又析出，析出的碳是石墨结构，密度增大而在界面留下空隙，给镍提供了渗入碳纤维扩散聚集的位置。而且随温度的提高镍渗入量增加，在碳纤维表层产生镍环，严重损伤了碳纤维，使其强度严重下降。
4.2.1 聚合物基复合材料的界面
1.界面的形成 聚合物基复合材料界面的形成可以分成两个阶段： ①基体与增强纤维的接触与浸润过程； 增强纤维优先吸附能较多降低其表面能的组分，因此界面聚合物在结构上与聚合物基体是不同的。 ②聚合物的固化阶段。聚合物通过物理的或化学的变化而固化，形成固定的界面层。
1
2
复合材料中的界面并不是一个单纯的几何面，而是一个多层结构的过渡区域，这一区域由五个亚层组成。
界面是复合材料的特征，可将界面的机能归为以下几种效应。……P61
复合材料界面设计的原则(总的原则)
界面粘结强度要保证所受的力由基体通过界面传递给增强物，但界面粘结强度过高或过弱都会降低复合材料的强度。
表面工程04
安阳工学院 表面工程学 梁永政
第四章 表面淬火和形变强化技术
第一节 表面淬火技术的原理与特点
2、性能 （1） 表面硬度：经高频加热淬火的工件其表面硬度比普通 淬火高2～5个HRC。这是由于表面淬火晶粒细化和高的残余压 应力。 （2） 耐磨性：高频淬火件的耐磨性比普通淬火要高。这是 由于淬硬层中马氏体晶粒极为细小，碳化物高度弥散，淬硬 层硬度和强度都比较高。
安阳工学院 表面工程学 梁永政
第三章 表面工程技术的预处理工艺与专业环境
第一节 表面预处理工艺
根据不同的基体材料和不同的表面工程技术，合理进行各 种表面预处理工艺 典型的金属清洗工艺 机械清理→脱脂→水清洗→化学浸蚀→水清洗→中和→水清 洗→（甩干）→立即进行表面处理
安阳工学院 表面工程学 梁永政
2、加速加热使渗碳体难以分解，形成的奥氏体成分不 均匀，促进了过冷奥氏体分解，缩短奥氏体转变孕育期，淬 火后形成高、低马氏体区域，造成纤维硬度的微观硬度不均 匀。 表面淬火钱要进行预先热处理（调质、正火、球化退火） 使碳化物和自由铁素体均匀、细小分布，以有利于快速加热 时奥氏体均匀化。
安阳工学院 表面工程学 梁永政
表面工程学：
第五章 热扩渗
安阳工学院 表面工程学 梁永政
第五章 热扩渗
第一节 热扩渗基本原理
金属（主要是钢）放在有一定活性的介质（气相、液相 或固相）中加热，利用欲渗元素原子的扩散性能，使金属或 非金属元素（C、N、B、Al、V等）渗入钢的内部，改变钢表 面的化学成分，形成新的合金渗层的热处理工艺。 热扩渗的目的：提高钢表面的硬度、耐磨性、抗咬合性、 耐蚀性和抗高温氧化等性能。 一、热扩渗层形成的基本条件 1、欲渗元素必须能够与基体金属形成固溶体或金属间化合物。
材料表征方法 第四章-俄歇电子能谱
微区分析
图为Si3N4薄膜经850℃快 Normal 速热退火处理后表面不同 点的俄歇定性分析图。从 表面定性分析图上可见， Abnormal 在正常样品区，表面主要 N Si 有Si, N以及C和O元素存在。 O 而在损伤点，表面的C,O含 C 量很高，而Si, N元素的含 0 200 400 600 800 1000 Kinetic Energy / eV 量却比较低。 这结果说明 在损伤区发生了Si3N4薄膜 图 Si3N4薄膜表面损伤点的俄歇定性分析谱 的分解。
俄歇电子能谱的应用举例
俄歇电子能谱可以用来研究固体表面的能 带结构、态密度等。俄歇电子能谱还常用来研 究表面的物理化学性质的变化。如表面吸附、 脱附以及表面化学反应。在材料科学领域，俄 歇电子能谱主要应用于材料组分的确定，纯度 的检测，材料特别是薄膜材料的生长。俄歇电 子能谱可以研究表面化学吸附以及表面化学反 应。在物理学，化学，材料科学以及微电子学 等方面有着重要的应用。
锰
氧化锰
L3 M 2,3 M 2,3 543eV 540eV
L3 M 2,3 M 4,5 590eV 587eV
L3 M 4,5 M 4,5
637eV 636eV
氧化锰
锰
锰和氧化锰的俄歇电子谱
当俄歇跃迁涉及到价电子 能带时，情况就复杂了， 这时俄歇电子位移和原子 的化学环境就不存在简单 的关系，不仅峰的位置会 变化，而且峰的形状也会 变化。
化学位移
当元素所处的化学环境发生变化时, 俄歇电子能 谱的化学位移ΔＥ可用下式表示： ΔＥWXY(z)＝ΔＥW(z) － ΔＥX(z) －ΔＥY(z) 随着化学环境变化俄歇电子动能位移将涉及原子 的三个能级能量的变化。
第四章 表面粗糙度及测量讲解
达式为
Rmr(c) Ml(c) ln
Ml(c)=Ml1+Ml2+…+Mln
(4-5) (4-6)
选用Rmr(c)值时必须同时给出c值。c值可用μm或c值与Rz值的百
分比表示。
Rmr (c)是评定轮廓的曲线和相关参数，当c一定时，Rmr (c)
值越大，则支承能力和耐磨性越好。如图4-10所示。 上一页 下一页
§4. 3 表面粗糙度的选用
一、表面粗糙度评定参数的选用
国家标准规定，轮廓的幅度参数(如Ra或Rz)是必须标注的参数，
而其他参数(如RSm , Rmr (c ))是附加参数。一般情况下，选用
Ra或Rz就可以满足要求。RSm主要在涂漆性能，冲压成形时防止
引起裂纹、抗振性、抗腐蚀性、减小流体流动摩擦阻力等要求时附加
上一页 下一页
§4. 4表面粗糙度的符号、代号及图样标注
三、表面粗糙度的标注示例
表面粗糙度参数的各种标注方法及其意义见表4-10，加工纹理方 向符号见表4-11。Ra只标数值，本身符号不标。Rz除标注数值外 还需在数值前标出相应的符号。在一个符号上可同时标出两个参数值。 当允许在表面粗糙度参数的所有实测值中超过规定的个数少于总数的 16%时，应在图样上标注表面粗糙度参数的上限值或下限值。当要 求在表面粗糙度参数的所有实测值中不得超过规定值时，应在图样上 标注表面粗糙度参数的最大值或最小值。
选用表面粗糙度参数值的方法通常采用类比法。
上一页 下一页
§4. 3 表面粗糙度的选用
表4-6列出了轴和孔的表面粗糙度参数推荐值，表4 -7给出不同表
面粗糙度的表面特征、经济加工方法及应用举例，可供选用时参考。
根据类比法初步确定表面粗糙度参数值后，再对比工作条件，应
第四章-摩擦磨损和润滑概述
1、按摩擦机理不同分为： 外摩擦
内摩擦：在物质的内部发生的阻碍分子之间相对运动的现象。 外摩擦：在相对运动的物体表面间发生的相互阻碍作用现象。
静摩擦 2、按运动的状态不同分为：
动ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ擦
滑动摩擦 3、按运动的形式不同分为：
滚动摩擦
干摩擦
4、滑动摩擦按润滑状态不同分为： 边界摩擦 流体摩擦
二、磨损的分类：
磨损类型
按磨损机理分
按磨损表面外 观可分为
磨粒磨损 粘附磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损 腐蚀磨损 微动磨损
点蚀磨损 胶合磨损 擦伤磨损
三、磨损的机理：
磨粒磨损
磨损类型：
粘附磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损
腐蚀磨损
微动磨损
磨粒磨损—也简称磨损，外部进入摩擦面间的游离硬颗粒（如 空气中的尘土或磨损造成的金属微粒）或硬的轮廓峰尖在软材 料表面上犁刨出很多沟纹时被移去的材料，一部分流动到沟纹 两旁，一部分则形成一连串的碎片脱落下来成为新的游离颗粒， 这样的微粒切削过程就叫磨粒磨损。
三、磨损的机理：
磨粒磨损
磨损类型：
粘附磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损
腐蚀磨损
微动磨损
粘附磨损—也称胶合，当摩擦表面的轮廓峰在相互作用的各点 处由于瞬时的温升和压力发生“冷焊”后，在相对运动时，材 料从一个表面迁移到另一个表面，便形成粘附磨损。严重的粘 附磨损会造成运动副咬死。
三、磨损的机理：
磨粒磨损
磨损类型：
（1）润滑是减小摩擦、减小磨损的最有效的方法； （2）合理选择摩擦副材料； （3）进行表面处理； （4）注意控制摩擦副的工作条件等。
§4-3 润滑剂、添加剂和润滑方法
润滑：在两个摩擦表面之间加入润滑剂，以减小摩擦和磨损。 此外，润滑还可起到散热降温，防锈、防尘，缓冲吸振等作 用一。、 润滑剂 凡是能减小摩擦阻力，减小磨损的物质都可作为润滑剂。 1、润滑剂的分类
表面工程 考点汇总
表面工程葵花宝典第一章：表面工程技术概论考点1：表面工程的概念：从材料的表面特性出发，利用表面改性技术、涂镀层技术和薄膜技术，使材料表面获得原来没有的新性能的系统工程。
考点2：润湿：固体表面与液体接触时原来的固相-气相界面消失，形成新的固相-液相界面的现象。
润湿是液体与固体表面接触时产生的一种表面现象，液体对固体表面的润湿程度可以用液滴在固体表面的散开程度来说明考点3：表面技术按作用原理分类：原子沉积、颗粒沉积、整体覆盖、表面改性。
第二章：材料表面工程技术基本理论考点4：在几个原子范围内的清洁表面其偏离三维周期性结构的主要特征是表面弛豫、表面重构和表面台阶结构、表面偏析、化合物、化学吸附考点5：表面粗糙度是指加工表面上具有的较小间距的峰和谷所组成的微观几何形状误差，也称微观粗糙度考点6：吸附、吸收和化学反应是固体与气体发生作用的三种表现考点7：按几何特征，晶体表面缺陷分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三类考点8：表面平整一般采用磨光、滚光、抛光及刷光和振动磨光(1)磨光是借助粘有磨料的特制磨光轮(或带)的旋转，以磨削金属零件表面的过程(2)滚光是将成批零件与磨削介质一起在滚筒中作低速旋转，靠零件和磨料的相对运动进行光饰处理的过程(3)抛光是用抛光轮和抛光膏或抛光液对零件表面进一步轻微磨削以降低粗糙度，也可用于镀后的精加工(4)刷光是把刷光轮装在抛光机上，用刷光轮上的金属丝(钢丝、黄铜丝等)刷，同时用水或含某种盐类，表面活性剂的水溶液连续冲洗去除零件表面锈斑、毛刺、氧化皮及其他杂物(5)振动磨光是将零件与大量磨料和适量抛磨液置入容器中，在容器振动过程中使零件表面平整光洁考点9：基体表面清洁的目的是：(1)作为前序处理工艺的一部分，为下一涂装或其他表面加工(如电镀、热喷涂等)打基础(2)作为一项单独表面处理技术，可提高工件寿命或恢复工件原状态或节能需要(锅炉清除水垢，提高热效率)；(3)消除工件(设备)隐患，提高安全性(如传热设备局部过热可通过清洗来解决)，消毒、灭菌，除放射性污染，有利于人体健康考点10：喷砂是用机械或净化的压缩空气，将砂流强烈地喷向金属制品表面，利用磨料强力的撞击作用，打掉其上的污垢物，达到清理或修饰目的的过程考点11：喷丸的原理和设备与喷砂相似，只是采用的磨料不同。
第四章 钢的热处理及表面强化技术讲解
2．化学镀镍磷
化学镀是指在无外加电流条件下，利用化学方法在金属表面沉积其他金 属或合金的工艺方法。化学镀镍磷合金可提高工件表面的硬度、抗粘着性、 减摩性，从而提高其耐磨性。
2 气相沉积TiN和TiC
气相沉积是指在一定成分的气体中加热至一定温 度，通过化学或物理作用在钢件表面沉积其他金属或 金属化合物的工艺方法。在钢件表面沉积TiN、TiC等 超硬金属化合物，能大大提高其表面的硬度、耐磨性、 耐蚀性和高温抗氧化性。
表 面 热处理
钢加热时的组织转变
钢的预备热处理——退火与正火
钢的最终热处理（一）——淬火与回火 钢的最终热处理（二）——表面热处理 钢的表面强化技术
本 章 要 点
钢的热处理是指将钢在固态下进行 加热、保温和冷却，以获得所需的组织 和性能的工艺方法。通过适当的热处理， 能显著提高钢的力学性能，以满足零件 的使用要求和延长零件的使用寿命；能 改善钢的加工工艺性能（如切削加工性 能、冲压性能等），以提高生产率和加 工质量；还能消除钢在加工（如铸造、 焊接、切削、冷变形等）过程中产生的 残余内应力，以稳定零件的形状和尺寸。
淬火加热后组织 钢种
亚共析钢 Wc≤0.5%
亚共析钢 Wc＞0.5%
淬火温度(℃) Ac3+30～50
Ac3+30～50 Ac1+30～50 Ac1+30～50
残
最终组织 M
M + A残 M + A残 M+Fe3C+A
共析钢 过共析钢
单液淬火 将加热后的零件投入一种冷却剂中冷却至室温。 优点：操作简单，容易实现自动化 缺点：易产生淬火缺陷， 水中淬火易产生变形和 裂纹，油中淬火易产生硬度不足或硬度不均匀等 现象。 应用：碳钢一般用水作冷却介质，合金钢可用油 作冷却介质。
- 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)。
面凝聚、沉积或烧结，涂层的显微结构取决于颗粒的凝固或烧结情况。如： 火焰喷涂、等离子喷涂、爆炸喷涂、搪瓷釉等
整体涂层：将欲涂敷的材料于同一时间加于基体材料表面。如：涂漆、
包覆金属、静电喷涂、浸渍涂层等
表面改性：用离子处理、热处理、机械处理及化学处理等方法处理材料
工程意义： 可以利用相对廉价的基材，通过 表面改性，达到采用整体材料同 样的使用效果，满足服役需要， 降低工件的材料成本。
2
4.1.2 表面工程技术分类
分类Ⅰ－根据沉积物的尺寸
原子沉积物：原子在基体上凝聚，然后成核、长大最终形成薄膜，被
吸附的原子处于快冷的非平衡态，沉积层中有大量结构缺陷，沉积层常和基 体反应生成复杂的界面层。电镀、真空蒸镀、溅射、离子镀、化学气相沉积、 分子束外延等
材料工艺基础 第四章 材料表面技术
1
4.1 概述
材料表面工程技术是指通过物理、化学工艺方法使材料表面 具有与基体材料不同的组织结构、化学成分和物理状态，从 而使经过处理后的表面具有与基体材料不同的性能。
工程意义： 经表面处理后的材料，其基体材 料的化学成分、显微组织和性能 并未发生变化，但其表面却具有 特殊的组织和性能，如耐磨性、 耐蚀性、耐热性、导电性、电磁 特性、光学性能等。
20
溅射沉积的特点
结合力较高； 容易得到高熔点物质的薄膜； 可以在较大面积上得到均一的薄膜； 可以控制膜的组成，制备合金膜； 可以长时间地连续运转； 良好的再现性
阴极溅射几乎可以制造一切物质的薄膜
21
(Ⅲ) 离子镀
镀膜与离子 轰击改性同
时进行
22
多弧离子镀
蒸发源多，膜厚分布均匀 有效利用真空室 靶材辐射热被水冷却，可
歧化反应 2SiI2 (g) 高温 Si(s) SiI4 (g)
2GeI2 (g) Ge(s) GeI4 (g)
合成反应 (CH3)3Ga(g) AsH3(g) GaAs(s) 3CH4 (g)
(CH3)3Gd (g) H2Se(g) CdSe(s) 2CH 4 (g)
基体反应 Ti 2BCl3 3H 2 1000o CTiB2 6HCl
水稳等离子喷涂
粉末火焰喷焊
42
(Ⅱ) 热喷涂技术特点
涂层和基体材料广泛 热喷涂工艺灵活 喷涂层、喷焊层的厚度可以在较大范围内变化 生产效率高 基体受热程度低，不会影响基体材料的组织和性能 喷涂合金材料利用充分 成本低，经济效益显著
涂层的结合强度较低，涂层的孔隙率较高；对于喷涂面积小 的工件，喷涂沉积效率低，成本较高；喷涂层的均匀性较差； 难以对涂层质量进行破坏性检查。
PVD技术的应用实例： 耐磨，减摩，耐腐蚀， 装饰或兼具二种及以 上功能
7
Coating of blades
Coating of vane
8
Loading chamber of an EB/PVD system, Complex substrate motions ensure a controlled thickness distribution
水解反应
2AlCl3(g) 3CO2 (g) 3H2 (g) Al2O3(s) 6HCl(g) 3CO(g)
氮化反应
3SiH4 (g) 4NH3(g) Si3N4 (s) 12H2 (g)
28
CVD反应类型
碳化反应
TiCl4 (g) CH4 (g) TiC(s) 4HCl(g)
10
PVD Coating Applications
11
the coefficient of friction, as measured in a ball on disk test
12
13
真空蒸镀、阴极溅射和离子镀三大类
➢采用高真空系统及低杂质含量气体，并能控制工作气 体的流量或分压； ➢能够很好控制涂层材料，并通过监控蒸气流量来进行 调整； ➢基材表面需经过细致处理； ➢采用工作安装系统可以控制基材温度与沉积源的距离 与方向； ➢不同的过程对一些参数可有特殊的要求，如：基材偏 压、活性气体的引入等
半导体微电子材料、光导纤维、太阳能电池、 超硬材料、稀土化合物薄膜、有机聚合物等
等离子体物理——低压气体辉光放电过程； 等离子体化学——不均匀的气－固表面发生的多相化学反应
38
4.3 热喷涂技术
39
热喷涂过程
将金属或非金属固体材料加热至熔化或半熔软化状态， 然后将它们高速喷射到工件表面上，形成牢固涂层的 表面加工方法。
33
34
The CA4120 used in nodular cast iron cutting work.
Chipbreaker applications
35
CVD processing
36
CVD 涂层的应用实例
37
4.2.3 等离子体增强化学气相沉积
利用直流或射频放电等离子体内的高能电子激活反应气体分 子使之离解或电离，从而获得在化学上非常活泼的激发分子、 离子、原子或大量活性原子团等，并在基体表面沉积镀膜， 它们促进气相化学反应。——PCVD或PECVD，“热力学 效应”&“动力学效应”
Process chamber with EB guns, crucibles and parts to be coated in the vapor
cloud
Operator’s cockpit at an EB/PVD-production coater
9
The arc evaporation PVD coating process takes place in a vacuum chamber.
17
(Ⅱ) 阴极溅射沉积
✓ 磁控溅射 ✓ 对置溅射 ✓ 离子束溅射
18
阴极溅射沉积分类
19
磁控溅射沉积
应用普遍，1974年工业化应用 原理：
离子轰击靶面产生的二次电子被电场加速飞向阳极。 附件磁场延长电子飞向阳极的行程，使电子增加碰 撞电离几率，增加等离子体密度，提高溅射速率。
矩形平面靶和柱状靶 矩形平面靶：广泛应用
40
热喷涂层的显微结构组成： 涂覆材料；氧化物夹杂； 空隙；未熔涂覆材料颗粒
41
(I) 热喷涂技术分类
火焰喷涂
等离子喷涂
电热喷涂 激光喷涂 电弧喷涂
线材火焰喷涂
大气等离子喷涂
粉末火焰喷涂
感应加热喷涂
保护气体等离子喷涂
激光喷涂
超音速火焰喷涂
电容放电喷涂
电弧喷涂
针孔等离子喷涂
激光喷焊
爆炸火焰喷涂
电爆喷涂
表面，改变材料表面的组织结构和性能。如：化学转化膜、熔盐镀、喷丸强 化、离子注入、激光处理、离子氮化等
3
分类Ⅱ－根据组织结构、成分和性能
表面组织强化：改善表面的显微组织 表面合金化：改善表面合金成分 薄膜改性：沉积到表面上形成薄膜
4
分类Ⅲ－根据工艺特点
表面热处理 表面机械强化处理 气相沉积镀膜 热喷涂 高能束表面处理 电镀、化学镀 其他
48
Plasma spray
49
Above two figures present a model of a medium speed diesel engine piston with a ceramic coating, and a photo of a coating process by plasma spray.
还原反应
SiCl4 (g) 2H2 (g) Si(s) 4HCl(g)
氧化反应
WF6 (g) 3H2 (g) 700o CW (s) 6HF (g) SiH4 (g) O2 (g) SiO2 (s) 2H2 (g)
SiH4 (g) 2O2 (g) SiO2 (s) 2H2O(g)
综合反应
29
CVD沉积层性能
绝缘体薄膜、半导体薄膜、导体及超导体薄膜以 及防腐耐磨的薄膜
常规CVD金刚石薄膜
纳米CVD金刚石薄膜
30
CVD设备
A type of CVD coating equipment for forming ceramic composites by CVD coating of carbon and SiC. It can manufacture advanced composites containing continuous fibers and by coating carbon and SiC on base materials.
使工件保持低温 等离子体密度高，表面可
被离子轰击洁净，而且可 增大偏压，结合力好
23
离子镀典型应用
防腐蚀镀层 耐磨镀层 在触头上离子镀钌、铑等 在涡轮叶片上镀高温耐腐蚀合金 塑料基体上镀金属 声学方面的应用 碳素纤维的应用
粘着力强 均镀能力好 被镀基体材料合镀 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ材料可广泛搭配 无污染
0.1～75 较低 中
没有合金相 差
0.01～2 高 小
没有合金相 好
0.1～50 高 小
有合金相 最好
较快 高
极小 有合金相
最好
均镀能力
不好
好
好
好
镀覆机制
真空蒸发 辉光放电、溅射 辉光放电 气相化学反应
27
CVD反应基本类型
热分解反应
SiH4 (g) Si(s) 2H2(g) Ni(CO)4(g) Ni(s) 4CO(g) CH2SiCl3(g) 1400oC SiC(s) 2HCl(g)
26
几种PVD法与CVD法的特性比较
项目
PVD法
真空蒸镀 阴极溅射
离子镀
CVD法