第一章现代表面工程技术
第一章 汽车钣金与喷涂概述
第一节Байду номын сангаас
汽车钣金涂装修复的现状
随着汽车技术的发展，汽车保有量正以每年15% 的速度递增。汽车的发展带动了汽车钣金修复的发展; 汽车的车身结构特别是轿车车身的材料、结构也发生 了变化，承载式车身的应用越来越广泛。由此给车身 钣金修复工作提出了更高的要求。钣金修复后不只是 为了恢复外形，而更重要的是尽最大的努力使整个车 身壳体恢复到损伤前的状态，以保证修复过的汽车不 因为车身修复而出现“二次事故”；喷涂方面不仅要 满足外观平整的要求，对色彩、耐用等要求也日益提 高。所有这些必须应用先进的设备，进行规范作业， 严把质量关，以满足车身维修作业高标准、高质量的 要求。
常用清除旧膜的方法有以下几种： （1）手工清除法 手工清除旧膜是漆工施工中常 用的方法，也是部分清除旧漆膜的唯一方法。这种方 法简单，但工作效率低，劳动强度大，它是用自制的 铲刀把旧漆膜铲掉，并用砂布、钢丝刷将铲后留在物 面上的浮漆、粗糙口子打磨干净（允许留有少量原底 漆）。 （2）火焰烧铲法 火焰烧铲法是汽车修理漆工应 用较多的，主要用于旧漆膜中腻子层较厚，清除旧漆 膜较多的物体表面。用汽油喷灯先将旧漆膜烧软，随 后用铲刀将旧漆膜铲除。经火烧过的旧漆面必须彻底 清除掉，可用钢丝刷、砂布（2-3号）打磨光，以防 新涂漆膜起泡、脱落。对大面积部件、特别是中央部 位，烘烧时间不能太长，以防温度过高，引起金属表 面受热膨胀变形。
1、清除旧漆膜 汽车在运行中，始终受到自然环境的各种 侵蚀，如日晒雨淋，各种酸碱、化学物品的腐 蚀，行驶中振动引起的疲劳损伤，使得旧涂膜 出现龟裂、脱落、起泡、锈蚀、划痕等。另外， 在钣金修理过程中，拷补、气焊引起的损坏部 位。因此，必须将旧涂膜清除掉。清除程度可 根据旧涂膜的损坏程度和重新涂装后的质量要 求，进行全部清除或部分清除。 对于部分清 除的，可将损坏部位及四周不坚固涂膜用铲刀 除去，铲除旧膜豁口四周要铲成斜口，有利于 刮涂腻子时接口过渡的方便。
表格模板-材料课件表面技术 精品
现代表面技术第一章表面技术概论第一节表面技术的涵义19世纪工业革命以来，材料品种日益繁多，为了适应高强度、高硬度和耐磨、耐高温、耐酸碱腐蚀等不同特殊要求，人们需要不断开发各种特殊的合金材料，但这些合金材料往往价格昂贵。
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，以改变其表面性能，使其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，可以极大地提高材料寿命。
因此，迫切需要开发出各种行之有效的表面技术，正是基于这样的背景，逐步形成了一门新兴学科——表面工程学。
表面工程技术的发展始于20世纪60年代末，近30年来发展尤为迅速。
在传统的表面处理技术不断改进、不断完善的同时，又有科学技术逐渐渗透到该领域，各种表面技术相互融合，从而使现代表面技术进入了一个新的发展时期。
表面技术是一门博大精深、实用价值极高的技术。
材料科学所面临的若干艰巨任务，如要求材料硬而不脆、耐磨而易车削、质高而价廉等间题，通过表面技术在相当程度上都可迎刃而解。
除本文所提及的巨大作用外，用表面技术合成人工结构材料、复合材料及沉积非晶态涂层及制取复合涂层方面都显示了巨大的应用潜力。
表面技术是一项能使产品获得高附加值的技术。
英国产品每年靠表面技术估计增值100亿英镑，如果对表面技术进行全开发，有可能节省200。
万到400亿埃居(约200亿英镑)，可见表面技术对国民经济的巨大作用。
我国在湿法镀覆等方面取得了令人瞩目的成就，但在PVD和表面改性方面还有许多工作要做。
这一方面要靠广大科技人员的才智与努力，同时有关领导部门在设备资金投入上给予有力的支持也至关重要。
只有这样，我国的表面技术才能以新的面貌进入21世纪，全方位赶上和领先世界水平。
一、什么是表面技术从广义上讲，表面技术是直接与各种表面现象或过程有关的，能为人类造福或被人们利用的技术。
任何表面在通常情况下实际上都是界面。
两种不同相之间的交界，称为界面，在任何两相界面上都可以发生复杂的物理或化学现象，总称为表面现象。
表面工程文档
表面工程1. 简介表面工程是一种应用于工业生产中的技术，通过对材料表面进行改性或处理，可以改变材料的性质和表面特征，从而提供更好的耐磨、耐腐蚀、耐高温等性能，并增加材料的美观度和装饰性。
表面工程广泛应用于汽车工业、航空航天、电子设备制造、医疗器械、建筑等领域。
2. 表面工程的分类2.1 表面涂覆表面涂覆是将一层或多层涂料、漆膜、涂层等材料均匀地涂覆在材料表面上，形成一层保护层或功能层的处理方法。
常见的表面涂覆技术包括电镀、喷涂、浸镀等。
表面涂覆可以提高材料的耐腐蚀性能、抗磨损性能等，同时也能增加材料的装饰性。
2.2 表面喷涂表面喷涂是将材料的颗粒或粉末喷射到待处理表面上，通过热熔或化学反应使其附着在表面上形成涂层。
表面喷涂常用于金属表面的防护和保护，可以防止氧化、腐蚀和高温等影响。
2.3 表面改性表面改性是通过物理或化学方法对材料表面进行处理，从而改变其物理、化学或机械性能。
常见的表面改性方法包括阳极氧化、磨削、抛光等。
表面改性可以提高材料的硬度、耐磨性、耐腐蚀性等性能。
2.4 表面涂覆与改性的比较表面涂覆和表面改性是表面工程的两种主要方法，它们有各自的特点和适用范围。
表面涂覆主要应用于需要增加防护和装饰性的场合，例如汽车的喷漆，可以保护车身免受腐蚀和刮擦；而表面改性主要应用于需要改变材料性质和提升机械性能的场合，例如通过磨削和抛光改善金属表面的光洁度和平整度。
3. 表面工程的应用3.1 汽车工业在汽车制造过程中，表面工程技术可以使车身更加耐腐蚀、耐磨损，同时也增加了车身的装饰性。
例如，汽车车身经过喷漆和镀膜等表面涂覆技术可以防止腐蚀和刮擦，并提供车身的颜色和亮度；汽车发动机的表面经过热喷涂技术可以提高其耐磨损性和耐高温性能。
3.2 航空航天在航空航天领域，材料的轻量化和高强度是目前的发展趋势。
通过表面涂覆和改性可以增加材料的耐腐蚀性和抗磨损性，从而提高飞机和航天器材料的使用寿命和安全性。
3.3 电子设备制造表面工程在电子设备制造中起着至关重要的作用。
工程涂装施工工艺书籍(3篇)
第1篇第一章绪论一、涂装工程概述涂装工程是指在工程结构表面涂覆一层或多层涂料，以达到保护、装饰、防腐、防水等目的的一种施工技术。
涂装工程在我国工程建设中占有重要地位，对于提高工程质量和延长使用寿命具有重要意义。
二、涂装工艺的重要性1. 提高工程质量：合理的涂装工艺能够确保涂料与基材之间的粘结强度，提高涂层的耐久性，延长工程使用寿命。
2. 节约成本：科学、合理的涂装工艺能够降低施工过程中的浪费，提高涂料利用率，从而降低工程成本。
3. 保障施工安全：涂装施工过程中，合理选用涂料和施工工艺，可以有效避免因涂料有毒、易燃等特性导致的施工安全事故。
第二章涂装材料一、涂料分类1. 按用途分类：底漆、面漆、罩光漆、防腐漆、防火漆等。
2. 按基料分类：油性涂料、水性涂料、粉末涂料、高分子涂料等。
3. 按干燥方式分类：溶剂型涂料、水乳型涂料、热塑性涂料、热固性涂料等。
二、涂装材料性能1. 附着力：涂料与基材之间的粘结强度。
2. 耐久性：涂料在自然环境、介质等因素作用下保持原有性能的能力。
3. 耐腐蚀性：涂料对腐蚀介质的抵抗能力。
4. 耐水性：涂料对水的抵抗能力。
5. 耐候性：涂料在自然环境中的稳定性。
第三章涂装施工工艺1. 工程设计：根据工程要求，选择合适的涂料和施工工艺。
2. 材料准备：根据工程量，备足涂料、溶剂、辅助材料等。
3. 施工设备：准备喷枪、滚筒、刷子、砂纸等施工工具。
4. 施工环境：确保施工现场通风良好，温度适宜。
二、基层处理1. 去除旧涂层：使用铲刀、砂纸等工具将旧涂层铲除干净。
2. 表面清洁：使用高压水枪、刷子等工具将表面污物、油污等清理干净。
3. 打磨：使用砂纸对表面进行打磨，使基材表面粗糙，提高涂料附着力。
4. 填补：对于基材表面存在的裂缝、孔洞等缺陷，使用腻子进行填补。
5. 干燥：确保基层干燥，无水分。
三、涂料涂装1. 喷涂：使用喷枪进行涂料涂装，保持喷枪与基材的距离和角度。
2. 滚涂：使用滚筒进行涂料涂装，确保涂层均匀。
第1章 材料表面的基本特征
列与内部原子的排列具有较为明显差别。 这种差异经过4～6层原子之后，原子的排列与体内原子的排列
已相当接近，这个距离也可以看作是实际清洁表面的范围。
延伸
清洁表面原子排列结构 1、表面原子的排列方式虽然与体内有差别, 但仍作对称
继而导致材料强度、韧性、导热、导电、介电、传感、腐 蚀、氧化、催化、能量交换、摩擦磨损、光的吸收与反射 等材料功能改变。
二、界面
定义：一个相与另一个相（结构不同）接触的分界面。 多晶材料的界面分类
同相界面：相同化学成分和晶体结构的晶粒间界面，如 晶界、孪晶界、畴界等。
异相界面：不同化学成分和晶体结构的区域间界面，如 同质异构体界面、异质异构体界面。
其中：k－常数，T－绝对温度，εv－形成一个表面空位的激活能。
（3）实际上，通过LEED等表面分析结果证实，许多单晶体的表面 实际上不是原子级的平坦，而是呈现出台阶、扭折、空位以及自吸 附原子的情形。
L-台级，T-平台，K-台级处的扭折， Suv-表面空位，SLv-台级处空位， SuA-表面自吸附原子， SLA-台级处自吸附原子
表面与界面关系 物质的气液固三态的界面（液－气、固－气、液－液、
液－固、固－固），已习惯将液－气、固－液（固－气）界 面称为液体表面、固体表面。 固体表面实际上是由凝聚态物质靠近气体或真空的一个或几 个原子层（0.5-10nm）组成。 正是这样的原因造成了固体表面有着与固体体内不同的特 点：1．原子排列不同，2．组分不同。
2、调整方式： （1）自行调整，表面处原子排列与内部有明显不同（驰豫、重 构、偏析、台阶）； （2）靠外来因素，（如吸附杂质－化学吸附，生成新相－化合 物等）。
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。
现代表面工程 钱苗根课堂笔记
现代表面工程钱苗根课堂笔记
第一章表面技术概论
表面技术是直接与各种表面现象或过程有关的,能为人类造福或被人们利用的技术。
通过对材料基体表面加涂层或改变表面形貌、化学组成、相组成、微观结构、缺陷状态，达到提高材料抵御环境作用能力或赋予材料表面某种功能特性的工艺技术。
第一节表面技术的涵义
一、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、零部件和元器件等。
二、主要技术途径:
(1）覆盖层
电镀、电刷镀、化学镀、涂装、粘结、堆焊、熔结、热喷涂、塑料粉末涂敷、热浸涂、搪瓷涂敷、陶瓷涂敷、真空蒸镀、溅射镀、离子镀、化学气相沉积、分子束外延制膜、离子束合成薄膜技术等。
此外，还有其他形式的覆盖层，例如各种金属经氧化和磷化处理后的膜层，包箔，贴片的整体覆盖层，缓蚀剂的暂时覆盖层等。
(2）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，即采用各种表面改性技术。
主要有喷丸强化、表面热处理、化学热处理、等离子扩渗处理、激光表面处理、电子束表面处理、高密度太阳能表面处理、离子注入表面改性等。
表面工程技术日益得到重视的主要原因:
1）社会生产、生活的需要;
2 )通过表面处理大幅度提高产品质量;
3）节约贵重材料;
4）实现材料表面复合化，解决单一材料无法解决的问题;
5 ）良好的节能、节材效果;
6）促进了新兴工业的发展。
01-现代表面工程学导论--绪论
喷涂等。
涂层技术的内容
1.电镀技术
2.有机涂层
3.热喷涂
4.物理气相沉积
1.电镀技术（化学镀、刷镀）
防腐蚀-------Zn、Cd、Cu、Ni、Ag、Au、Pt、 Rt、CuNiCr、SiC---Ni、Ni-P 抗氧化 耐磨损、耐腐蚀 减磨、防粘结、导电 装饰 复合镀层 非晶态镀层
2.有机涂层
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。
表面工程技术的目的和作用
表面工程技术的主要目的：就是在于通过表面处理 使材料表面按人们希望的性能进行改变。 具体说：表面工程技术是在不改变基体材料的成分、
如美国工程科学院早在几年前为美国 国会提供的2000年前集中力量加强发 展的9项新科学技术中，有关材料方面 的仅有材料表面科学与表面技术的研 究。
一、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 部件和元器件等。
表面技术倍受重视的原因
表面新技术的出现之所以受到重视，不仅仅在于 重要的学术价值，这是因为：
1） 材料物理、化学性能及其变化都从表面开始；
2 ）随着器件的微型化，表面 / 体相的原子比增大， 会出现许多新的特性；
3 ）材料表面的研究是许多高新技术的理化基础等。
世界各发达国家均对表面工程高 度重视：
应用实例2
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。
表面科学和工程技术介绍
考试
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
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第一章 表面科学与工程概论
§1.1 表面科学与工程的涵义 §1.2 表面科学与工程的发展历程 §1.3 表面工程迅速发展的原因 §1.4 表面工程技术的分类与简介 §1.5 表面工程的应用领域 §1.6 表面科学与工程的发展动向
15
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表面工程的技术特点
▪ 表面工程技术既可对材料表面改性，制备多功能的涂、镀、渗、覆 层，成倍延长机件的寿命：
▪ 又可对产品进行装饰； ▪ 还可对废旧机件进行修复， ▪ 归纳起来，表面工程技术具有如下的技术特点：
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特点一：
▪ 在廉价的基体材料上，对表面施以各种处理，使其获得多功能性(防腐、 耐磨、耐热、耐高温、耐疲劳、耐辐射、抗氧化以及光、热、磁、电等特 殊功能）、装饰性表面。
▪ 作为机件、构件的预保护，使之能承受腐蚀与磨损；并使高温机件、 构件的耐热性大大提高，延长了使用寿命；
▪ 作为废旧机件的修复，可使机件的寿命成倍延长。例如电站的空气 预热钢管不经处理，寿命仅有数月，经渗铝处理后寿命至少达10年， 产生很大的经济效益。
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总之，表面工程技术是一种内涵深、外延广、渗 透力强、影响面宽的综合而通用性的工程技术，
▪ 现代表面工程技术的基础理论是表面科学， ▪ 它包括：
表面分析技术、 表面物理、 表面化学三个分支。
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表面分析
▪ 基础方面有： 1. 表面的原子排列结构、 2. 原子类型、 3. 电子能态结构等，
表面分析是揭示表面现象的微观实质 和
表面工程学章节重点word
第一章课程内容—以材料表面改性和强化为主，掌握表面工程的基本概念和基础理论，了解表面工程所涉及的各类处理技术及其近些年来的发展和在工业中的应用。
课程目的—通过本课程的学习既能系统的掌握专业基础与共性知识，又能培养合理设计零件的能力；同时开扩视野，拓展知识面，为产品设计提供一个创新的平台。
表面技术亦或是表面工程学是—门新兴的边缘学科，它涉及到多个工程领域，诸如机械工程、半导体电子工程、化学工程、能源工程、动力工程、航空航天工程、建筑工程等。
它在学术上丰富了材料科学、表面物理学、表面化学、金属学、陶瓷学、高分子学、传热学、传质学等多个学科的理论，开辟了一系列的研究领域。
表面技术产生的主要原因：(1) 高科技的发展对机件质量的要求越来越高。
(2) 器件的微型化。
元器件的微型化使表面问题更为突出。
因为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、制造各种形状，如导电线路等。
(3) 降低材料成本。
以普通材料代替昂贵材料。
从理论上，表面工程在有关边缘学科交叉渗透的基础上形成了具有特色的基础理论和技术理论；从应用上，表面工程已深入到国民经济的方方面面，并将产生越来越大的经济效益和社会效益。
1.1 表面工程的定义和内涵定义：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。
内涵：（1）表面改性技术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)的有关技术。
2）表面加工技术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。
（3）表面合成材料技术采用特定的表面工程技术，在材料表面合成常规工艺方法无法获得的新材料，或者利用材料的表面加工过程获得全新材料的工艺。
（如气相沉积技术可将气相原子直接在基材表面凝固成固相，离子注入技术可将粒子强行注入基材，获得相图上无法得到的非平衡材料等。
表面工程技术(PPT 90张)
腐 蚀
美国：国家标准局1978年调查： 1975年腐蚀损失达820亿美元，占 国民生产总值的4.9%； 1995年腐蚀损失达3000亿美元； 中国：1983年调查：腐蚀损失400亿元/年
腐蚀和磨损均是 发生于机件表面 的材料流失过程， 其他形式的失效 过程有许多也是 从表面开始
世界三大名刃之一
日本刀的覆土烧刃
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1.1 表面工程
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1.1.1 表面技术及其发展背景
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。
材料表面工程
概论
第一章
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第一章 材料表面工程概论
主要内容： 1.1 表面工程的概述 1.2 表面工程技术的功能与分类 1.3表面工程的科学体系 1.4表面工程技术的应用 1.5表面工程技术的发展趋势
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延缓和 控制表 面破坏 的方法
促进 了表 面工 程学 的发 展与 形成
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表面工程技术的背景
表面工程概念的提出始于20世纪80年代。 1983年英国T· Bel教授首先提出了表面工程的概 念。 表面工程学科发展的重要标志是1983年英国伯 明翰大学沃福森表面工程研究所的建立和1985 年国际刊物《表面工程》的发行。 1986年10月国际热处理联合会决定接受表面工 程的概念，并把自己的会名改为国际热处理及 表面工程联合会。
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应用实例4
航天飞机外壳需要防热材料和涂层： 如美国洛克希德导弹与航天公司研究的一种LI900全氧化硅绝热毡特性：
•1） 重量轻，整个体积的95%都是空的。
•2） 为防水、耐蚀以及散热，表面加涂了一种碳 化硅涂层，该涂层可把90%的入射热反射掉，而 剩下10%几乎都被氧化硅毡所隔绝。
应用实例5
• 在太阳能的利用中，必须利用涂层来吸 收太阳光谱中所有波段的能量。
• （2） 器件的微型化，使表面问题更为突出 。
• （3） 人们希望通过表面改质，以普通材料 代替昂贵材料来降低成本。
材料表面工程是一门新兴的边缘学科
• 材料表面工程是一门很新的边缘学科，它不但 涉及到诸如：
• 表面物理学、 • 表面化学、 • 金属学、 • 陶瓷学、 • 高分子学、 • 传热学、 • 传质学等多个学科的理论， • 而且其本身也溶入了诸多学科的新技术。
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。
具体说：表面工程技术是在不改变基体 材料的成分、不削弱基体材料的强度的 条件下，通过物理手段或化学手段赋予 材料表面以特殊的性能，从而满足工程 技术上对材料提出的要求的技术。
• 作用：改善或赋予表面各种性能
二、与表面现象有关的一些表面技术
无法解决的问题 • 5） 良好的节能、节材效果 • 6） 促进了新兴工业的发展
应用实例
• 汽车轻量化→铝合金→表面耐磨问题突 出→表面耐磨涂层
• 火箭发动机的尾喷管内壁和燃烧室： 需承受2000～3300℃温度和巨大的热焰 流冲击
应用实例2
• 飞船或者洲际导弹的头部锥体和翼前沿：由于具 有几十倍的音速，并与大气层摩擦，即所谓气动 加热，其温度高达4000～5000℃：
• 如用电子束蒸镀的金属陶瓷层Co-Al2O3 作为太阳能吸热器，使对太阳能的吸收 率可达95%
表面技术倍受重视的原因
• 表面新技术的出现之所以受到重视，不仅仅在 于重要的学术价值，这是因为：
• 1） 材料力学、化学性能及其变化都从表面开 始；
• 2）随着器件的微型化，表面/体相的原子比增 大，会出现许多新的特性；
• （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、 零部件和元器件等。
• 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
第四节 表面技术的发展
• 材料表面改性和强化问题引起国内 外材料科学界的极大关注，学术研 究异常活跃，旧的工艺被不断革新 ，新的工艺技术相继问世，工程应 用不断扩大。
• 究其原因，主要是：
• （1） 高新技术的发展对机件质量的要求越 来越高，如要求高耐磨、强耐蚀、抗高温及 各种特殊功能。而现有的材料往往不能满足 需要。
第一章现代表面工程技 术
2020年7月25日星期六
教材及参考资料
• 首选教材：表面工程学，机械工业出版社，曾晓雁主编
• 二选教材：现代表面技术，机械工业出版社，钱苗根编著 金属材料表面新技术，赵文珍，西安交通大学 出版社，1992
• 参考械工业出版社， 1997
表面技术的广泛涵义，包括：
• 1） 表面技术的基础和应用理论。 • 2） 表面处理技术。它又包括表面覆盖技
术、表面改性技术和复合表面处理技术 三部分。 • 3） 表面加工技术。 • 4） 表面分析和测试技术 • 5） 表面工程技术设计。
第三节 表面技术的应用
• 一、 表面技术应用的广泛性和重要性
化学转化处理、电刷镀、化学镀、气相沉积 、涂装、堆焊、金属染色、热浸镀等。 • 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 。
表面技术Matton分类法
• 按照作用原理，表面技术可以分为以下四种基本类 型（Matton分类法）：
• 1） 原子沉积：沉积物以原子、离子、分子和粒子 集团等原子尺度的粒子形态在材料表面上形成覆盖 层，如电镀、化学镀、物理气相沉积、化学气相沉 积等。
• 二、 表面技术在结构材料以及工程构件 和机械零部件上的应用 主要起：防护、耐磨、强化、修复、装 饰等作用。
• 三、 表面技术在功能材料和元器件上的 应用 光学特性、电学特性、磁学特性、 热学特性、化学特性、功能转换、 磁记录材料、双金属、防护涂层
• 四、 表面技术在人类适应、保护和优化 环境方面的一些应用 抗菌灭菌TiO2, 生物医学材料
• 1） 表面湿润和反湿润技术 • 2） 表面催化技术 • 3） 膜技术 • 4） 表面化学技术
• 本课程将主要学习：表面覆盖、表面改 性等表面技术。
第二节 表面技术的分类
按学科特点将表面技术大致划分为三个方面： • 表面合金化：包括喷焊、堆焊、离子注入、
激光熔敷、热渗镀等。 • 表面覆层与覆膜技术：包括热喷涂、电镀、
• 问题：绝大多数的金属和合金不能承受如此高的 温度。
• 解决问题的方法：依靠各种形式的隔热涂层、 防火涂层和烧蚀涂层。
• 隔热防火涂层是热导率低的氧化物：氧化铝、氧 化锆、氧化钍等。
• 烧蚀涂层：有机材料加石英纤维、陶瓷纤维或碳 纤维。
应用实例3
• 人造卫星在宇宙中的温度控制：
• 问题：卫星表面受太阳照射的一面温度可 达+200℃，没有被太阳照射的一面温度 可低到-200℃
• 3）材料表面的研究是许多高新技术的理化基 础等。
世界各发达国家均对表面工程 高度重视：
• 如美国工程科学院早在十多年前为 美国国会提供的2000年前集中力量 加强发展的9项新科学技术中，有关 材料方面的仅有材料表面科学与表 面技术的研究。
一、使用表面技术的目的
• （1） 提高材料抵御环境作用能力。
• 2） 颗粒沉积：沉积物以宏观尺度的颗粒形态在材 料表面上形成覆盖层，如热喷涂、搪瓷涂敷等。
• 3） 整体覆盖。 • 4）表面改性：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。
材料表面工程 技术按工艺特
点分
电镀、化学镀、热渗镀 、热喷涂、堆焊、化学 转化膜、涂装、表面彩 色、气相沉积、“三束” 改性以及表面热处理、 形变强化和衬里等13 类
• 表面工程手册，李国英主编，北京：机械工业出版社，1998 • 表面涂层技术，陈学定，韩文政，北京：机械工业出版社，1994 • 表面工程与维修，徐滨士，朱绍华等，北京：机械工业出版社，
1996
教学目的
通过本课程学习
• 系统地掌握现代表面处理技术的基本原 理；
• 能合理选择并应用这些表面工程技术， 解决材料表面硬度、强度、耐磨性与心 部强韧性之间的矛盾；
• 掌握主要表面技术各自的特点及应用领 域。
第一章：表面技术概论
• 表面技术是直接与各种表面现象或过程 有关的，能为人类造福或被人们利用的 技术。
表面工程技术日益得到重视的 主要原因：
• 1） 社会生产、生活的需要 • 2） 通过表面处理大幅度提高产品质量 • 3） 节约贵重材料 • 4） 实现材料表面复合化，解决单一材料