现代表面工程技术-2010讲座

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1、现代表面工程技术表面的失效形式磨损和腐蚀是机械设备零部件表面的两大主要失效形式，涉及工农业生产和人民生活的各个领域，它们所导致的经济损失十分惊人。据不完全统计，世界能源的1/3-1/2消耗于摩擦，机械零件80％失效原因是磨损；据一些工业发达国家的统计，每年由于腐蚀造成的直接损失约占国民生产总值的1％~4％。磨损和腐蚀均发生于表面磨损和腐蚀是发生于机械设备零部件表面的材料流失的过程，虽然磨损与腐蚀是不可避免的，但若采取得力措施，可以提高机件的耐磨性、耐蚀性。采用表面防护措施延缓和控制表面的破坏，成为解决上述问题的有效方法，在解决问题的同时，促进了表面工程科学和

2、表面技术的形成与发展。表面工程学的定义根据表面工程学学科特点及发展规律，其定义是指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。表面工程技术分属于不同的学科化学热处理、表面淬火技术属于金属材料学；电镀与电刷镀、涂装技术属应用化学或化工工程学；真空镀膜、离子镀等常归类于物理电子学等。表面工程学的内涵表面改性技术：即能够提高零部件表面的耐磨性、耐蚀性、抗高温氧化性能，或装饰零部件表面，或者使材料表面具有各种特殊功能(如电性能、磁性能和光电性能等)的有关工程技术。表面加工技术：即能够在材料表面加工或制作各种功能

3、结构元器件的有关技术，如能够在单晶硅表面制作大规模集成电路的光刻技术、离子刻蚀技术等。表面工程学的内涵表面合成材料技术：即借助各种手段在材料表面合成新材料的技术，如纳米粒子制备过程中的表面工程技术、离子注入制备或合成新材料等。表面加工三维合成技术：即将二维表面加工累积成三维零件的快速原型制造技术等。上述几个要点的组合或综合。表面工程学的内涵由单纯表面改性(surfacemodification)扩展到表面加工和合成新材料，实施对象由“结构材料”扩展到“功能材料”，涵盖材料学、材料加工工程、物理、化学、冶金、机械、电子与生物领域的有关技术与科学，交叉学科的特征

4、。表面工程学的内涵表面工程技术所涉及的基材包括几乎所有的工程材料，如金属、陶瓷、半导体材料、高分子材料、混凝土、木材和各类复合材料等，所涉及的工艺方法数以百计，各具特点。同样的工艺应用于不同的材料，或相同的材料采用不同的工艺，所得效果可能会相去甚远。表面工程技术的特点（一）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。可以制备表面性能与基材性能相差很大的复合材料。对于要求综合力学性能良好的零部件(如要求表面耐磨性好、内部韧性好)来说十分重要，有时甚至是制造这类零部件的唯一工艺手段。表面工程技术的特点（二）采用表面涂(镀)、表面合金化技术取代整体

5、合金化。表面工程技术被广泛应用于提高材料的耐磨、耐蚀、抗高温氧化性能，零部件的表面装饰以及各类零件的修复等方面。表面工程技术的特点（三）表面工程技术可以兼有装饰和防护功能，在人们的周围创造了一个五彩缤纷的世界，推动了产品的更新换代。采用表面工程技术还可以在大气与水质净化、抗菌灭菌和疾病治疗等方面发挥重要作用。表面工程技术的特点（四）以化学气相沉积、物理气相沉积、掩膜、光刻技术为代表的表面薄膜沉积技术和表面微细加工技术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。表面工程技术的特点（五）计算机技术与材料科学、精密机械和数控技术相结

6、合，使二维的表面处理技术发展成为三维零件制造技术，创造了全新的制造方法-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。表面工程技术的特点（六）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。表面工程技术是影响21世纪人类生活的七大关键技术之一，与计算机科学、生命科学、新能源技术、新材料技术、信息技术和先进制造技术并列。表面工程技术的作用表面工程技术的作用是多种多样的，但其最主要的作用为提高金属机件的耐蚀性、耐磨性及获得电、磁、光等功能性表面层。拓宽了材料的应用领域可用一般的材料代替

7、稀有的、昂贵的材料制造机器零件，而不降低甚至超过原机件的质量。可以把两种或两种以上的材料复合，各取其长，解决单一材料解决不了的问题。延长在苛刻条件下服役机件的寿命。赋予材料特殊的物理、化学性能，有助于某些尖端技术的开发。可成功地修复磨损、腐蚀的零件。工程表面技术分类（领域）表面涂镀技术表面扩渗技术表面处理技术表面涂镀技术将液态涂料涂敷在材料表面，或者是将镀料原子沉积在材料表面，从而获得晶体结构、化学成分和性能有别于基体材料的涂层或镀层。此类技术有有机涂装、热浸镀、热喷涂、电镀、化学镀和气相沉积等；表面扩渗技术将原子渗入（或离子注入）基体材料的表面，改变基体表

8、面的化学成分，从而达到改变其性能的目的。它主要包括化