表面工程概述与热喷涂材料
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我国于 1987 年由中国机械工程学会建立了学会性质的表 面工程研究所，1988 年《表面工程》杂志在中国创刊， 1997 年经国家科委正式批准更名为《中国表面工程》， 面向国内外公开发行。1993年成立中国机械工程学会表 面工程分会，2000 年全国焊接学会将原来的“堆焊与热 喷涂专业委员会”正式更名为“堆焊及表面工程专业委 员会”。
表面工程概述与热喷涂材料
表面处理技术
表面 涂镀
气相沉积 化学沉积(如电镀) 化学转化膜(如磷化) 涂装技术 (涂漆等) 热喷涂和喷焊
表面 组织 转化
激光表面淬火 感应加热淬火 表面喷丸/滚压
表面 合金 化
热扩渗:渗碳/氮化等 激光表面合金化 离子注入 单晶硅中掺杂硼/磷等
基材不参 与或很少 参与涂层 的反应
表面工程概述与热喷涂材料
通过表面处理大幅度提高产品质量 节约贵重材料 实现材料表面复合化，解决单一材料无法解决的问题 修复整体优势，良好的节能、节材效果
表面工程概述与热喷涂材料
意义
三、表面处理技术的主要途径
表面涂层技术
在基体表面制备各种镀、涂覆层，包括电镀、 化学镀、（电）化学转化膜技术、气相沉积技 术、堆焊、热喷涂等
表面工程的作用：
提高构件表面的耐磨性、耐蚀性、耐 高温性能，或对构件表面进行修复、强 化、装饰等。
问题的提出
表面工程概述与热喷涂材料
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。
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℃。
长江三峡工程中挖泥船的发动 机曲轴损坏，当时如从日本购 买新轴，加上运费和进口关税 等需人民币120万元，从订购到 交货需三个月以上，停产损失 更大？
表面工程概述与热喷涂材料
选用特种金属或合金来制造整个零件或设备
解决措施
19世纪工业革命以来，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。
从1989年到2006年8月已成功举办六届全国表面工程学 术交流会议；并先后于 1997 年 11 月和 1999 年 10 月在 上海召开了第一届及第二届表面工程国际会议，第五届 表面工程国际会议也于2007年在大连举行。
不改变表 面 化学成
分
形成成分不同于 基材和添加材料 的表面合金化层
表面工程概述与热喷涂材料
四、表面处理技术的分类
1.按照作用原理分
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。
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。
表面改性技术
包括表面淬火、化学热处理、表面形变强化等，如感应加 热表面淬火、渗碳、氮化、碳氮共渗、喷丸、滚压等。
表面涂（镀）层技术
如电镀、化学镀、热浸镀、气相沉积、热喷涂、堆 焊、激光熔覆、涂装等。
表面转化膜技术
如氧化处理、磷化处理、铬酸盐处理和着色与封闭处理等 。
高能束表面处理技术
如电子束、离子束、激光束表面改性与强化等。
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。如表面淬火、化学热处理、喷丸、高 能束表面改性等。
表面改性技术和表面涂层技术的最大区别是，其所形成的表面在材料 和组织上均与基体有一定的联系，而不像表面涂层技术那样，涂层的材 料和组织与基体是完全不同的。
1965年，湖北省荆州市望山一号 墓出土越王勾践自用青铜剑，轰动 世界。勾践剑在墓中被水浸泡 2000多年仍锋芒毕露，寒气逼人。
“越王勾践剑”千年不锈的原因在 于剑身上被镀上了一层含铬的金属。
表面工程概述与热喷涂材料
1986年国际热处理联合会更名为国际热处理与表面工程 联合会，进入20世纪 90 年代，其发展势头更猛，各国竟 相把表面工程列入研究发展规划。
在许多情况下也很难找到一种能够同时满足整体和表面要求的材料。 试图采用各种表面技术对普通金属表面进行处理，以改变其表面性能， 使其适应复杂的工作环境。
表面处理技术
表面处理技术则可以用极少量的材料就起到大量、昂贵 的整体材料难以起到的作用，在不增加或不增加太多成 本的情况下使产品表面受到保护和强化，从而提高产品 的使用寿命和可靠性，改善机械设备的性能、质量、增 强产品的竞争能力。
所有的金属材料都不可避免与环境相接触,而与环境真 正接触的是金属的表面，如各种机械零件和工程构件。
金属表面发生破坏或失效，进而引起整个设备或零（构 ）件的破坏或失效。
发展金属表面防护和强化技术， 是各国普遍关心的重 大课题。
ห้องสมุดไป่ตู้
表面工程概述与热喷涂材料
为什么研究 金属表面处
理技术
随着现代工业的迅猛发展，对机械工业产品提出了更 高的要求，要求产品能在高参数(如高温、高压、高速) 和恶劣工况条件下长期稳定运转或服役，这就必然对材 料表面的耐磨 、耐蚀等性能以及表面装饰提出了更高的 要求，使其成为防止产品失效的第一道防线。
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、涂装、堆焊等。
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。
表面工程概述与热喷涂材料
2.按表面强化层材料分 3.按表面处理工艺特点分
金属材料层 陶瓷材料层 高分子材料层
表面工程概述与热喷涂材料
4.按表面处理的目的或性质分 表面耐磨和减摩技术 表面耐蚀和抗氧化技术
表面装饰技术 功能表面技术 表面修复技术
表面工程概述与热喷涂材料
表面工程概述与热喷涂材料
五、金属表面处理技术的产生与发展
春秋五霸时期，越王勾践“卧薪尝 胆”，一举击败了吴王夫差，演出 了历史上春秋争霸的最后一幕。
第四章 表面工程与热喷涂 第一节 表面工程概述
一、金属表面处理技术概念
金属表面处理技术----是指通过一些“物理”、“化学”、“ 机械”、或“复合方法”使得金属表面具有与基体不同的组 织结构、化学成分和物理状态，从而使经过处理后的表 面具有与基体不同的性能。
表面工程概述与热喷涂材料
二、表面处理技术的意义
表面工程概述与热喷涂材料
表面处理技术
表面 涂镀
气相沉积 化学沉积(如电镀) 化学转化膜(如磷化) 涂装技术 (涂漆等) 热喷涂和喷焊
表面 组织 转化
激光表面淬火 感应加热淬火 表面喷丸/滚压
表面 合金 化
热扩渗:渗碳/氮化等 激光表面合金化 离子注入 单晶硅中掺杂硼/磷等
基材不参 与或很少 参与涂层 的反应
表面工程概述与热喷涂材料
通过表面处理大幅度提高产品质量 节约贵重材料 实现材料表面复合化，解决单一材料无法解决的问题 修复整体优势，良好的节能、节材效果
表面工程概述与热喷涂材料
意义
三、表面处理技术的主要途径
表面涂层技术
在基体表面制备各种镀、涂覆层，包括电镀、 化学镀、（电）化学转化膜技术、气相沉积技 术、堆焊、热喷涂等
表面工程的作用：
提高构件表面的耐磨性、耐蚀性、耐 高温性能，或对构件表面进行修复、强 化、装饰等。
问题的提出
表面工程概述与热喷涂材料
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。
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℃。
长江三峡工程中挖泥船的发动 机曲轴损坏，当时如从日本购 买新轴，加上运费和进口关税 等需人民币120万元，从订购到 交货需三个月以上，停产损失 更大？
表面工程概述与热喷涂材料
选用特种金属或合金来制造整个零件或设备
解决措施
19世纪工业革命以来，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。
从1989年到2006年8月已成功举办六届全国表面工程学 术交流会议；并先后于 1997 年 11 月和 1999 年 10 月在 上海召开了第一届及第二届表面工程国际会议，第五届 表面工程国际会议也于2007年在大连举行。
不改变表 面 化学成
分
形成成分不同于 基材和添加材料 的表面合金化层
表面工程概述与热喷涂材料
四、表面处理技术的分类
1.按照作用原理分
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。
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。
表面改性技术
包括表面淬火、化学热处理、表面形变强化等，如感应加 热表面淬火、渗碳、氮化、碳氮共渗、喷丸、滚压等。
表面涂（镀）层技术
如电镀、化学镀、热浸镀、气相沉积、热喷涂、堆 焊、激光熔覆、涂装等。
表面转化膜技术
如氧化处理、磷化处理、铬酸盐处理和着色与封闭处理等 。
高能束表面处理技术
如电子束、离子束、激光束表面改性与强化等。
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。如表面淬火、化学热处理、喷丸、高 能束表面改性等。
表面改性技术和表面涂层技术的最大区别是，其所形成的表面在材料 和组织上均与基体有一定的联系，而不像表面涂层技术那样，涂层的材 料和组织与基体是完全不同的。
1965年，湖北省荆州市望山一号 墓出土越王勾践自用青铜剑，轰动 世界。勾践剑在墓中被水浸泡 2000多年仍锋芒毕露，寒气逼人。
“越王勾践剑”千年不锈的原因在 于剑身上被镀上了一层含铬的金属。
表面工程概述与热喷涂材料
1986年国际热处理联合会更名为国际热处理与表面工程 联合会，进入20世纪 90 年代，其发展势头更猛，各国竟 相把表面工程列入研究发展规划。
在许多情况下也很难找到一种能够同时满足整体和表面要求的材料。 试图采用各种表面技术对普通金属表面进行处理，以改变其表面性能， 使其适应复杂的工作环境。
表面处理技术
表面处理技术则可以用极少量的材料就起到大量、昂贵 的整体材料难以起到的作用，在不增加或不增加太多成 本的情况下使产品表面受到保护和强化，从而提高产品 的使用寿命和可靠性，改善机械设备的性能、质量、增 强产品的竞争能力。
所有的金属材料都不可避免与环境相接触,而与环境真 正接触的是金属的表面，如各种机械零件和工程构件。
金属表面发生破坏或失效，进而引起整个设备或零（构 ）件的破坏或失效。
发展金属表面防护和强化技术， 是各国普遍关心的重 大课题。
ห้องสมุดไป่ตู้
表面工程概述与热喷涂材料
为什么研究 金属表面处
理技术
随着现代工业的迅猛发展，对机械工业产品提出了更 高的要求，要求产品能在高参数(如高温、高压、高速) 和恶劣工况条件下长期稳定运转或服役，这就必然对材 料表面的耐磨 、耐蚀等性能以及表面装饰提出了更高的 要求，使其成为防止产品失效的第一道防线。
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、涂装、堆焊等。
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。
表面工程概述与热喷涂材料
2.按表面强化层材料分 3.按表面处理工艺特点分
金属材料层 陶瓷材料层 高分子材料层
表面工程概述与热喷涂材料
4.按表面处理的目的或性质分 表面耐磨和减摩技术 表面耐蚀和抗氧化技术
表面装饰技术 功能表面技术 表面修复技术
表面工程概述与热喷涂材料
表面工程概述与热喷涂材料
五、金属表面处理技术的产生与发展
春秋五霸时期，越王勾践“卧薪尝 胆”，一举击败了吴王夫差，演出 了历史上春秋争霸的最后一幕。
第四章 表面工程与热喷涂 第一节 表面工程概述
一、金属表面处理技术概念
金属表面处理技术----是指通过一些“物理”、“化学”、“ 机械”、或“复合方法”使得金属表面具有与基体不同的组 织结构、化学成分和物理状态，从而使经过处理后的表 面具有与基体不同的性能。
表面工程概述与热喷涂材料
二、表面处理技术的意义