1、25 七月 2022第一章現(xiàn)代表面工程技術教材及參考資料首選教材：表面工程學，機械工業(yè)出版社，曾曉雁主編二選教材：現(xiàn)代表面技術，機械工業(yè)出版社，錢苗根編著 金屬材料表面新技術，趙文珍，西安交通大學 出版社，1992參考書目：面向二十一世紀的表面工程，徐濱士，北京：機械工業(yè)出版社，1997表面工程手冊，李國英主編，北京：機械工業(yè)出版社，1998表面涂層技術，陳學定，韓文政，北京：機械工業(yè)出版社，1994表面工程與維修，徐濱士，朱紹華等，北京：機械工業(yè)出版社，1996教學目的 通過本課程學習系統(tǒng)地掌握現(xiàn)代表面處理技術的基本原理；能合理選擇并應用這些表面工程技術，解決材料表面硬度、強度、耐磨性與心部

2、強韌性之間的矛盾；掌握主要表面技術各自的特點及應用領域。第一章：表面技術概論表面技術是直接與各種表面現(xiàn)象或過程有關的，能為人類造福或被人們利用的技術。表面工程技術日益得到重視的主要原因： 1）社會生產(chǎn)、生活的需要2）通過表面處理大幅度提高產(chǎn)品質量3）節(jié)約貴重材料4）實現(xiàn)材料表面復合化，解決單一材料 無法解決的問題5）良好的節(jié)能、節(jié)材效果6）促進了新興工業(yè)的發(fā)展應用實例汽車輕量化鋁合金表面耐磨問題突出表面耐磨涂層 火箭發(fā)動機的尾噴管內壁和燃燒室： 需承受20003300溫度和巨大的熱焰流沖擊應用實例2飛船或者洲際導彈的頭部錐體和翼前沿：由于具有幾十倍的音速，并與大氣層摩擦，即所謂氣動加熱，其溫度

3、高達40005000：問題：絕大多數(shù)的金屬和合金不能承受如此高的溫度。解決問題的方法：依靠各種形式的隔熱涂層、防火涂層和燒蝕涂層。隔熱防火涂層是熱導率低的氧化物：氧化鋁、氧化鋯、氧化釷等。燒蝕涂層：有機材料加石英纖維、陶瓷纖維或碳纖維。應用實例3人造衛(wèi)星在宇宙中的溫度控制：問題：衛(wèi)星表面受太陽照射的一面溫度可達+200，沒有被太陽照射的一面溫度可低到-200應用實例4航天飛機外殼需要防熱材料和涂層：如美國洛克希德導彈與航天公司研究的一種LI-900全氧化硅絕熱氈特性：1） 重量輕，整個體積的95%都是空的。2）為防水、耐蝕以及散熱，表面加涂了一種碳化硅涂層，該涂層可把90%的入射熱反射掉，而剩

4、下10%幾乎都被氧化硅氈所隔絕。應用實例5在太陽能的利用中，必須利用涂層來吸收太陽光譜中所有波段的能量。如用電子束蒸鍍的金屬陶瓷層Co-Al2O3作為太陽能吸熱器，使對太陽能的吸收率可達95%表面技術倍受重視的原因表面新技術的出現(xiàn)之所以受到重視，不僅僅在于重要的學術價值，這是因為：1）材料力學、化學性能及其變化都從表面開始；2）隨著器件的微型化，表面/體相的原子比增大，會出現(xiàn)許多新的特性；3）材料表面的研究是許多高新技術的理化基礎等。 世界各發(fā)達國家均對表面工程高度重視：如美國工程科學院早在十多年前為美國國會提供的2000年前集中力量加強發(fā)展的9項新科學技術中，有關材料方面的僅有材料表面科學與

5、表面技術的研究。 一、使用表面技術的目的（1） 提高材料抵御環(huán)境作用能力。（2）賦予材料表面某種功能特性。包括光、電、磁、熱、聲、吸附、分離等等各種物理和化學性能。（3） 實施特定的表面加工來制造構件、零部件和元器件等。表面技術主要通過表面涂覆和表面改性技術來提高材料抵御環(huán)境作用能力和賦予材料表面某種功能特性。表面涂覆：主要采用各種涂層技術。表面改性技術：用機械、物理、化學等方法，改變材料表面的形貌、化學成分、相組成、微觀結構、缺陷狀態(tài)或應力狀態(tài)。 具體說：表面工程技術是在不改變基體材料的成分、不削弱基體材料的強度的條件下，通過物理手段或化學手段賦予材料表面以特殊的性能，從而滿足工程技術上對材

6、料提出的要求的技術。作用：改善或賦予表面各種性能二、與表面現(xiàn)象有關的一些表面技術 1）表面濕潤和反濕潤技術2）表面催化技術3）膜技術4）表面化學技術本課程將主要學習：表面覆蓋、表面改性等表面技術。第二節(jié) 表面技術的分類 按學科特點將表面技術大致劃分為三個方面： 表面合金化：包括噴焊、堆焊、離子注入、激光熔敷、熱滲鍍等。表面覆層與覆膜技術：包括熱噴涂、電鍍、化學轉化處理、電刷鍍、化學鍍、氣相沉積、涂裝、堆焊、金屬染色、熱浸鍍等。表面組織轉化技術：包括激光、電子束熱處理技術以及噴丸、輥壓等表面加工硬化技術。表面技術Matton分類法按照作用原理，表面技術可以分為以下四種基本類型（Matton分類法

7、）：1） 原子沉積：沉積物以原子、離子、分子和粒子集團等原子尺度的粒子形態(tài)在材料表面上形成覆蓋層，如電鍍、化學鍍、物理氣相沉積、化學氣相沉積等。2） 顆粒沉積：沉積物以宏觀尺度的顆粒形態(tài)在材料表面上形成覆蓋層，如熱噴涂、搪瓷涂敷等。3） 整體覆蓋。4）表面改性：用機械、物理、化學等方法，改變材料表面的形貌、化學成分、相組成、微觀結構、缺陷狀態(tài)或應力狀態(tài)。 材料表面工程技術按工藝特點分 電鍍、化學鍍、熱滲鍍、熱噴涂、堆焊、化學轉化膜、涂裝、表面彩色、氣相沉積、“三束”改性以及表面熱處理、形變強化和襯里等13類 表面技術的廣泛涵義，包括：1） 表面技術的基礎和應用理論。2） 表面處理技術。它又包括

8、表面覆蓋技 術、表面改性技術和復合表面處理技術三部分。3） 表面加工技術。4） 表面分析和測試技術5） 表面工程技術設計。第三節(jié) 表面技術的應用一、 表面技術應用的廣泛性和重要性二、 表面技術在結構材料以及工程構件和機械零部件上的應用 主要起：防護、耐磨、強化、修復、裝飾等作用。三、 表面技術在功能材料和元器件上的應用 光學特性、電學特性、磁學特性、熱學特性、化學特性、功能轉換、磁記錄材料、雙金屬、防護涂層四、 表面技術在人類適應、保護和優(yōu)化環(huán)境方面的一些應用抗菌滅菌TiO2, 生物醫(yī)學材料第四節(jié) 表面技術的發(fā)展材料表面改性和強化問題引起國內外材料科學界的極大關注，學術研究異常活躍，舊的工藝被不斷革新，新的工藝技術相繼問世，工程應用不斷擴大。究其原因，主要是：（1） 高新技術的發(fā)展對機件質量的要求越來越高，如要求高耐磨、強耐蝕、抗高溫及各種特殊功能。而現(xiàn)有的材料往往不能滿足需要。（2） 器件的微型化，使表面問題更為突出。