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。
表面工程学复习习题集
习题集一一、名词解释：（1）表面工程技术：表面工程技术是指为了满足特定的工程需求，使材料或零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。
（2）洁净表面：尽管材料表层原子结构的周期性不同于体内，但如果其化学成分与体内相同，这种表面就称为洁净表面，它允许有吸附物，但其覆盖率应该非常低。
（3）离子渗氮：是指利用辉光放电现象，将含氮气体介质电离后渗入工件表面从而获得表面渗氮层的工艺。
（3）离子渗镀：利用低真空辉光放电产生的离子轰击工件表面，形成热扩渗层的工艺。
（4）热喷涂：热喷涂是用专用设备把某种固体材料熔化并使其雾化,加速喷射到机件表面,形成一特制薄层,以提高机件耐蚀、耐磨、耐高温等性能的一种工艺方法。
（2）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。
（2）磨粒磨损：由外界硬质颗粒或硬表面的微峰在摩擦副对偶表面相对运动过程中引起表面擦伤与表面材料脱落的现象，称为磨粒磨损。
（5）金属腐蚀：金属材料与环境介质作用而引起的恶化变质或破坏，按腐蚀原理的不同可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。
（3）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发生的材料与介质作用引起的恶化变质或破坏即为化学腐蚀，化学腐蚀过程并无电流产生。
（5）电化学腐蚀：是指金属在导电的液态介质中因电化学作用导致的腐蚀，在腐蚀过程中有电流的产生（1）表面淬火技术：采用特定热源将钢铁材料表面快速加热到Ac3(亚共析)或Ac1 (过共析)之上,然后快冷,使之发生马氏体相变,形成表面强化层的工艺过程.（4）热扩渗：将工件放在特殊介质中加热，使介质中某种或几种元素渗入工件表面，形成合金层或渗杂层的工艺，就称为热扩渗技术。
（8）电镀：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。
表面工程技术ppt课件.ppt
常用的喷涂材料有很多根据需要来设计。
材料的形式主要有：粉末（HVOF、等离子、 爆炸喷涂、火焰喷涂等），线材（火焰喷 涂、电弧喷涂）
材料成分主要有：金属、非金属、陶瓷、 碳化物、自熔合金、复合粉末等
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
（3）金属陶瓷
主要是一些碳化物如WC、SiC、BC这 些材料喷涂时防止分解。一般用金属 作 “胶粘剂” 制成金属陶瓷粉末。如 WC-Co系Cr3C2-NiCr系，具有优良的耐 磨、耐蚀性能。
（4）自粘性喷涂粉末（自熔合金）
如镍包铝、铝包镍等。可以提高涂层 与基体结合强度。
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各种喷涂方法简介
工艺品：提高耐蚀性和美观性。
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1.2表面工程技术分类
1、表面改性技术：通过改变基质材料成分， 达到改善性能的目的。如：渗氮、渗碳处 理。
2、表面处理：不改变材质成分，只改变基 质材料的组织结构及应力，以改善性能。 如：表面淬火，喷丸辊压等。
结合强度 8-20 12-25 可达
>70 60~77
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。
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。
表面工程技术
表面工程技术一、热喷涂热喷涂技术是采用气体、液体燃料或电弧、等离子弧、激光等作热源，使金属、合金、金属陶瓷、氧化物、碳化物、塑料以及它们的复合材料等喷涂材料加热到熔融或半熔融状态，通过高速气流使其雾化，然后喷射、沉积到经过预处理的工件表面，从而形成附着牢固的表面层的加工方法。
1.热喷涂具有以下特点:1)取材范围广，几乎所有的工程材料都可以作为喷涂材料。
2)几乎所有固体材料都可以作为基体进行喷涂。
3)工艺灵活, 施工范围小到10mm的内孔，大到铁塔、桥梁。
4)喷涂层厚度可调范围大，从几十微米到几毫米，而且表面光滑，加工量少。
5)工件受热程度可以控制，热喷涂时工件受热程度可控制在30～200℃之间，保证不改变基体的金相组织，工件不会发生畸变。
6)比电镀生产率高。
7)可赋予普通材料以特殊的表面性能，可使材料满足耐磨、耐蚀、抗高温氧化、隔热等性能要求，达到节约贵重材料，提高产品质量，满足多种工程和尖端技术的需求。
2.热喷涂工艺原理喷涂层是由无数变形粒子互相交错呈波浪式堆叠在一起的层状组织结构。
3.热喷涂材料热喷涂材料的材质可分为金属及其合金、陶瓷、金属化合物、某些有机塑料、玻璃、复合材料等。
4.几种不同热源的热喷涂方法1）火焰喷涂火焰喷涂的基本原理是通过乙炔、氧气喷嘴出口处产生的火焰，将线材（棒材）或粉末材料加热熔化，借助压缩空气使其雾化成微细颗粒，喷向经预先处理的粗糙工件表面使之形成涂层。
2）电弧喷涂电弧喷涂的基本原理是将两根被喷涂的金属丝作自耗性电极，连续送进的两根金属丝分别与直流的正负极相连接。
在金属丝端部短接的瞬间，由于高电流密度，使两根金属丝间产生电弧，将两根金属丝端部同时熔化，在电源作用下，维持电弧稳定燃烧；在电弧发射点的背后由喷嘴喷射出的高速压缩空气使熔化的金属脱离金属丝并雾化成微粒，在高速气流作用下喷射到基材表面而形成涂层。
3）等离子喷涂等离子喷涂法是利用等离子焰的热能将引入的喷涂粉末加热到熔融或半熔融状态，并在高速等离子焰的作用下，高速撞击工件表面，并沉积在经过粗糙处理的工件表面形成很薄的涂层。
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
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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。
表面工程与表面处理技术
新材料、新技术的研发
新材料研发
随着科技的发展，新型材料如纳 米材料、高分子复合材料等不断 涌现，为表面工程与表面处理技 术提供了更多可能性。
新技术探索
如激光表面处理、等离子喷涂、 离子注入等先进技术，在提高表 面性能、降低环境污染等方面具 有巨大潜力。
环境友好型表面处理技术的发展
无害化技术
研发无毒、无害的表面处理试剂和工艺，减少对环境和人体 的危害。
04
表面工程与表面处理技术的应用 案例
汽车工业中的应用
总结词
提高耐腐蚀性和耐磨性
详细描述
在汽车工业中，表面工程与表面处理技术被广泛应用于提高汽车零部件的耐腐蚀性和耐 磨性。例如，对发动机气缸、活塞环和齿轮等关键部件进行表面处理，可以显著提高其
使用寿命和可靠性。
航空航天工业中的应用
总结词
轻量化和提高疲劳寿命
物理吸附的吸附热较小，吸附层较薄， 物理吸附的解吸温度也较低，一般在室
一般在单分子层数量级。温到几的范围内。表面化学反应原理
表面化学反应是指表面与反应物之间发生 的化学键合作用。这种反应通常需要一定 的活化能，因此在常温下难以进行。
表面化学反应的解吸温度较高，一般 在几的范围内。表面化学反应的吸附热较大，一般在 几百到几千kJ/mol范围内。
定性，从而提高整个电子产品的性能。
建筑行业中的应用
总结词
增强耐久性和美观性
详细描述
在建筑行业中，表面工程与表面处理技术主要用于增 强建筑物的耐久性和美观性。通过使用各种表面处理 技术，可以保护建筑结构免受腐蚀和磨损，同时还可 以改善建筑外观，提高其市场价值。
05
表面工程与表面处理技术的发展 前景与挑战
随着环保意识的提高，未来表面处理 技术将更加注重环保和可持续发展， 减少对环境的负面影响。
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。
表面工程-第2章-表面工程技术的物理、化学基础
*
重构—表面原子在水平方向的周期性不同于体内的晶面，表面重构能使表面结构发生质的变化。 台阶化—指实际晶体的外表面由许多密排面的台阶构成。 偏析—指化学组分在表面区的变化。
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2.1 固体表面外层四个原子层 的重构示意图（b）
*
(4)吸附对材料力学性能的影响 －莱宾杰尔效应
莱宾杰尔效应是指因环境介质的影响及表面自由能减少导致固体表面强度降低的现象。 莱宾杰尔效应的本质：是金属表面对活性介质的吸附，使表面原子的不饱和键得到补偿，表面能降低，改变了表面原子间的相互作用，使金属的表面强度降低。
*
TLK模型的物理意义：
当温度从0K升到TK时，由于原子的热运动，在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和表面空位。
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*
2.1.4 表面扩散
平行表面的运动—得到均质的、理想的表面强化层； 垂直表面向内部的运动—得到一定厚度的合金强化层。
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晶体表面是原子排列面，有一侧无固体原子的键合，形成了附加的表面能。从热力学来看，表面附近的原子排列总是趋于能量最低的稳定态。达到这个稳定态的方式有两种： 一是自行调整，使表面原子排列情况与材料内部明显不同； 二是依靠表面的成分偏析、表面对外来原子（或分子）的吸附以及这两者的相互作用而趋于稳定态，因而使表面组分与材料内部不同。
*
化学键结合界面－是指覆层材料与基材之间发生化学反应、形成成分固定的化合物时，两种材料之间的界面。 特点：结合强度较高，缺点是界面的韧性较差，在冲击载荷或热冲击下，容易发生脆断或剥落。 处理方法：物理和化学气相沉积、离子注入、热扩渗、化学转化膜、阳极氧化和化学氧化技术等
(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。
表面工程技术的物理化学基础
2. 摩擦、磨损分类 按照工作条件的差别，摩擦可以分为4类： （1）干摩擦：就是无润滑摩擦。摩擦系数和磨损率都是最高的。 （2）边界润滑摩擦：对偶件的表面被一薄层油膜隔开，可使摩擦力减小2-10倍，并使表面磨损减少。但是在载荷一大的情况下，油膜就会被偶件上的微凸体穿破，摩擦系数通常在0.1左右。 （3）流体润滑摩擦：对摩表面完全被油膜隔开，靠油膜的压力平衡外载荷，具有最小的摩擦系数。这时的摩擦阻力取决于润滑油的内摩擦系数（粘度）。因此，从节能、延长使用寿命和减少磨损的角度看，都是最理想的摩擦条件。摩擦系数通常在左右。 （4）滚动摩擦：和滑动摩擦的形式和机理都不同，滚动摩擦系数比滑动小的多。 按照磨损的机理，磨损可分为7大类： 粘着磨损、磨粒磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损、微动磨损、冲蚀磨损和高 温磨损。 二、粘着磨损、润滑和固体润滑
第二章 表面工程技术的物理、化学基础
机械加工表面 粗糙度： 轮廓的算术平均偏差（Ra) F1+F3+ ….+Fn-1=F2+F4+…+Fn 抛光： Ra 0.4um 热喷涂：Ra 3.2-12.5um.
一般材料表面往往吸附一层外来原子，如果是金属，表面还会存在氧化皮。 界面
4.一般表面
涂层材料熔化，基体表面半熔化，凝固结晶以后形成的界面.实质是金属健结 合.激光熔覆、堆焊、喷焊。
固体表面的物理吸附和化学吸附 吸附的基本特性 物体表面上的分子或原子力场不饱和，有吸引周围其它物质（气体、液体）的分子的能力，就是吸附作用。是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，物理 吸附的力是范德华力。化学吸附中力是化学键。 化学吸附的结合力比物理吸附大多了。 固体对气体、液体、固体的吸附
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表 面工程 技术 的意 义 ： 大 幅度 地拓 宽 了材料 的应 用领 域 ， 充 分发 挥 了材 料 的潜 力 ； 是保 证 产 品质 量 的基 础工 艺技 术 ， 可 使产 品表 面获 得成 分 和组织 可控 的多 种保 护 涂层 ， 满 足 不 同工 况服 役 与装 饰外 观 的要求 ， 显 著提 高产 品 的使用 寿命 ； 是节 能 、 节 材 和挽 回经济 损失 的有 效手 段 。至 少可 以减少 腐蚀 损 失 １ ５ ％ ～３ ５ ％、 磨 损损失 １ ／ ３左 右 。另外可 以用来 修 复一些 局 部损 伤 的零件 ， 经 济 效益 十 分显 著 。在 制 备新 材 料 如超 导材 料
参 考文 献
由表 ３可知 ， 如果 Ｚ Ｙ ７ ４ ７水 基 淬 火剂 浓 度 大 于
１ １ ％（ ， 。 。 ℃＝ ５ ４％／ ｓ ） ， 曲轴气体 氮碳 共渗 后轴 径直 线 度能 满 足要求 。
４ ． ２ 成 本核 算 根据 ４ ６号机 油 和 Ｚ Ｙ ７ ４ ７水 基淬 火 剂 的市 场价
织结 构 或应力 状 态而使 其具 有某 种特 殊性 能 ， 从 而满 足 特定 的使用 要求 。
按 工艺 特点 分类 ： 电镀 ， 包括 合金 、 复合 、 电刷 、 非 晶态 和非 金属 电镀 ； 涂装 ， 包 括新涂 料 和新 涂装 工艺 ； 堆
焊， 包 括 埋弧 、 振 动 电弧 、 Ｃ Ｏ 保 护和 等离 子堆焊 ； 热喷涂 ， 包括 火 焰 、 电弧 、 等 离子 和 爆炸 喷 涂 ； 热扩 渗 ， 包 括 固、 液、 气 和等 离子 渗 ； 化 学转 化膜 ， 包 括化 学 氧 化 、 阳极 氧 化 、 磷 酸 盐 膜 和铬 酸 盐 膜 ； 彩 色金 属 ， 包 括 整 体 着 色、 吸 附着色及 电解 着 色 ； 气 相沉 积有 Ｐ Ｖ Ｄ、 Ｃ Ｖ Ｄ； 三束 改性 ， 包 括 激光束 、 电子束 和离子 束改性 能 。 表 面工程 技术 的作 用 ： 制 备 出优 于本体 材料 性能 的表 面覆 盖层 ， 赋予 工件 表 面耐蚀性 、 耐磨 性及 获得 电 、
［１］王吉会 ， 房大然 ， 张琨 ．３ ８ Ｃ ｒ Ｍｏ Ａ Ｉ Ａ、 ４ ０ Ｃ ｒ 钢 经不 同渗氮工艺处 理后的性能研究［ Ｊ ］ ．金属热处理 ， ２ ０ ０ ３ ， ２ ８ （ ７ ） ： ２ ０ － ２ ５ ．
［ ２］安 运 铮 ．热 处 理 工 艺 学 ［ Ｍ］ ．北 京 ： 机 械 工 业 出版 社 ， １ ９ ８ ２ ．
［ ３］崔 昆．钢铁材料及有色金属材料［ Ｍ］ ．北京 ： 机械工业出版社 ，
１ ９ ８１ ．
［ 知识 园地 ］
表 面 工 程 技 术
表 面工程 技 术简称 表 面工程 ， 它 是运用 各 种物理 、 化 学 或机 械 的方 法 ， 改 变基 材 表 面形 态 、 化学 成 分 、 组
ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｎ ｃ ｏ ｏ ｌ ｅ ｄ ｉ ｎ Ｚ Ｙ７ ４ ７ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｗｉ ｔ ｈ ｄ ｉ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｃ ｏｎ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ／ｍｍ
５ 结 束 语
Ｑ Ｔ ８ ０ ０ — ２球铁 曲轴 经 气体 氮 碳共 渗 预 冷 ｌ Ｏ ａ ｒ ｉ ｎ
后， 在１ １ ％的Ｚ Ｙ ７ ４ ７水 基介 质 中冷却 ， 既保 证质 量 ， 同时又解 决 了采用 ４ ６号 机油 冷却带 来 的环境 、 安全
等 问题 ， 具有 良好 的社会 效益 。根 据材料 特性 可知 ，
钢 曲轴 气体 氮碳共 渗产 生 的畸变 小于球铁 曲轴 。当
前， 笔者 生 产单 位 的 ４ ０ Ｃ ｒ 钢、 ４ ２ Ｃ ｒ Ｍ ｏ Ａ钢 及 Ｑ Ｔ ８ ０ ０ — ２球铁 曲轴 在气 体 氮碳 共 渗后 ， 采用 Ｐ Ａ Ｇ水基 淬 火 介质 Ｚ Ｙ ７ ４ ７冷 却 已全 面投Ｙ ７ ４ ７介 质 冷 却 ， 然 后 分 别 测 量 曲轴
主轴 径 的直线 度 ， 结 果见 表 ３ 。
表 ３ 氦 碳 共 渗 后 在 不 同浓 度 的 Ｚ Ｙ ７ ４ ７介质 中 冷却 的 曲轴 的直 线度 ／ ｍｍ
Ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ３ Ｓｔ ｒ ａ ｉ ｇ ｈ ｔ ｎ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｒ ａ ｎ ｋ ｓ ｈ ａ ｆ ｔ ｓ ｎ ｉ ｔ ｒ ｏ ｃ ａ ｒ ｂ ｕ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ
在其 他工 艺参 数不 变 的前 提 下 ， 又 采用 １ ０ ％、 ｌ １ ％、
格， 以及单位 消 耗量 的测 算 ， 采用 ４ ６号 机 油 消耗 成 本 约为 １ ９ ． ７ ６ 吨， 采用 １ １ ％的 Ｚ Ｙ ７ ４ ７介 质 消耗
成 本约 为 １ ８ ． １ ０元／ 吨， 后者成 本 略低 。
等具 有特殊 的优势 。表 面工程 技术 是微 电子 技术 发展 的基 础技 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 。
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薄 鑫涛 ・
《 热处理 》
２ ０ １ ７年 第 ３ ２卷
第 １期
。 ５ ｌ ‘