表面工程學(xué)20160302

1、材料表面工程茶麗梅表面科學(xué)與技術(shù)表面科學(xué)與技術(shù)姚壽山，李戈揚(yáng)，胡文姚壽山，李戈揚(yáng)，胡文彬彬 編，機(jī)械工業(yè)出版社，編，機(jī)械工業(yè)出版社，20052005表面工程學(xué)表面工程學(xué)曾曉雁，吳懿平曾曉雁，吳懿平 主編主編 機(jī)械工業(yè)出版社，機(jī)械工業(yè)出版社， 20012001材料表面工程材料表面工程徐濱士，朱紹華，劉世參徐濱士，朱紹華，劉世參編著編著 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社， 20052005參考教材參考教材材料表面工程表面與界面的定義界面(Interface)：不同物質(zhì)之間，或同一物質(zhì)的不同聚集狀態(tài)之間的過(guò)渡區(qū)。兩相之間兩相之間的分界面。的分界面。表面(Surface)：凝聚相（固）與氣相

2、之間的界面。本課程特指固相與氣相之間的界面。 表面工程學(xué)的定義表面工程學(xué)的定義為滿足特定的工程需求，為滿足特定的工程需求，使使材料表面材料表面或零部件或零部件表面具有特殊的成分表面具有特殊的成分，結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)和性能和性能(或功能或功能)的化學(xué)，物理的化學(xué)，物理方法與方法與工藝。工藝。1. 1 表面工程學(xué)的定義與內(nèi)涵表面工程學(xué)的定義與內(nèi)涵1. 2 表面工程的特點(diǎn)與意義表面工程的特點(diǎn)與意義1. 3 表面工程技術(shù)的分類表面工程技術(shù)的分類第一節(jié)：表面工程技術(shù)發(fā)展必要性第一節(jié)：表面工程技術(shù)發(fā)展必要性1.1、表面受損現(xiàn)象、表面受損現(xiàn)象磨損、腐蝕、斷裂是機(jī)械零件工程構(gòu)建的三大主要磨損、腐蝕、斷裂是機(jī)械零件工程構(gòu)

3、建的三大主要破壞形式。前二者造成經(jīng)濟(jì)損失占很大比重。破壞形式。前二者造成經(jīng)濟(jì)損失占很大比重。磨磨損損美國(guó)：美國(guó)國(guó)家材料政策委員會(huì)向美國(guó)國(guó)美國(guó)：美國(guó)國(guó)家材料政策委員會(huì)向美國(guó)國(guó) 會(huì)提出的一份報(bào)告：會(huì)提出的一份報(bào)告： 摩擦磨損引起的損失摩擦磨損引起的損失10001000億美元億美元/ /年；年；德國(guó)：德國(guó)：19831983年，前聯(lián)邦德國(guó)調(diào)查，摩擦磨年，前聯(lián)邦德國(guó)調(diào)查，摩擦磨損損失損損失287287億馬克；億馬克；英國(guó)：摩擦磨損損失英國(guó)：摩擦磨損損失5150051500英鎊英鎊/ /年；年； 2009到2010年8僅僅四個(gè)月時(shí)間，豐田公司接連僅僅四個(gè)月時(shí)間，豐田公司接連爆出油門踏板、剎車等部件缺陷，爆

4、出油門踏板、剎車等部件缺陷，先后宣布在全球范圍內(nèi)召回多款先后宣布在全球范圍內(nèi)召回多款車輛合計(jì)車輛合計(jì) 850 萬(wàn)輛。萬(wàn)輛。 豐田汽車上月在美國(guó)銷量下降豐田汽車上月在美國(guó)銷量下降16%，召回的直接損失高達(dá)，召回的直接損失高達(dá)20億億美金，有分析師表示，豐田汽車美金，有分析師表示，豐田汽車公司需要承擔(dān)幾十起訴訟費(fèi)用，公司需要承擔(dān)幾十起訴訟費(fèi)用，未來(lái)一年其財(cái)務(wù)方面的損失總計(jì)未來(lái)一年其財(cái)務(wù)方面的損失總計(jì)可能超過(guò)可能超過(guò)50億美元。億美元。豐田汽車的召回門豐田汽車的召回門928,000,000,000 $ - 0.02 $腐蝕腐蝕全世界每年生產(chǎn)的鋼鐵約有全世界每年生產(chǎn)的鋼鐵約有10因腐蝕而變?yōu)殍F銹，大約

5、因腐蝕而變?yōu)殍F銹，大約30的機(jī)電設(shè)備因此而的機(jī)電設(shè)備因此而損壞。由于金屬的腐蝕造成的直接經(jīng)濟(jì)損失約占國(guó)民生產(chǎn)總值的損壞。由于金屬的腐蝕造成的直接經(jīng)濟(jì)損失約占國(guó)民生產(chǎn)總值的 2-4 %四川省宜賓市城區(qū)的南門大橋四川省宜賓市城區(qū)的南門大橋鋼鐵鋼鐵生銹生銹造成大橋造成大橋斷裂斷裂！斷裂斷裂腐蝕和磨損均是腐蝕和磨損均是發(fā)生于機(jī)件表面發(fā)生于機(jī)件表面的材料流失過(guò)程，的材料流失過(guò)程，其他形式的失效其他形式的失效過(guò)程有許多也是過(guò)程有許多也是從表面開始從表面開始延緩和延緩和控制表控制表面破壞面破壞的方法的方法促進(jìn)促進(jìn)了表了表面工面工程學(xué)程學(xué)的發(fā)的發(fā)展與展與形成形成1.1、表面工程技術(shù)發(fā)展必要性、表面工程技術(shù)發(fā)展

6、必要性1.2、表面工程學(xué)的研究范圍、表面工程學(xué)的研究范圍表面工程學(xué)圍繞表面工程學(xué)圍繞腐蝕腐蝕、摩擦與磨損摩擦與磨損和和功能特性功能特性（聲，光，磁，電的轉(zhuǎn)換）等因素，是多學(xué)科（聲，光，磁，電的轉(zhuǎn)換）等因素，是多學(xué)科交叉、綜合，以復(fù)合系統(tǒng)為特色，逐步發(fā)展的交叉、綜合，以復(fù)合系統(tǒng)為特色，逐步發(fā)展的新興學(xué)科，以新興學(xué)科，以“表面表面” “界面界面”為研究核心。為研究核心。1.3、表面工程學(xué)的內(nèi)涵、表面工程學(xué)的內(nèi)涵表面改性技術(shù)；表面改性技術(shù)；1表面合成材料技術(shù)；表面合成材料技術(shù)；3表面加工技術(shù)；表面加工技術(shù)；2u提高耐磨性、耐蝕性、抗高溫氧化性能、裝提高耐磨性、耐蝕性、抗高溫氧化性能、裝飾性，或具有特

7、殊功能（如電性能、磁性能和飾性，或具有特殊功能（如電性能、磁性能和光電性能等）光電性能等）u能夠在材料表面加工或制作各種功能結(jié)構(gòu)元能夠在材料表面加工或制作各種功能結(jié)構(gòu)元器件的有關(guān)技術(shù)。如光刻技術(shù)、離子刻蝕技術(shù)器件的有關(guān)技術(shù)。如光刻技術(shù)、離子刻蝕技術(shù)等等 表面加工三維合成技術(shù)；表面加工三維合成技術(shù)；4u即借助各種手段在材料表面合成新材料的技即借助各種手段在材料表面合成新材料的技術(shù)，如納米粒子制備過(guò)程中的表面工程技術(shù)、術(shù)，如納米粒子制備過(guò)程中的表面工程技術(shù)、離子注入等離子注入等u快速成型制造快速成型制造上述幾個(gè)要點(diǎn)的組合或綜合；上述幾個(gè)要點(diǎn)的組合或綜合；5內(nèi)涵擴(kuò)展內(nèi)涵擴(kuò)展表面工程技術(shù)所涉及的基材包

8、括幾乎所有的工表面工程技術(shù)所涉及的基材包括幾乎所有的工程材料，如金屬、陶瓷、半導(dǎo)體材料、高分子程材料，如金屬、陶瓷、半導(dǎo)體材料、高分子材料、混凝土、木材和各類復(fù)合材料等，所涉材料、混凝土、木材和各類復(fù)合材料等，所涉及的工藝方法數(shù)以百計(jì)，各具特點(diǎn)。及的工藝方法數(shù)以百計(jì)，各具特點(diǎn)。經(jīng)過(guò)內(nèi)涵擴(kuò)展以后的表面工程技術(shù)，由單純經(jīng)過(guò)內(nèi)涵擴(kuò)展以后的表面工程技術(shù)，由單純的表面改性擴(kuò)展到表面加工和合成新材料等的表面改性擴(kuò)展到表面加工和合成新材料等領(lǐng)域，涵蓋領(lǐng)域，涵蓋材料科學(xué)、物理、化學(xué)、冶金、材料科學(xué)、物理、化學(xué)、冶金、機(jī)械、電子與生物機(jī)械、電子與生物等領(lǐng)域，成為新型的、名等領(lǐng)域，成為新型的、名副其實(shí)的交叉學(xué)科。

9、副其實(shí)的交叉學(xué)科。1.4、學(xué)習(xí)本課程的目的和要求、學(xué)習(xí)本課程的目的和要求1. 學(xué)習(xí)掌握表面工程技術(shù)的基本理論和基本特學(xué)習(xí)掌握表面工程技術(shù)的基本理論和基本特點(diǎn)。點(diǎn)。2. 能夠根據(jù)工程的需要選擇相應(yīng)的表面工程技能夠根據(jù)工程的需要選擇相應(yīng)的表面工程技術(shù)或幾種技術(shù)的組合，選擇所用材料和制定術(shù)或幾種技術(shù)的組合，選擇所用材料和制定最佳工藝，解決工程問(wèn)題。最佳工藝，解決工程問(wèn)題。3. 具備基本的研究與開發(fā)表面工程新技術(shù)的能具備基本的研究與開發(fā)表面工程新技術(shù)的能力。力。3）兼有裝飾和防護(hù)功能；）兼有裝飾和防護(hù)功能；4）化學(xué)氣相沉積，物理氣相沉積，掩模，光刻等表面）化學(xué)氣相沉積，物理氣相沉積，掩模，光刻等表面薄

10、膜沉積技術(shù)和表面細(xì)微加工是制造大規(guī)模集成電薄膜沉積技術(shù)和表面細(xì)微加工是制造大規(guī)模集成電路的基礎(chǔ)；路的基礎(chǔ)；5）生成型制造法是以表面加工為基礎(chǔ)；）生成型制造法是以表面加工為基礎(chǔ)； 1 1）作用于表面，對(duì)基材組織與性能影響不大；）作用于表面，對(duì)基材組織與性能影響不大； 2 2）采用表面技術(shù)替代整體合金化；）采用表面技術(shù)替代整體合金化；第二節(jié)第二節(jié) 表面工程的特點(diǎn)與意義表面工程的特點(diǎn)與意義6）可以在表面制備整體合金化難以做到的特殊性能合）可以在表面制備整體合金化難以做到的特殊性能合金金。第三節(jié)第三節(jié) 表面工程技術(shù)的分類表面工程技術(shù)的分類按學(xué)科特點(diǎn)：按學(xué)科特點(diǎn)： 1 1）表面合金化技術(shù)）表面合金化技術(shù) u利用外來(lái)元素與基材元素相混合，形成成分不同于基材和添利用外來(lái)元素與基材元素相混合，形成成分不同于基材和添加材料的表面新材料。加材料的表面新材料。噴焊、堆焊、離子注入、激光熔覆、熱滲鍍。噴焊、堆焊、離子注入、激光熔覆、熱滲鍍。 2 2）表面覆蓋和覆膜技術(shù)）表面覆蓋和覆膜技術(shù)3）表面組織轉(zhuǎn)化）表面組織轉(zhuǎn)化u不改變基材的成分，利用外加涂層或鍍層的性能使基材不改變基材的成分，利用外加涂層或鍍層的性能使基材表面性能優(yōu)化。表面性能優(yōu)化。熱噴鍍、電鍍、化學(xué)轉(zhuǎn)