《现代表面工程技术》PPT课件

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1、表面工程学SurfaceEngineeringandTechnology河南理工大学材料学院袁庆龙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，赵文轸，西安交通大学出版社，1992参考书目：面向二十一世纪的表面工程，徐滨士，北京：机械工业出版社，1997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

2、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新的表面工程技术；解决材料表面硬度、强度、耐磨性与心部强韧性之间的矛盾；充分发挥材料性能的潜力，延长产品使用寿命和提高产品质量。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→

3、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℃.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

4、面温度可达+200℃，没有被太阳照射的一面温度可低到-200℃应用实例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LI-900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。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%表面工程技术倍受重视的原因表面新技术的

5、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；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

6、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。表面技术的目的和作用主要目的：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

7、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：1）表面合金化：包括喷焊、堆焊、离子注入、激光熔敷、热渗镀等。2）表面覆层与覆膜技术：包括热喷涂、电镀、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。3）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

8、分类法按照作用原理，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。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