表面工程的基本涵义、特点、分类及常用工艺方法
表面工程复习题答案
表⾯⼯程复习题答案⼀、名词解释表⾯⼯程技术：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。
表⾯能：严格意义上指材料表⾯的内能，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等。
洁净表⾯：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的表⾯。
清洁表⾯：⼀般指零件经过清洗(脱脂、浸蚀等)以后的表⾯。
区别：洁净表⾯允许有吸附物，但其覆盖的⼏率应该⾮常低。
洁净表⾯只有⽤特殊的⽅法才能得到。
清洁表⾯易于实现，只要经过常规的清洗过程即可。
洁净表⾯的“清洁程度”⽐清洁表⾯⾼。
吸附作⽤：物体表⾯上的原⼦或分⼦⼒场不饱和，有吸引周围其它物质(主要是⽓体、液体)分⼦的能⼒。
磨损：相对运动的物质摩擦过程中不断产⽣损失或残余变形的现象。
腐蚀：材料与环境介质作⽤⽽引起的恶化变质或破坏。
极化：腐蚀电池⼯作时，阴、阳极之间有电流通过，使阴、阳极之间的电位差(实际电极电位)⽐初始电位差要⼩得多的现象。
钝化：由于⾦属表⾯状态的改变引起⾦属表⾯活性的突然变化，使表⾯反应速度急剧降低的现象。
(阳极反应受阻的现象)表⾯淬⽕：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(奥⽒体化)，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。
喷丸强化：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之下产⽣弹、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。
(喷丸强化技术)热喷涂：采⽤各种热源使涂层材料加热熔化或半熔化，然后⽤⾼速⽓体使涂层材料分散细化并⾼速撞击到基体表⾯形成涂层的⼯艺过程。
电镀：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，以欲镀⾦属或其它惰性导体为阳极，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》PPT课件
平安第一！ 安康第一!
一般的外表技术运用对环境没有什么特殊要求，局部 外表工程技术如涂装技术、气相沉积、外表微细加工对专 业环境有特色要求。 1 喷涂工作环境的要求 1)最好是在无人的封闭工作间内进展； 2) 要有强排风装置，防止粉尘危害；
3)等离子喷涂应有防噪音措施，如戴耳 塞。
2、有机溶剂脱脂 用于金属零件的初步脱脂,如汽油、苯、四氯化碳等。一
般在常温下脱脂。 特点：脱脂速度快、效果好，但溶剂易挥发、易燃、有毒性， 使用时应注意通风。
安阳工学院 表面工程学 梁永政
第三章 外表工程技术的预处理工艺与专业环境
第一节 外表预处理工艺
3、水剂脱脂 以水溶剂作为清洗液去除待处理外表油污的清洗方法。
安阳工学院 表面工程学 梁永政
第三章 外表工程技术的预处理工艺与专业环境
第一节 外表预处理工艺
磨料的选择 滚光磨料有浮石、石英砂、花岗石，皮革角、贝壳、
铁屑，钢砂和陶瓷碎片等 。
刷光：利用金属丝轮或金属丝刷，在刷光机上或用手工 进展刷光的外表清理过程。
作用：去除金属外表上的毛刺、氧化物、 残存的油污及侵蚀后的黑膜等。
第三章 外表工程技术的预处理工艺与专业环境
第一节 外表预处理工艺
〔1〕 热固性塑料、ABS塑料、聚苯乙烯等：用溶剂或清洗 剂去除外表油垢、脱模剂等杂质，并进展粗化处理以使塑 料外表微观粗糙，以提高塑料外表与覆层之间的结合力。 〔2〕 聚烯烃、聚乙烯缩醛等塑料：必须进展外表氧化、酸 处理、电晕放电、紫外线等处理，改变其外表极性，提高 涂膜的附着力和亲水性。
等离子弧外表淬火
电阻外表淬火
安阳工学院 表面工程学 梁永政
第四章 外表淬火和形变强化技术
第二章表面工程技术的物理化学基础
第一节 固体的表面和界面 表面：气相和固相之间分界面。 界面：固相之间分界面。 一、表面 1.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。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。 2.洁净表面与清洁表面 洁净表面：表面化学成分和体内相同。表面吸附物的覆盖几 率很低。得到方法：离子轰击、场致蒸发、真空沉积。
3.润湿理论的应用 表面重熔、表面合金化、涂装技术中，都希望得到 大的铺展系数。可以通过改变三个相界面上的σ值 来调整润湿角。加入使σS-L和σL-G减小的元素或 合金。可以得到均匀、平滑的表面。通常低熔点的 合金润湿性好。 自熔合金，就是在常规合金成分基础上加入，硼、硅元素使
熔点降低，提高流动性。
Ar=nπr2 n为接触点的数量。 Ar=W/σ, n=W/(σπr2)
对直径2r的接触点来说，运动2r就可以把n接触点分离，这样的 话，滑动单位距离分离的接触点为：
Nu=n*1/2r=w/(2σπr3) 因为并不是每个接触点都可以得到一个磨屑，因此，给出了几 率为K, 滑动距离S,所产生总的磨损量（磨屑体积）V, V/S=K* Nu*Vf
所以在粘着磨损过程中，摩擦阻力就是使粘着点破 坏的剪切力。
摩擦力 Fr=Aτb ， A是剪切的微凸体的总面积, τb是材料的剪切强度。
正压力 FN=A σsb ， σsb是压缩屈服强度。
μ=Fr/ FN=τb/σsb， 就是说摩擦系数取决于τb/σsb的比值。
1953年Archard提出了一个普遍接受的定律，这篇文章发表在 J. Applied physics上，给出了磨损量与载荷、硬度和滑动距离之 间的关系。 他认为磨损碎块（磨屑）是半球状的，直径为2r。
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。
表面处理知识
耐蚀钢
防锈铝
镜面材料
2．表面处理在金属防护方面的作用
防止金属腐蚀的方法主要包括三个方面：
2）改善腐蚀环境和介质
避免腐蚀发生
物
干燥剂
体
产品
2．表面处理在金属防护方面的作用
防止金属腐蚀的方法主要包括三个方面：
3）应用表面涂覆层和电化学保护方法
隔离金属与腐蚀介质的直接接触 抑制腐蚀过程
非金属覆盖
电镀 热喷涂 热浸镀 耐蚀金属包复
涂料涂装（喷漆、喷粉） 塑料衬里或包复 转化膜
2．表面处理在金属防护方面的作用
金属表面保护层的要求 即金属上涂覆层的基本性能
1）结合强度－－要求结合牢固、附着力强 2）孔隙率及密度－－膜层致密、完整无孔、不透介质 3）耐蚀性－－在大气、水、等介质中良好的稳定性、
7.1 镀锌层
由于锌相对于铁基体为阳极性镀层，在有电解液存在时，锌层为 阳极，先发生腐蚀，从而钢基体受到了保护
镀层中存在微孔 钝化膜是致密的
钝化膜 镀锌层
钢基材
7、膜层结构特点及其防护机理与防护能力
7.1 镀锌层
在遭遇腐蚀介质时： 首先是钝化膜产生腐蚀变化（即变黑）； 当钝化膜被腐蚀穿底后，发生锌层的腐蚀、氧化，即出现白色粉状物。
e A
E
e
+
R
阴
+ 阳离子 阳
极 电解液
极
阴离子 -
5.2 表面转化
5.2.1 阳极氧化机理
氧化膜的生长过程包含两 个方面
膜的电化学生成过程 膜的化学溶解过程
只有膜层的生成速度恒大于溶解速度时，才 能获得较厚的氧化膜
5.2 表面转化
5.2.1 阳极氧化机理
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。
表面工程
《材料表面工程》考试要点二、简答题1、表面工程技术的特点与意义；（1）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。
因此，可以制备表面性能与基材性能相差很大的复合材料。
（2）采用表面涂(镀)、表面合金化技术取代整体合金化，使普通、廉价的材料表面具有特殊的性能，不仅可以节约大量贵重金属，而且可以大幅度提高零部件的耐磨性和耐蚀性，提高劳动生产率，降低生产成本。
（3）可以兼有装饰和防护功能，有力推动了产品的更新换代。
（4）表面薄膜技术和表面微细加工技术具有微细加工功能，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。
（5）二维的表面处理技术已发展成为三维零件制造技术（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。
（6）表面工程技术已成为制备新材料的重要方法，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。
5. 写出Young方程，并用图示法说明“润湿”与“不润湿”；4、写出Young方程，并用图示法说明“润湿”与“不润湿”；Young方程：润湿的定义：7、金属材料腐蚀控制及防护方法；1）、产品合理设计与正确选材；2）、电化学保护；3）、表面覆层和表面处理；4）、加入缓蚀剂。
8. 表面预处理的工序包括哪些答：表面预处理是表面工程技术能否成功实施的关键因素。
主要工序包括：机械性清理，脱脂，化学浸蚀、抛光和电化学抛光，脱脂—浸蚀综合处理等。
9、形成热扩渗层的基本条件及机理；基本条件：（1）渗入元素必须能够与基体金属形成固溶体或金属件化合物；（2）欲渗元素与基体之间必须有直接接触；（3）被渗元素在基体金属中要有一定的渗入速度；对靠化学反应提供活性原子的热扩渗：（4）该反应必须满足热力学条件。
机理：（1）产生渗剂元素的活性原子并提供给基体金属表面；（2）渗剂元素的活性原子吸附在基体金属表面上，随后被基体金属所吸收，形成最初的表面固溶体或金属间化合物，建立热扩渗所必须的浓度梯度；（3）渗剂元素原子向基体金属内部扩散，基体金属原子也同时向渗层中扩散，使扩散层增厚。
表面技术
1.3 表面技术的分类材料表面工程是一门新兴学科，或者说是正在形成的一门学科，是一门多学科的边缘学科。
该学科中应该包括哪些内容，如何分类，国内外都无公认的说法。
从不同的角度进行归纳，就会有不同的分类。
如：按作用原理可分为：<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。
<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、搪瓷涂覆等。
<3>整体覆盖：它是将涂覆材料于同一时间施加于材料表面，如包箔、贴片、热浸镀、涂刷、堆焊等。
<4>表面改性：用各种物理、化学等方法处理表面，使之组成、结构发生变化，从而改变性能，如表面处理、化学热处理、电子束表面处理、离子注入等。
按表面强化层材料可分为：<1>金属材料层；<2>陶瓷材料层；<3>高分子材料层。
按工艺特点可分为：<1>电镀，<2>化学镀，<3>热渗镀，<4>热喷涂，<5>堆焊，<6>化学转化膜，<7>涂装，<8>表面彩色，<9>气相沉积，<10>“三束”改性，<11>表面热处理，<12>形变强化，<13>衬里等，每一类又可分为一些更细的工艺项目。
图1-1 材料表面工程技术的分类该分类方法比较清晰地体现了工程技术的特点，而且与工程技术上的名称基本一致，容易记忆。
但缺乏学术上的逻辑性，因为有些技术尽管工艺不一样，但基本的改质机理是相同或相似的。
按工艺特点分类方法示意图如图1-1所示。
按表面改质的目的或性质可分为：<1>表面耐磨和减磨技术，<2>表面耐蚀抗氧化技术，<3>表面强化（提高疲劳强度）技术，<4>表面装饰技术，<5>功能表面技术，<6>表面修复技术。
表面工程理论与技术
表面工程技术的发展
4) 渗碳工艺：自动控制、离子渗碳改善渗碳质 量和速度。
5) 电镀及电刷镀技术：纯金属镀Zn、Cr、Ni、 Cu→镀覆多种合金→复合金属陶瓷镀层→纳 米刷镀层。
6) 热喷涂技术：装饰性和防护性涂层到制备各 种功能性涂层，如：气阀涂层、活塞环涂层 等。
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热喷涂技术及应用
热喷涂原理 涂层结构及特性 涂层的结合机理 热喷涂分类 热喷涂的特点 热喷涂的应用 热喷涂技术发展概况
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热喷涂原理
热喷涂是利用热源将喷涂材料加热到熔化 或熔融状态，借助于焰流或外加的推力使粒子 沉积到一种经过制备的表面形成某种功能的沉 积层。在喷涂过程中或涂层形成后，对基体金 属和涂层加热，使涂层在基体表面熔融，并和 基体产生扩散或互熔，形成与基材冶金结合的 喷熔层，称为热喷熔（简称喷熔）。
堆焊等。 4) 表面改性：喷丸、化学热处理、激光表面
处理、电子束表面处理、离子注入等。
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4. 按表面改性的目的或性质分类 1) 表面减摩和耐磨技术 2) 表面耐蚀抗氧化技术 3) 表面强化（提高疲劳强度）技术 4) 表面装饰技术 5) 功能表面技术 6) 表面修复技术
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热喷涂原理
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热喷涂过程
1）喷涂材料被加热熔化：喷涂材料在不同的热 源作用下加热熔化；
模具常用表面处理
★注：TD处理由于要在高温条件下进行，尺寸大的模具高温下易变 形，因此主要用于我司配套件的小模具使用。
三种表面处理技术介绍
1、模具镀Cr简介
◆镀Cr过程示意图： ◆施行镀Cr的目的 ：
1、新车投产时其成形性的尽快稳定化 2．模具品质的稳定化
◆施行镀Cr的优点 ：
1．[精度/成形性]：模具的保护（半永久性的维 护模具寿命和精度）：降低冲压油 的使用量 2．[品 质] ：提高冲压加工的成形性：提高耐磨 性（压痕,粘连） 3．[成 本] ：由于对模具材质要求的降低而降低 了模具费用 4．[保 全] ：降低保全工数：降低冲压油的使用量
◆应用范围：
TD覆层处理可广泛应用于由于各类磨损所引起的模具与工件或工件与工件之间的拉伤或磨损超差的问题.其中因咬合或粘 结而引起的拉伤或拉毛问题,TD覆层处理是目前世界上最好的解决方法之一.因磨损而引起的工件尺寸超差等问题,通过TD 覆层处理后,提高使用寿命上十倍是很正常的.
3、表面工程技术在汽车模具表面质量改善中得到 广泛应用。
表面工程技术的特点及意义
1、它主要作用于基材表面，对远离表面的基 材内部组织与性能影响不大； 2、廉价性，使普通材料具有特殊性能，节约 贵金属，提高耐磨性和腐蚀性，提高了劳动生 产率，降低生产成本； 3、表面工程技术可以兼有装饰和防护功能； 4、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。
◆与相关技术的比较 ：
通过在工件表面形成一层高硬度的耐磨材料是提高工件 耐磨，抗咬合，耐蚀等性能，从而提高其使用寿命的有效而又 经济的方法，TD覆层处理技术以碳化钒覆层为例，其表面硬度 可达HV3200左右，较传统的表面处理方法如渗碳HV~900；渗氮 HV~1200；镀硬铬HV~1000；甚至渗硼HV 1200~1800等表面处理 的硬度高得多，因此具有远优于这些表面处理方法的耐磨性能。
材料表面工程技术及其应用发展
材料表面工程技术及其应用发展材料表面工程技术是一种针对材料表面进行改性的工艺方法，是将表面物理化学效应作为主要手段，通过材料表面的改性，使之具有所需的物理化学性能，并能够在一定的应用领域内寻找到具体应用。
随着工业发展，新型材料和新工艺的发展，在材料表面工程技术领域又出现了一些新的进展和发展。
这些新技术不仅能够改善材料表面的性能，而且还能降低加工成本、提高生产效率、延长产品寿命等诸多优点。
本文将从材料的基本表面工程技术和新型表面工程技术两个方面入手，探讨材料表面工程技术的应用发展现状及其未来发展趋势。
一、材料基本表面工程技术材料表面工程技术有着悠久的历史，其中最基本的工艺方法就是表面处理。
表面处理技术主要分为化学方法和物理方法两种，它们都可以提高材料表面的性能，以适应所需的特殊应用。
1. 化学方法化学方法是利用化学反应的原理，将一种材料的表面改变成另一种具有良好性能的物质。
工艺技术包括酸碱蚀刻、镀层、硅化等多个步骤，常见的有以下几种：（1）镀层技术。
镀层技术是在材料表面沉积一层具有特定性质的金属或合金，以提高它的耐腐蚀性、导电性、机械性等性能。
（2）合金化技术。
合金化技术是指通过某种方法，将一种单一金属与另一种非金属物质混合起来，形成一种新的化合物，以提高材料的密实度、耐腐蚀性、硬度、抗磨损等性能。
（3）氧化技术。
氧化技术是将材料表面经过氧化处理，形成一层氧化膜，以提高材料的氧化稳定性、机械强度、电学性能等。
2. 物理方法物理方法是利用材料表面的物理化学性质，通过物理手段达到改性的目的。
物理方法工艺技术包括机械加工、薄膜技术、沉积技术等，常见的有以下几种：（1）机械加工技术。
机械加工技术是指在材料表面切削、磨削、拋光等加工过程中，使其表面得到平坦、光滑、无毛刺的效果。
它可以提高材料的机械强度、表面光泽度、耐磨性等性能。
（2）热喷涂技术。
热喷涂技术是指将一种或多种材料加热至高温状态，喷出来的材料在表面冷凝形成一层膜，膜与基体结合强度高，不易脱落，可提高材料的耐磨、耐腐蚀等性能。
表面工程的基本涵义、特点、分类及常用工艺方法
热喷涂可以制备各种涂层，如耐磨、 耐腐蚀、隔热等，广泛应用于机械、 能源、化工等领域。
激光表面处理
总结词
激光表面处理是一种利用高能激光束对金属表面进行快速加热和冷却的过程， 可以改变金属表面的物理和化学性质。
详细描述
激光表面处理具有高精度、高效率、低损伤等特点，主要用于金属材料的表面 强化、合金化、熔覆等，在汽车、航空航天、模具等领域有广泛应用。
总结词
激光表面处理是一种利用高能激光束对材料 表面进行快速加热和冷却，实现表面改性或 加工的工艺。
详细描述
激光表面处理具有高精度、高效率、低损伤 等特点，可应用于各种材料的表面强化、合 金化、熔覆、雕刻等。激光表面处理技术广 泛应用于航空航天、汽车、模具等领域。
其他表面处理工艺
总结词
除上述常用工艺外，还有许多其他表面处理 工艺，如化学转化膜技术、阳极氧化、微弧 氧化等。
表面工程涉及的领域广泛，包括材料科学、化 学、物理、机械工程等多个学科。
表面工程的主要目的是提高材料的耐腐蚀性、 耐磨性、抗疲劳性等性能，延长材料的使用寿 命，同时改善材料的外观和功能特性。
表面工程的应用领域
航空航天
表面工程在航空航天领域中广泛 应用于提高飞机和航天器的耐腐
蚀、抗氧化和抗疲劳性能。
提高材料性能
表面工程能够显著提高材料的耐 腐蚀、耐磨、抗疲劳等性能，延 长材料的使用寿命。
节约资源
表面工程可以减少对昂贵材料的 需求，降低生产成本，同时减少 对环境的污染。
促进科技进步
表面工程技术的发展推动了相关 学科的进步，为新材料的研发和 应用提供了有力支持。
PART 02
表面工程的特点
REPORTING
表面工程的基本涵义、特点、分类及常用工艺方法共27页
41、俯仰终宇宙，不乐复何如。 42、夏日长抱饥，寒夜无被眠。 43、不戚戚于贫贱，不汲汲于富贵。 44、欲言无予和，挥杯劝孤影。 45、盛年不重来，一日难再晨。及时 当勉励 ，岁月 不待人 。
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
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• 在工程上，它针对产品典型服役条件，研 究表面失效机制、特征，同时设计新的表 面，应用表面加工、表面涂覆、表面改性 等单一或复合的技术，实现基体、界面及 表面三者的优化组合，获得最佳表面性能。
技术特点
• 表面工程最突出的技术特点是无需整体改 变材质而能获得原材料所不具备的某些特 殊性能。 • 采用不同的处理工艺，可使基材表面获得 整体材料很难得到的特殊成份与结构，如 超细晶粒、非晶态、超饱和固溶体、多重 结构、多相弥散结构等，相应具备一些整 体材料很难得到的特殊性能。
表面工程有多种分类方法
按表面层种类分类之一
• 无覆层：基体表面经过化学预处理、精整或热 加工硬化，仅改变表面应力或组织状态，不改 变基体表面成份。 金属覆层：用电镀、金属喷涂、表面合金化或 热浸、包覆、气相沉积等方法，在基体表面覆 以薄层金属、合金或金属基复合材料。 有机覆层：基体表面覆以有机材料，主要是涂 装层，此外还有塑料、橡胶粘附等覆层。
表面工程常用工艺方法
• 热喷涂：火焰喷涂，电弧喷涂，等离子喷 涂，爆炸喷涂，粉末等离子堆焊等 制备耐蚀，耐磨，减摩，隔热，导电，绝 缘，可磨耗封严等多种功能涂层
表面工程常用工艺方法
• 物理气相沉积（PVD）：蒸发镀，溅射镀，离子 镀等 制备装饰性，耐磨，耐蚀及光，电，磁等功能薄 膜 • 化学气相沉积（CVD）：常压化学气相沉积，低 压化学气相沉积，激光化学气相沉积，金属有机 化合物化学气相沉积，等离子体化学气相沉积等 制备耐磨，抗氧化，抗腐蚀固态薄膜，适用于复 杂零件及难熔金属、石墨、陶瓷等基体材料零件 处理，可沉积难熔金属
表面工程常用工艺方法
• 其 他：包覆、衬里、搪瓷涂覆、离心浇注、 料浆喷涂、机械镀等 制备耐化工腐蚀厚覆层及耐蚀镀层（机械 镀）
表面工程的基本涵义、特点、 分类及常用工艺方法
表面工程是在传统表面技术的基础上，应 用材料科学、冶金学、机械学、电子学、物理 学、化学、摩擦学等学科的原理、方法及最新 成就综合发展起来的一门新兴学科。 研究材料表面、界面的特征、性能及改质 过程和相应方法。
目的
• 利用各种物理、化学或机械的工艺过程改 变基材表面状态、化学成份、组织结构或 形成特殊的表面覆层，优化材料表面，以 获得原基材表面所不具备的某些性能， • 达到特定使用条件对产品表面性能的要求， 如获得高装饰性，耐腐蚀、抗高温氧化、 减摩、耐磨、抗疲劳性能及光、电、磁等 多种表面特殊功能。
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按表面层种类分类之二
• 无机覆层：在基体表面涂覆玻璃搪瓷、水 泥、陶瓷和珐琅等无机材料。 • 转化覆层：钢、锌、铝或镁、钛等金属表 面经化学或电化学处理产生的金属化合物 覆层，有氧化物、磷酸盐、铬泽、花纹的组合， 使外观精美、多样化，增加美感与耐用性。 • 防腐蚀：耐环境气氛腐蚀，耐淡水、海水 腐蚀、耐化学介质浸渍腐蚀等。 • 耐磨：耐腐蚀磨损、微动磨损、磨粒磨损、 硬面及纤维磨损，抗擦伤咬死、减摩自润 滑、可磨耗密封等。
按作用原理分类之二
• 整体覆盖：包覆、粘结、浸镀、涂刷、堆 焊等。 • 改性处理：化学转化、离子注入、离子渗、 扩散渗、激光表面处理、热加工相变硬化、 表面机械处理强化（喷丸、滚压）等
表面工程常用工艺方法
• 表面化学法预处理：溶剂清洗，碱洗，碱蚀，酸 洗，酸蚀，乳化液清洗，化学抛光，电解抛光， 电解清洗等； 1. 清洁表面（去油、锈、氧化皮） 2. 满足表面光亮、粗化或其他要求 3. 表面均一 • 表面机械法精整：喷砂、喷丸、磨光、抛光、刷 光、滚光等 1. 清理表面杂质 2. 表面均一及粗化 3. 表面强化（喷丸硬化）
表面工程常用工艺方法
• 化学法镀覆：化学镀，溶胶一凝胶法，磷 酸盐处理，（磷化）铬酸盐处理（铬酸盐 钝化）草酸盐处理，钢铁氧化（发兰）等 防护装饰 改善耐磨性能 冷变形加工润滑
表面工程常用工艺方法
• 电镀：常规单金属镀，复合电镀，合金电 镀，脉冲电镀，高速电镀，激光电镀，刷 镀等 防护装饰 提高减摩耐磨性能 制备特殊功能金属镀层（光、电、磁、可 焊性等）
技术特点
• 表面工程另一技术特点是基材与镀覆材料 选择范围很广，具有极大的灵活性。 • 通过采用不同的处理工艺，能在金属、有 机、无机材料的基体表面制备单金属、合 金、陶瓷、有机高分子材料、类金刚石、 非晶态等多种单一材料或复合材料的表面 层，充分利用各种基材-涂层组合的特点设 计新的功能，满足产品特种功能或综合功 能多种使用要求。
表面工程常用工艺方法
• 热加工相变硬化：火焰加热硬化、激光淬 火、电子束硬化等 提高表面硬度与耐磨性（不改变基体表面 化学成份）
• 热化学（扩散）表面改性：渗碳、碳氮共 渗，渗氮、渗硫与多元共渗，渗硼及多元 共渗，渗金属及复合渗，激光表面合金化， 热浸锌、铝等 提高耐蚀、耐热、耐磨及抗疲劳性能
按表面层功能特性分类之二
• 热功能：耐热、抗高温氧化、热绝缘、热 辐射、高温封严等。 • 光、电、磁特种功能：反光、滑光、吸收、 超导、导电、绝缘、半导体、电磁屏蔽等。 • 其他特种功能：吸波、红外反射、太阳能 吸收、辐射屏蔽、催化、生物功能等。
按工艺方法分类之一
• 电化学方法：利用电极反应，在基体上形 成镀覆层，如电镀、阳极氧化等。 • 化学方法：利用化学物质的相互作用，在 基体 表面形成镀覆层如化学镀、化学转化 等。 • 热加工法：利用高温条件下材料熔融或热 扩散，在基体表面形成镀、渗层，如热浸， 表面合金化等。
表面工程常用工艺方法
• 离子注入表面改性：氮离子注入（单一气 体注入），等离子源离子注入，离子辅助 镀膜等 制备金属成形刀具、模具耐磨硬质涂层 • 缓蚀材料防锈（封存防锈）：水剂防锈， 油脂防锈，气相防锈，可剥性塑料防锈， 防锈切削液等 整机设备及机械基础件（包括原材料，毛 坯件）在运输、储存及加工工序间周转过 程中防锈
表面工程常用工艺方法
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电铸：电铸镍，电铸铜等复制金属制品尺 寸修复
阳极氧化：铝及铝合金阳极氧化，镁及镁 合金阳极氧化，钛及钛合金阳极氧化等 防护装饰 提高喊摩耐磨性能 制备特殊功能膜（耐热、绝缘、太阳能吸 收等）
表面工程常用工艺方法
• 有机涂装：浸涂，淋涂，幕帘淋涂，辊涂， 电泳涂装，自泳涂装，静电涂装，喷涂， 流化床涂覆等 防护装饰 耐腐蚀 制备特种功能有机涂层（隔音、减震、隔 热、耐油、防火、电绝缘、防污等）
按工艺方法分类之二
• 高真空法：利用材料在高真空下气化或受 激离 子化而形成表面镀覆层，如真空蒸发 镀、溅射镀、离子镀等。
• 其他物理方法：如机械镀、涂装、激光表 面加工等。
按作用原理分类之一
• 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 面上沉积形成外加覆盖层，如电镀、物理 气相沉积、化学气相沉积。 • 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，如热喷涂等。