材料表面工程第一章

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1、材料表面工程主要参考书：1、赵文轸主编，《材料表面工程导论》，西安交通大学出版社,20012、曾晓雁等编著，《表面工程学》，机械工业出版社，20013、徐滨士等编著，《材料表面工程》，哈尔滨工业大学出版社,20054、S.R.Morrison,《TheChemicalPhysicsofSurfaces》.PlenumPress,NewYorkandLondon,1977.(S.R.Morrison著，赵璧英等译，《表面化学物理》，北京大学出版社，1986)第一章绪论1.1材料表面工程技术的意义、目的和作

2、用材料表面工程是材料表面处理技术的总称。涉及到多个工程领域：机械工程、半导体电子工程、化学工程、能源工程、动力工程、航空航天工程、建筑工程等。是一门很新的边缘学科，涉及到表面物理化学、表面化学、表面物理、金属学、陶瓷学、高分子学、传热学、传质学等。近年来学术研究异常活跃①高科技的发展对机件质量的要求越来越高，而现有材料不能满足要求；②器件的微型化使表面问题更为突出；③希望通过表面改性，以普通材料代替昂贵材料以降低成本。材料表面工程技术的意义希望产品能在高温、高压、高速、高度自动化和恶劣的工况条件下长期稳

3、定运转，对机件表面的耐磨、耐蚀、耐疲劳等性能的要求日益苛刻。表面发生腐蚀和磨损：占各种机电产品过早失效破坏约70％研究和发展表面保护和表面强化技术的重要意义：提高零件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；推动高技术和新技术的发展；节约材料、节约能源。表面新技术的出现不仅在于其经济意义，还在于其重要的学术价值：①材料物理、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等。目前，对于材料科学

4、的研究主要集中在对材料表面和材料内部结构与性能的研究。表面科学的研究可为表面新技术的研究提供一定的理论指导，但表面新技术的开发和完善，又会提出许多新的学术研究课题。这些研究有力地促进了材料科学、冶金学、机械学、机械制造工艺学以及物理学、化学等基础学科的发展。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。材料表面工程技术的目的和作用表面工程技术的

5、作用就是改善或赋予表面各种性能。通过表面处理使材料表面按人们希望的性能进行改质，即在不改变基体材料的成分、不削弱基体材料的强度(或削弱基体强度而不影响其使用)的条件下，通过某些物理手段(包括机械手段)或化学手段赋予材料表面以特殊的性能，从而满足工程上对材料提出的要求。1-2材料表面工程技术的发展与分类材料表面工程技术的发展概况传统的表面工程技术，诸如表面热处理、表面渗碳及油漆技术，其历史已有几百年，甚至上千年。无机涂层工艺也是表面技术中的一个重要组成部分，远在3000多年前的商代就出现了青釉（用石灰石和

6、粘土制成的无机涂层）；把这一种工艺进一步改进，到了周朝出现了琉璃，即多种彩色的釉；发展到唐朝成了世界闻名的“唐三彩”。传统的表面淬火，已由火焰加热，改为高频加热，近些年应用激光束、电子束的淬火技术，已逐渐在扩大应用。古老的渗碳工艺，由于计算机的发展，实现了自动控制，使处理的质量得到了改善。电镀技术作为一门古老的表面工程技术。在相当长的一段历史时期内，电镀仅限于镀覆纯金属，目前已能成功地镀覆多种合金，甚至把陶瓷和金刚石粉末同时镀在要求抗磨的表面上。20来年前发明的电刷镀，也称无槽电镀，在修复和局部保护方面

7、，有独特的用处。化学镀的历史源自银镜镀，最早是作为塑料电镀预处理的工艺——塑料表面金属化工艺而着手开发的，近些年已作为一门独立的镀覆工艺进行开发、研究和应用。高分子涂装技术在二十世纪50年代以前几乎全部是油性涂料和天然树脂涂料，而50年代之后，合成树脂涂料迅速发展，到目前合成树脂已占了涂料的大部，而且生产出适用各种环境下对材料进行保护的品种。近20年来，为了减少挥发溶剂对环境的污染，并节约溶剂，水系涂料得到迅速的开发，水系电泳涂料已在汽车行业中广泛采用。粉体涂料在二十世纪60年代开始问世，在80年代之后

8、，产量大幅度增加。涂装工艺也得到了很大发展，由古老的刷涂，空气喷涂，发展为静电喷涂、流化床涂装、电泳涂装及静电粉末涂装。由于涂料和涂装技术的进步，加之该处理工艺的经济性，至今涂料工程占整个表面工程的约50％。热喷涂技术作为一种新的表面防护和表面强化工艺在近20多年里得到了迅速的发展。由早期制备一般的装饰性和防护性涂层发展到制备各种功能性涂层；由产品的维修发展到大批量的产品制造；由单一涂层发展到包括产品失效分析、表面预处理、喷涂材料和设备的选