材料表面工程技术 相关高新材料加工技术

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1、材料表面工程技术与相关高新材料加工技术李长久材料学院材料加工工程系2012年9月26日主要内容¢表面工程简介（作用、意义、主要方法、特点）¢原子、分子沉积方法（气相沉积原理）¢物理气相沉积（PVD）¢化学气相沉积（CVD）¢颗粒沉积方法（原理）¢热喷涂¢沉积技术（表面工程技术），在高新技术中的应用涉及的主要技术领域主要内容－表面工程涉及的主要领域¢超硬材料的人工合成与涂层技术材料¢金刚石，c-BN，β-CN引起世界研究热潮34¢纳米材料、纳米涂层与技术热点领域表面¢热障涂层技术航天航空技术改性¢高高固氧物温固体氧化物燃料电池与

2、太阳电池材料对现代能源技术产生巨大影响¢薄膜技术与电子器件制造技术微电子技术基础成形¢……..材料、成形、器件制造一体化制造增量制造：AdditiveManufacturing;3D打印1.表面工程的作用与意义¢将表面与基体作为一个整体来设计零部件，用传统和先进的表面技术来制造复合材料，使其具有基体或表面不可能有的性能，以满足经济性和性能要求。主要作用：¢赋予材料表面某种性能¢耐磨损、耐腐蚀、耐高温性能、隔热性能；电学性能、光学性能、抗辐射性能、隐形性能等，¢使零件（表面）再生再制造¢磨损或腐蚀表面的再生，加工超差件的再生¢合

3、成新材料、制造复合材料、制造太阳电池与燃料电池、电子器件等⋯⋯表面工程的作用与意义材料与构件失效基本形式¢变形（塑性变形，失稳变形）¢过载或屈服强度或刚度不足¢断裂¢韧性断裂，脆性断裂，疲劳断裂¢磨损¢粘着磨损，磨粒磨损，冲蚀磨损，腐蚀磨损⋯..¢腐蚀¢化学腐蚀，电化学腐蚀表面工程的作用与意义表面损伤失效¢磨损、腐蚀、疲劳断裂引起的材料失效比例：>80>80％表面性能→重要！！2006年：中国摩擦磨损损失，9500亿元，约占GDP45%GDP4.5%（张嗣伟，中国表面工程，2008，No.4）BusinessChance!表面

4、工程的作用与意义磨损损失统计结果¢美国：1000亿US$/年（1981年）¢（其中材料损失：200亿US$）¢德国：387亿DM/年（1983年）¢英国：5.5.515亿英镑¢中国：400亿RMB/年USA81年GDP约27000亿磨损损失为：3.7%一般磨损造成的损失占GDP:2-8%表面工程的作用与意义腐蚀损失¢美国：820亿US$（1975年）），占GDP49GDP4.9％；3000亿US$（1995年）¢全世界因腐蚀损耗金属1亿吨以上，占年产量的20-40％；尽有2/3可以再生，造成资源的严重浪费¢中国：腐蚀损失，～5

5、000亿元（5%GDP）（2000年）¢（2000，美、英、德：2.7%，3.5%，3%）（2006年9月11日：经济参考报）http://data.icxo.com/htmlnews/2006/09/11/930249.htm¢改善提高材料表面性能，可提高零部件的寿命与可靠性，节约资源与能源BiBusinessChance!热喷涂技术在飞机制造中的应用Rolls-Royce一台高性能发动机：仅直接采用热喷涂强化的零件达5500多件；涉及耐磨、封严、耐高温、抗氧化、隔热，喷涂强化后可使大修期延长4倍以上。材料表面复合技术是赋予

6、高技术产品竞争力的关键！2.表面工程技术分类明星－偶像？着装之美(Coat)为什么青春永驻？肤色之美化妆技术的进步CoatingModificationtechnologytechnology涂层技术与表面改性技术2.表面工程技术分类313.1表面涂层技术1）定义：在不改变基体材料成分、组织结构、性能表层的前提下，通过在材料表面上形成覆盖层而改变材料表面性能，对材料实现保护。基体（保护方式）物理保护或机械保护表面性能完全取决于覆盖层自身性能，覆盖层材料选择范围广泛（功能可自由选择）。（基本要求）使用过程中不能脱落。表面涂层技术

7、（CoatingTechnologyCoatingTechnology）¢主要涂层技术：¢热喷涂（颗粒沉积）薄膜技术¢气相沉积（原子、分子沉积）¢物理气相沉积（PVD）¢化学气相沉积（CVD）¢电镀（电刷镀）、化学镀，¢高能束熔覆（激光熔覆、电子束熔覆）、¢粘涂技术¢……表面涂层技术¢制作保护涂层表程表面工程¢制备表面耐磨、超硬材料涂层¢制备耐高温氧化与腐蚀涂层¢耐高温、隔热涂层¢用作制造技术¢制造燃料电池（固体氧化物燃料电池）¢太阳电池，¢各类电子元器件（MEMS，CCD）¢光导纤维¢零部件的快速成形、增制增量制造造、3D打

8、印.2.表面工程技术分类表面改性后表面改性技术¢通过改变材料表面的化学成分与组织结构来改变表面层性能¢需要基体材料参与¢性能：物理性能，化学性能，力学性能¢主要的表面改性方法：¢表面相变强化、表面形变强化、化学热处理（热扩散处理），高能束（激光与电子束）改性，粒子注入，阳极氧