表面工程 第一章 緒論.ppt

1、1.1 表面工程概述,1.表面工程的定義,表面工程也稱(chēng)為“表面技術(shù)”、“表面處理”或“表面改性”，是應(yīng)用物理、化學(xué)、機(jī)械等方法改變固體材料表面成分或組織結(jié)構(gòu)，獲得所需性能的表面，以提高產(chǎn)品的可靠性或延長(zhǎng)其使用壽命的各種技術(shù)的總稱(chēng)。,對(duì)象：固體表面,手段：各種技術(shù)方法,2.表面工程的目的,提高材料抵御環(huán)境作用的能力！,賦予材料表面某種功能特性！,3.表面工程的特點(diǎn),廉價(jià)基體上，獲得多種功能表面！,表面層很薄，但可獲得很好的效果！,大幅度的節(jié)約能源和資源！,1.2 表面工程學(xué)科體系,1.按照沉積物的尺寸分類(lèi),原子沉積：原子、離子、分子及基團(tuán)在基體上的凝聚、成核、長(zhǎng)大；例如電鍍、化學(xué)鍍、蒸鍍、濺射、

2、氣相沉積等。,顆粒沉積：熔化的液滴、細(xì)小顆粒在外力作用下于基體表面凝聚、沉積或燒結(jié)；例如熱噴涂、搪瓷涂層等。,整體覆蓋：欲涂覆的材料同時(shí)施加于基體；例如包箔、貼片、熱浸鍍、涂刷、堆焊等。,表面改性：用離子處理、熱處理、機(jī)械處理、化學(xué)處理的方法改變材料表面的組成和性質(zhì)。例如化學(xué)轉(zhuǎn)化鍍、噴丸強(qiáng)化、激光束、電子束、離子束表面處理。,2.國(guó)家自然科學(xué)基金委分類(lèi) - 金屬材料科學(xué),表面改性：改變基體金屬材料表面層的化學(xué)成分，例如化學(xué)熱處理、等離子擴(kuò)滲處理、離子注入。,表面處理：不改變基體金屬表面化學(xué)成分的情況下，使其組織與結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，例如噴丸強(qiáng)化、表面熱處理等 。,表面涂鍍層技術(shù) ：在基體材料表面形成

3、一層新的覆蓋層，覆蓋層與基體之間有明顯的分界面；例如鍍層、涂層、沉積層。,復(fù)合表面技術(shù)：上述三類(lèi)技術(shù)的復(fù)合應(yīng)用。 納米表面工程技術(shù)：在基體表面制備含納米顆粒的涂層或具有納米結(jié)構(gòu)的表層。,3. 廣義的表面工程技術(shù),4. 本門(mén)課程表面處理技術(shù),表面改性處理,表面處理,表面改性,表面改性技術(shù),表面涂鍍層,薄膜技術(shù),涂層技術(shù),表面涂層技術(shù),4. 本門(mén)課程表面處理技術(shù),表面改性技術(shù),激光束表面處理,電子束表面處理,太陽(yáng)能表面處理,表面擴(kuò)滲,離子注入,涂層技術(shù),電鍍,化學(xué)鍍,表面著色,涂裝,熱噴涂,堆焊熔結(jié),非金屬涂層等,薄膜技術(shù),蒸鍍,濺射,離子鍍,化學(xué)氣相沉積,分子束外延,1.3 表面工程現(xiàn)狀及趨勢(shì),

4、1.表面工程的發(fā)展概況,表面技術(shù)的歷史很久遠(yuǎn)！,表面科學(xué)與工程上世紀(jì)60年代末形成！,早期表面技術(shù),3000年前，陶器表面的釉的出現(xiàn),漢代青瓷、唐宋白瓷、元青花、明清五彩瓷器,春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的漆器！,兵馬俑中鍍鉻銅車(chē)馬！,早期長(zhǎng)劍、箭鏈的熱處理和滲碳！,表面工程的確立,上世紀(jì)60年代以來(lái)，形成了表面工程技術(shù)體系。,1983年，英國(guó)T.Bell教授提出表面工程的概念。,1983年，伯明翰大學(xué)沃福森表面工程研究所成立,1985年，表面工程國(guó)際刊物發(fā)行。,1986年，國(guó)際熱處理聯(lián)合會(huì)更名為國(guó)際熱處理及表面工程聯(lián)合會(huì)。,我國(guó)表面工程的發(fā)展,中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)于1987年建立了學(xué)會(huì)性質(zhì)的表面工程研究所。,1

5、988年出版了第一本中國(guó)的表面工程期刊。,1993年成立了中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)表面工程分會(huì)。,表面工程的三個(gè)階段,第一階段：?jiǎn)我槐砻娓男约夹g(shù)的增加、工藝成熟為特征！,第二階段：復(fù)合表面工程技術(shù)，1+12。,第三階段：納米表面工程，納米潤(rùn)滑、納米涂層、納米加工。,2.表面工程的意義 （1）社會(huì)生產(chǎn)生活需要 材料的疲勞、斷裂、磨損、腐蝕、氧化等一般都是從表面開(kāi)始的。 摩擦損失：美國(guó)200億美元，德國(guó)387億馬克，英國(guó)5億英鎊，我國(guó)GDP總值1.8%； 腐蝕損失：全世界1億噸，GDP2-4%；, 衣料的美觀、保暖、手感、抗靜電； 食品的色澤、保鮮、儲(chǔ)存、包裝； 新型建材、房屋裝修； 汽車(chē)的美觀、節(jié)油、低

6、噪聲離不開(kāi)滲透在摩擦副、活化劑、傳感器、電子儀表中的表面工程。 保護(hù)視力的鏡片、高級(jí)照相鏡頭、比天然品更美的鍍膜首飾、美觀舒適的墻體和地面裝飾、鍍膜玻璃、燈具和發(fā)光體、不粘附廚房用具。,（2）大幅度提高產(chǎn)品質(zhì)量 工程建筑中的構(gòu)件，機(jī)械裝備中的零部件以及工具、模具等，需要好的耐磨、耐蝕性和裝飾性。 電子電器產(chǎn)品需要表面成分和結(jié)構(gòu)得到嚴(yán)格的控制，同時(shí)進(jìn)行高精度的微細(xì)加工。 取決于表面性能的產(chǎn)品，表面性能好就可以做的很薄，用材少，經(jīng)濟(jì)節(jié)約。,（3）表面修復(fù) 機(jī)器的零部件因表面強(qiáng)度、硬度、耐磨性、耐蝕性等不足而逐漸磨損、剝落、銹蝕，產(chǎn)生失效。 表面技術(shù)進(jìn)行修復(fù)，不僅能修復(fù)尺寸精度，而且能恢復(fù)或提高表面

7、性能，使廢舊機(jī)件再生，經(jīng)濟(jì)價(jià)值客觀。 取決于表面性能的產(chǎn)品，表面性能好就可以做的很薄，用材少，經(jīng)濟(jì)節(jié)約。,（4）節(jié)能節(jié)材 表面工程技術(shù)大大降低了損失于腐蝕、磨損、疲勞的鋼鐵構(gòu)件、管道和設(shè)備的數(shù)量，延長(zhǎng)了建筑物、船舶、橋梁和機(jī)器的使用壽命。 金屬表面電解法熱鍍55Al-Zn合金，可提高材料耐蝕性、抗高溫氧化、抗SO2腐蝕，主要用于電氣鐵路承力鋼索、高速公路安全護(hù)欄和圍等。,（5）環(huán)境保護(hù)、可持續(xù)發(fā)展 表面技術(shù)制成的吸附劑，可以除去空氣、水、溶液中的有害成分，以及具有除臭、吸濕等作用。 氨基甲酸乙酰泡沫上涂覆鐵粉，經(jīng)燒結(jié)后成為除臭劑，用于冰箱、廚房、廁所、汽車(chē)內(nèi)。,1.4 表面工程應(yīng)用,1.航空航

8、天,航空航天：惡劣環(huán)境下的材料使用，需要表面工程技術(shù)。,航天高溫：大氣摩擦的高溫；當(dāng)速度達(dá)20馬赫時(shí)，頭部溫度可達(dá)8000-12000。 防護(hù)：高溫防護(hù)層。,航空涂層：隱身涂層，蒙皮、雷達(dá)罩、尾噴管、座艙都需要隱身涂層，例如氧化錫和氧化銦的摻雜半導(dǎo)體氧化物具有電磁隱身和紅外隱身的作用。,發(fā)動(dòng)機(jī)涂層：渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的熱障涂層抗熱腐蝕和抗燃油腐蝕。,2.汽車(chē)工業(yè),車(chē)身裝飾與防腐：神龍汽車(chē)采用電泳底漆、中間涂層、面漆三層涂層體系，具有防腐蝕、亮麗光澤。,鋼構(gòu)件耐磨：齒輪表面噴金屬鉬涂層提高耐磨性。 汽車(chē)模具：電刷鍍、復(fù)合鍍鎳，提高模具使用壽命，部件光潔度提高。,3.城市建設(shè),各種建筑物表面的漂亮裝飾

9、； 各種水、暖、煤氣管線(xiàn)的表面防護(hù)。,城市建設(shè)用的金屬材料、鋼構(gòu)件，對(duì)于南方城市老說(shuō)腐蝕是很?chē)?yán)重的，與早期相比我國(guó)鋼件腐蝕防護(hù)大大提高，防大氣腐蝕可達(dá)到25年。,4.家用電器,家電中的電飯鍋、煎鍋等常用含氟涂料具有耐熱、耐磨、防粘的性能。,各種家電的透明涂料、多彩涂料、閃光涂料、耐候涂料可以大大提高家電的檔次。,5.功能材料與器件,電學(xué)特性：薄膜電阻材料、薄膜導(dǎo)電材料、薄膜半導(dǎo)體、液晶顯示器的導(dǎo)電玻璃。,磁學(xué)特性：磁記錄材料（磁帶）、電磁屏蔽涂層！,光學(xué)特性：薄膜光致變色材料、防眩反射薄膜、太陽(yáng)能選擇吸收膜等。,聲學(xué)特性：吸聲涂層、高保真?zhèn)髀暎?化學(xué)特性：餐具鍍銀殺菌、鍍金剛石膜防菌等。,熱學(xué)特性：散熱涂層、耐熱涂層、吸熱涂層等！,功能轉(zhuǎn)換：薄膜太陽(yáng)能電池、電阻式溫度傳感器、薄膜加熱器等。,6.電子技術(shù),集成電路：特征尺寸亞微米的集成電路，摻雜通過(guò)需要離子注入，介質(zhì)層、導(dǎo)電層需要?dú)庀喑练e -集成電路就是表面技術(shù)的集合體。,光盤(pán)存儲(chǔ)：真空表面蒸發(fā)鍍膜技術(shù)！,7.其它工業(yè),冶金工業(yè)：軋輥堆焊或噴焊的耐磨涂層，高爐渣口、風(fēng)口的氧化鋁、氧化鋯耐熔融腐蝕的陶瓷涂層，加熱管、熱電偶保護(hù)管的復(fù)合陶瓷涂層。,電力工業(yè)：鍋爐管道的噴涂耐磨、耐蝕的Ni-Cr、Fe-Cr-AI合金，可使壽