表面工程學(xué)課件-全

1、PAGE PAGE 目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc259563501 第一章 緒論 PAGEREF _Toc259563501 h 3 HYPERLINK l _Toc259563502 第一節(jié) 表面工程學(xué)的定義和內(nèi)涵 PAGEREF _Toc259563502 h 3 HYPERLINK l _Toc259563503 第二節(jié) 表面工程技術(shù)的特點與意義 PAGEREF _Toc259563503 h 9 HYPERLINK l _Toc259563504 第三節(jié) 表面工程技術(shù)的分類 PAGEREF _Toc259563504 h 10 HYPERLI

2、NK l _Toc259563505 第二章 表面工程技術(shù)的物理、化學(xué)基礎(chǔ) PAGEREF _Toc259563505 h 17 HYPERLINK l _Toc259563506 第一節(jié) 固體的表面與界面 PAGEREF _Toc259563506 h 17 HYPERLINK l _Toc259563507 第二節(jié) 材料磨損原理及其耐磨性 PAGEREF _Toc259563507 h 31 HYPERLINK l _Toc259563508 第三節(jié) 金屬腐蝕原理與防護技術(shù) PAGEREF _Toc259563508 h 35 HYPERLINK l _Toc259563509 第三章 表

3、面工程技術(shù)的預(yù)處理工藝與作業(yè)環(huán)境 PAGEREF _Toc259563509 h 54 HYPERLINK l _Toc259563510 第一節(jié) 表面預(yù)處理工藝 PAGEREF _Toc259563510 h 54 HYPERLINK l _Toc259563511 第二節(jié) 表面工程技術(shù)的作業(yè)環(huán)境 PAGEREF _Toc259563511 h 69 HYPERLINK l _Toc259563512 第四章 表面淬火和表面形變強化技術(shù) PAGEREF _Toc259563512 h 72 HYPERLINK l _Toc259563513 第一節(jié) 表面淬火技術(shù)的原理與特點 PAGEREF

4、_Toc259563513 h 72 HYPERLINK l _Toc259563514 第二節(jié) 感應(yīng)加熱表面淬火 PAGEREF _Toc259563514 h 72 HYPERLINK l _Toc259563515 第三節(jié) 火焰加熱表面淬火 PAGEREF _Toc259563515 h 75 HYPERLINK l _Toc259563516 第四節(jié) 激光淬火與電子束淬火技術(shù) PAGEREF _Toc259563516 h 75 HYPERLINK l _Toc259563517 第五節(jié) 電阻加熱表面淬火技術(shù) PAGEREF _Toc259563517 h 78 HYPERLINK l

5、 _Toc259563518 第五章 熱滲鍍 PAGEREF _Toc259563518 h 80 HYPERLINK l _Toc259563519 第一節(jié) 概述及方法 PAGEREF _Toc259563519 h 80 HYPERLINK l _Toc259563520 第二節(jié) 滲鍍原理 PAGEREF _Toc259563520 h 83 HYPERLINK l _Toc259563521 第六章 熱噴涂、噴焊與堆焊技術(shù) PAGEREF _Toc259563521 h 95 HYPERLINK l _Toc259563522 第一節(jié) 熱噴涂技術(shù) PAGEREF _Toc25956352

6、2 h 95 HYPERLINK l _Toc259563523 第二節(jié) 熱噴焊的工藝與特點 PAGEREF _Toc259563523 h 113 HYPERLINK l _Toc259563524 第三節(jié) 堆焊工藝及特點 PAGEREF _Toc259563524 h 115 HYPERLINK l _Toc259563525 第七章 電 鍍 PAGEREF _Toc259563525 h 118 HYPERLINK l _Toc259563526 第一節(jié) 電鍍專業(yè)術(shù)語 PAGEREF _Toc259563526 h 118 HYPERLINK l _Toc259563527 第二節(jié) 概述

7、 PAGEREF _Toc259563527 h 121 HYPERLINK l _Toc259563528 第三節(jié) 常見單金屬電鍍 PAGEREF _Toc259563528 h 127 HYPERLINK l _Toc259563529 第四節(jié) 合金電鍍 PAGEREF _Toc259563529 h 141 HYPERLINK l _Toc259563530 第五節(jié) 復(fù)合電鍍 PAGEREF _Toc259563530 h 143 HYPERLINK l _Toc259563531 第六節(jié) 塑料及其它非金屬電鍍 PAGEREF _Toc259563531 h 150 HYPERLINK

8、l _Toc259563532 第七節(jié) 電鑄技術(shù) PAGEREF _Toc259563532 h 152 HYPERLINK l _Toc259563533 第八節(jié) 化學(xué)鍍 PAGEREF _Toc259563533 h 155 HYPERLINK l _Toc259563534 第九節(jié) 其它鍍覆方法 PAGEREF _Toc259563534 h 164 HYPERLINK l _Toc259563535 第八章 金屬表面轉(zhuǎn)化膜技術(shù) PAGEREF _Toc259563535 h 169 HYPERLINK l _Toc259563536 第一節(jié) 概述 PAGEREF _Toc2595635

9、36 h 169 HYPERLINK l _Toc259563537 第二節(jié) 磷化 PAGEREF _Toc259563537 h 170 HYPERLINK l _Toc259563538 第三節(jié) 鈍化 PAGEREF _Toc259563538 h 173 HYPERLINK l _Toc259563539 第四節(jié) 化學(xué)氧化 PAGEREF _Toc259563539 h 175 HYPERLINK l _Toc259563540 第五節(jié) 鋁和鋁合金陽極氧化 PAGEREF _Toc259563540 h 179 HYPERLINK l _Toc259563541 第六節(jié) 鎂合金的陽極氧化

10、 PAGEREF _Toc259563541 h 185 HYPERLINK l _Toc259563542 第七節(jié) 鈦合金的陽極氧化 PAGEREF _Toc259563542 h 185 HYPERLINK l _Toc259563543 第八節(jié) 等離子體微弧氧化 PAGEREF _Toc259563543 h 186 HYPERLINK l _Toc259563544 第九節(jié) 著色技術(shù) PAGEREF _Toc259563544 h 187 HYPERLINK l _Toc259563545 第九章 涂裝技術(shù) PAGEREF _Toc259563545 h 188 HYPERLINK l

11、 _Toc259563546 第一節(jié) 涂料的基本組成及其作用 PAGEREF _Toc259563546 h 188 HYPERLINK l _Toc259563547 第二節(jié) 涂料成膜機理 PAGEREF _Toc259563547 h 190 HYPERLINK l _Toc259563548 第三節(jié) 涂裝工藝與裝備 PAGEREF _Toc259563548 h 192 HYPERLINK l _Toc259563549 第四節(jié) 幾種典型產(chǎn)品涂裝 PAGEREF _Toc259563549 h 208第一章 緒論第一節(jié) 表面工程學(xué)的定義和內(nèi)涵表面問題是一個古老的問題。早在二十多年以前，所

12、有固體物理的研究均假設(shè)材料是無窮大的，沒有表面，拋開表面問題來研究材料，說明表面有其特殊的復(fù)雜性。美國材料界有“上帝創(chuàng)造了物質(zhì)、魔鬼給了一個表面”之說，可見表面問題是比較困難的。表面現(xiàn)象和表面過程是自然界中普遍存在的，也是人們?nèi)粘Ｉ顣r時刻刻直接面對的。廣義地說，表面科學(xué)與技術(shù)是研究表面現(xiàn)象和表面過程并為人類造?；虮蝗藗兝玫目茖W(xué)技術(shù)。表面技術(shù)增多之后，呼喚著理論上的創(chuàng)新，要求對表面、界面、基體之間的相互關(guān)系有深刻的認(rèn)識，要求對表面失效原理、表面技術(shù)、涂覆層性能、表面技術(shù)設(shè)計、涂覆層材料、預(yù)處理與后加工、表面檢測、表面質(zhì)量控制、使用壽命評估、表面施工管理、技術(shù)經(jīng)濟分析、三廢處理等各環(huán)節(jié)上的問題

13、進行綜合系統(tǒng)的研究。在新的實踐和新的形勢下，表面工程作為一個綜合、完整的概念而被提出，并建立了相應(yīng)的學(xué)科體系，從而指導(dǎo)著表面工程的迅速發(fā)展。表面工程是在表面物理、表面化學(xué)和固體力學(xué)的理論基礎(chǔ)上融匯了現(xiàn)代摩擦學(xué)、腐蝕與防護、材料學(xué)、焊接學(xué)、電子學(xué)、自動控制、無損檢測以及環(huán)境工程等有關(guān)成果而發(fā)展起來的。表面工程涉及的學(xué)科領(lǐng)域十分寬廣，已形成了一個巨大的技術(shù)體系。表面工程最大的優(yōu)勢是能夠以多種方法制備出優(yōu)于基體材料性能的表面功能薄層，該薄層厚度一般從幾十微米到幾毫米，僅是工件整體厚度的幾百分之一或幾十分之一。但卻使工件具有比基體材料更高的耐磨性、抗腐蝕性和耐高溫性能。采用表面工程措施的費用一般只占產(chǎn)

14、品價格的510，卻可以大幅度地提高產(chǎn)品的性能及附加值，從而獲得更高的利潤。由于表面工程在節(jié)能、節(jié)材方面的顯著功效，發(fā)展表面工程已經(jīng)成為我國落實可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要技術(shù)措施之一。一、現(xiàn)代表面工程技術(shù)的作用現(xiàn)代表面工程技術(shù)在國民經(jīng)濟中起著不可估量的作用。表面工程技術(shù)是人類進步的里程碑，是尖端技術(shù)發(fā)展的基本條件，國民經(jīng)濟依賴于它的開發(fā)與應(yīng)用。它促進和推動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進步，并引起產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變化，是知識密集、技術(shù)密集的新產(chǎn)業(yè)。 我國的堆焊與表面工程在發(fā)展歷程中始終堅持科學(xué)研究、學(xué)術(shù)交流、生產(chǎn)應(yīng)用之間緊密結(jié)合、相互促進的原則，推動了科學(xué)技術(shù)進步，并解決了許多工程中的技術(shù)難題。我國研制開發(fā)的熱成型部件堆焊

15、材料既具有良好的耐磨性，又有優(yōu)良的耐冷熱疲勞性能。用該材料堆焊的產(chǎn)品比用傳統(tǒng)的3Cr2W8堆焊的產(chǎn)品壽命提高1.5倍以上，成品率提高3040，該技術(shù)已在寶鋼、鞍鋼、重鋼、太鋼、濟鋼等大中型冶金企業(yè)推廣應(yīng)用，有力推動了我國熱成型部件復(fù)合制造技術(shù)的發(fā)展，并使大量報廢的部件得以修復(fù)利用，經(jīng)濟效益巨大，并節(jié)省大量外匯。在我國南海運行的船舶，由于高溫、高鹽霧、高濕、高日照導(dǎo)致腐蝕嚴(yán)重，工作5年鋼板更換率達到2050。全軍裝備維修表面工程研究所于1993年采用電弧噴涂技術(shù)對工作條件苛刻的船舶鋼結(jié)構(gòu)進行了電弧噴涂防腐技術(shù)綜合處理。經(jīng)8年多的使用考核，證明這種方法顯著提高了鋼結(jié)構(gòu)的防腐性能。經(jīng)實驗室模擬實驗和

16、科學(xué)測算，維修后的鋼結(jié)構(gòu)耐蝕壽命可提高到15年以上。而后，電弧噴涂技術(shù)又在新建的多艘船舶上得到應(yīng)用，將熱噴涂技術(shù)直接用于船舶的制造工藝，在我國造船史上尚屬首次。長江三峽工程，與其說是土木工程，不如說是鋼鐵工程，在大壩全長2309.47m中鋼鐵結(jié)構(gòu)閘門就占全長的72。在三峽工程中，所有機械設(shè)備、金屬結(jié)構(gòu)、水工閘門以及隧洞、橋梁、公路、碼頭、儲運設(shè)備都離不開表面工程。在國家科技攻關(guān)項目，如“六五”、“七五”、“八五”和“九五”攻關(guān)項目的安排上以及三峽工程重新論證和設(shè)計審查中，表面工程的應(yīng)用始終是一項研究和討論的重要課題之一。從表面技術(shù)和涂覆材料的選擇、噴涂工藝的制定到表面電化學(xué)保護等，都在三峽重大

17、裝備研制項目中占有重要地位。徐濱士院士曾于1999年8月到三峽工地進行調(diào)研，向三峽施工指揮部和中國工程院提出了推廣高速電弧噴涂技術(shù)并將有污染的噴鋅技術(shù)換為既無污染又能降低成本的噴鋁及鋁稀土合金技術(shù)的建議，受到了有關(guān)方面的重視。西陵長江大橋和汕頭海灣大橋都是懸索式結(jié)構(gòu)，這種懸索式的特點是在橋的兩端分別建立兩個約100米高的橋墩，在橋墩上放置兩塊平面鋼板稱為鞍座底板，鞍座底板上放置兩排懸索鞍座，再把兩條主纜分別架在兩排懸索鞍座上，然后在兩條主纜上吊掛橋梁板。在建橋的過程中，為了力的平衡，需要多次縱向推移懸索鞍座，由于整橋上萬噸重量全部加在懸索鞍座上，使懸索鞍座對底座形成了很大的正壓力，這就給縱向推

18、移帶來了很大的困難，為了減少縱向推力，唯一的辦法就是降低懸鞍座與鞍座底板摩擦副的摩擦因數(shù)。國外的辦法是在摩擦副間加上幾千枚滾針，把滑動摩擦改為滾動摩擦，這樣可以減少摩擦阻力，從而減少縱向推移力。但是這種辦法給制造工藝增加了難度，首先要對每件幾十噸重的懸索鞍座和鞍座底板進行熱處理，保證摩擦表面的機械性能。其次，要對摩擦副表面和滾針進行精加工。我國目前的加工能力和水平很難保證摩擦副表面及數(shù)千枚滾針的尺寸精度和幾何形狀精度。向國外訂購整件或委托加工，價格都十分昂貴。在這種情況下，全軍裝備維修表面工程研究中心成功地采用了表面工程技術(shù)方案，在懸索鞍座和鞍座底板上制備出復(fù)合減摩表面涂層，以減少摩擦副的摩擦

19、因數(shù)，從而顯著降低縱向推力。這種方案是表面工程在橋梁建設(shè)上的一次創(chuàng)新應(yīng)用，在國內(nèi)外建橋史上均為首次，它不僅有效減少了摩擦副的摩擦因數(shù)，而且降低了對大型懸索鞍座及鞍座底板的制造工藝要求，還節(jié)約了大批經(jīng)費，保證了大橋順利建成通車?？偨Y(jié)1、表面工程以其學(xué)科的綜合性、手段的多樣性、廣泛的功能性、潛在的創(chuàng)新性、環(huán)境的保護性、很強的實用性和巨大的增效性而受到各行各業(yè)的重視。2、現(xiàn)代工業(yè)對機電產(chǎn)品提出的能在高溫、高速、重載、腐蝕介質(zhì)、惡劣環(huán)境下可靠持續(xù)地工作以及一些力、熱、聲、光、電、磁等特異功能是牽動堆焊與表面工程迅速發(fā)展的動力。3、環(huán)境保護的緊迫性是促進表面工程迅速發(fā)展的時代要求。今后表面工程的研發(fā)一定

20、要增強環(huán)保意識，貫徹可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。4、現(xiàn)代科技成果為表面工程的發(fā)展提供了技術(shù)支撐。表面工程的發(fā)展一定要堅持學(xué)科的交叉、技術(shù)的復(fù)合、應(yīng)用的綜合和系統(tǒng)的優(yōu)化。5、下列發(fā)明創(chuàng)造對堆焊與表面工程的發(fā)展具有原始創(chuàng)新的意義：能源轉(zhuǎn)換形式的創(chuàng)新（如電弧、等離子弧、激光束、電子束、離子束、微波、超聲等）；金屬或非金屬元素沉積形式的創(chuàng)新（如電沉積、化學(xué)沉積、噴涂沉積、化學(xué)和物理氣相沉積、熱滲擴散等）；新材料的創(chuàng)新（如新型合金、金屬間化合物、新型有機材料、納米材料等）；材料的制備與加工成形一體化的創(chuàng)新（如運用粉芯焊絲通過堆焊與表面工程手段動態(tài)形成新型合金涂覆層。通過改進機油添加劑使運行過程中的零件表面自行、原位

21、修復(fù)等）。6、要根據(jù)技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)應(yīng)用的實踐，結(jié)合時代要求堅持理論創(chuàng)新、用于指導(dǎo)表面工程的深入發(fā)展。當(dāng)前，要以全壽命周期設(shè)計和管理為指導(dǎo)，研究機件新品表面的一次服役性能和再制造、修理后的二次服役性能；要深入探討表面、界面與基體之間的關(guān)系，研究表面強化、表面改性的機理；要發(fā)展表面工程方面的實驗技術(shù)和計算機模擬仿真技術(shù)。二、表面工程的進展 當(dāng)前表面工程發(fā)展非常迅速，也非?；钴S。其原因是，第一，現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展對機電產(chǎn)品提出了更高的要求，高溫、高壓、高速、重載以及腐蝕介質(zhì)、惡劣工況下可靠而持續(xù)地工作，表面工程為實現(xiàn)這些要求大顯身手。第二是相關(guān)的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展為表面工程注入了活力，提供了支撐。如高分子

22、材料和納米材料的發(fā)展，激光束、離子束、電子束三種高能量密度熱源的實用化等，都大大拓寬了表面工程的應(yīng)用領(lǐng)域，豐富了表面工程的功能，提高了表面處理的質(zhì)量。第三是表面工程適合我國國情，能大量節(jié)約能源、資源，體現(xiàn)了科技盡快轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的要求，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。1、復(fù)合表面工程復(fù)合表面工程包括多種表面工程技術(shù)的復(fù)合和不同材料的復(fù)合兩種形式。 1.1多種表面工程技術(shù)的復(fù)合能夠形成新的涂層體系，并建立表面工程新領(lǐng)域。單一的表面工程技術(shù)由于其固有的局限性，往往不能滿足日益苛刻的工況條件的要求。綜合運用兩種或多種表面工程技術(shù)的復(fù)合表面工程技術(shù)通過最佳協(xié)同效應(yīng)獲得了“1十12”的效果，解決了一系列高新技術(shù)發(fā)展中

23、特殊的工程技術(shù)難題。目前，復(fù)合表面工程技術(shù)的研究和應(yīng)用已取得了重大進展，如熱、噴涂與激光重熔的復(fù)合、熱噴涂與刷鍍的復(fù)合、化學(xué)熱處理與電鍍的復(fù)合、表面強化與噴丸強化的復(fù)合、表面強化與固體潤滑層的復(fù)合、多層薄膜技術(shù)的復(fù)合、金屬材料基體與非金屬材料涂層的復(fù)合等，復(fù)合技術(shù)使本體材料的表面薄層具有了更加卓越的性能。復(fù)合表面工程技術(shù)將在新世紀(jì)中不斷得到發(fā)展，今后將根據(jù)產(chǎn)品的需要進一步綜合研究運用各種表面工程技術(shù)綜合或復(fù)合以達到最佳的優(yōu)化效果。1.2不同材料的復(fù)合單一結(jié)構(gòu)涂層越來越難以滿足目前日益提高的對材料性能的要求。復(fù)合涂層不但具有單一結(jié)構(gòu)涂層所具備的性能，還因復(fù)合材料的不同而獲得特殊性能或具有多功能的

24、性能涂層，從而使復(fù)合涂層的研究和應(yīng)用日益增多。目前，由各種材料復(fù)合獲得的復(fù)合涂層種類主要有：金屬基陶瓷復(fù)合涂層、陶瓷復(fù)合涂層、多層復(fù)合涂層、梯度功能復(fù)合涂層等。例如，Al是具有較好抗腐蝕性能的涂層材料，但純Al涂層的抗磨性差。通過在Al中添加硬質(zhì)陶瓷相可顯著提高其耐磨性能。因此可在Al金屬中添加AlN、Al203、SiC、TiC等獲得金屬基復(fù)合涂層(MMCs)，其中添加A1203，價格最低和與A1基體潤濕性最好。這類金屬基復(fù)合涂層可以通過等離子噴涂復(fù)合粉或電弧噴涂粉芯絲材獲得。而應(yīng)用粉芯絲材制備MMC涂層具有更多的優(yōu)點：它便于調(diào)整化學(xué)成分，適合特殊應(yīng)用；可以與現(xiàn)存等離子技術(shù)粉末指標(biāo)匹配；對難以

25、拉絲的材料可制成粉芯絲材；與旋轉(zhuǎn)流動的等離子體噴射粉末方法相比，可以產(chǎn)生更為均勻、一致的元素混合；噴涂設(shè)備費用為等離子技術(shù)的15，運行費用為等離子技術(shù)的19。例如，全軍裝備維修表面工程研究中心新近開發(fā)出一種抗腐蝕、防滑的高速電弧噴涂A1基Al203復(fù)合涂層粉芯材料，該材料獲得的復(fù)合涂層在具有優(yōu)異的防腐性能的同時，還具有顯著的抗磨和防滑性能，應(yīng)用于艦船甲板的防滑具有顯著的效果。此外，在Al基中添加SiC，涂層硬度可顯著提高，復(fù)合涂層的抗磨性比添加Al203涂層的抗磨性高35，且可改善涂層的導(dǎo)熱性。再如，金屬間化合物及其復(fù)合材料具有優(yōu)越的高溫強度和抗氧化性。然而，其室溫脆性及難以成形加工等嚴(yán)重制約

26、了此類材料的應(yīng)用，另外單一金屬間化合物硬度和抗磨損性必須通過加入硬質(zhì)陶瓷復(fù)合相得到改善以適應(yīng)高負(fù)荷、高溫部件對抗磨性的要求。熱噴涂技術(shù)是制備金屬間化合物及其復(fù)合材料的一種新的凈成形工藝，具有獨特優(yōu)點，如可有效解決室溫加工困難問題，冷卻速度快，能產(chǎn)生細(xì)小的等軸晶，能充分發(fā)揮細(xì)小粒子的強化作用，可改善增強顆粒與基體間的潤濕性，對改善高溫環(huán)境下金屬間化合物合金性能將具有廣闊的應(yīng)用前景。例如：Tsunekawa等通過單元素粉末Ti(或Fe)和A1并加入SiC、TiB2或WC顆粒，用脈沖等離子噴涂法合成金屬間基體化合物復(fù)合涂層TiAlSiC，TiB。此外，全軍裝備維修表面工程研究中心新近開發(fā)出一種能在高

27、速電弧噴涂過程中。動態(tài)生成Fe3A1金屬間化合物基Fe3A1WC復(fù)合涂層。結(jié)果表明，該涂層結(jié)構(gòu)致密，具有良好的高溫抗沖蝕磨損性能，是未來應(yīng)用于鍋爐管道防腐和抗高溫沖蝕的復(fù)合涂層材料。2、納米表面工程隨著工業(yè)產(chǎn)品的發(fā)展，材料在特殊工況如超高溫、低溫、超高壓、高真空、強輻射、強氧化還原環(huán)境等條件下服役的情況越來越多，為了提高產(chǎn)品性能還對機電產(chǎn)品的表面提出了磁學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)等方面的新要求。納米科技為解決這些問題提供了新的思路和手段，因此，基于納米技術(shù)的納米表面工程應(yīng)運而生，被專家稱為第三代表面工程技術(shù)。與傳統(tǒng)表面工程相比，納米表面工程的特點是：取決于基體性能和功能的因素被弱化，表面處理、改性和

28、功能化的自由度擴大，表面加工技術(shù)的作用會更加突出，產(chǎn)品的附加值也會更高。納米表面工程是以納米材料（或其他低維非平衡材料）和納米加工技術(shù)為基礎(chǔ)，通過特定的加工技術(shù)、組裝方法，使材料表面納米化、納米結(jié)構(gòu)化或功能化，從而使材料表面得以強化、改性，或賦予表面新功能的系統(tǒng)工程。納米表面工程是以納米材料和其它低維非平衡材料為基礎(chǔ)，通過特定的加工技術(shù)或手段，對固體表面進行強化、改性、超精細(xì)加工或賦予表面新功能的系統(tǒng)工程。納米表面工程的科學(xué)問題主要有兩個：一是材料的表面改性、界面和非平衡條件下低維材料的結(jié)構(gòu)與行為；二是宏觀、介觀與微觀的一體化研究，包括“尺度問題”和“表面問題”兩個方面。從1997年開始，全軍

29、裝備維修表面工程研究中心在國內(nèi)首先提出了“納米表面工程”的概念，并開展了納米粉末表面工程的研究工作，主要包括：納米粘接劑技術(shù)、納米電刷鍍技術(shù)、納米添加劑技術(shù)、納米固體潤滑干膜技術(shù)、納米熱噴涂技術(shù)和納米涂料技術(shù)等。其中，前4項納米技術(shù)已投入或準(zhǔn)備投入工業(yè)應(yīng)用，對新世紀(jì)表面工程的發(fā)展具有重要的推動作用。但是，如何充分利用這些材料，如何發(fā)揮出納米材料的優(yōu)異性能是亟待解決的問題。然而，最有可能從納米材料中獲益的是通過熱激活方法沉積涂覆層的工藝。熱噴涂法制備納米級晶粒涂層主要優(yōu)點是適應(yīng)性和費用的可行性，這有可能很快導(dǎo)致納米級晶粒材料工業(yè)應(yīng)用的實現(xiàn)。例如，有關(guān)納米組織WC12Co和WC15Co涂層熱噴涂過

30、程的研究顯示出良好的發(fā)展前景，在涂層組織中可以觀察到，納米級微粒散布于非晶態(tài)富Co相中，結(jié)合良好，涂層顯微硬度明顯增加。研究表明，納米涂層具有極好的抗晶粒長大的熱穩(wěn)定性。此外，美國納米材料公司應(yīng)用獨有的水溶性納米粉體合成技術(shù)制備納米粉，再通過特殊粘結(jié)處理形成噴涂粉，用等離子噴涂方法獲得了納米結(jié)構(gòu)的A1203Ti02涂層，該涂層繳密度達9598，結(jié)合強度比商用粉末涂層提高23倍，杯凸試驗比商用粉末涂層提高約4倍，磨粒磨損抗力是商用粉末涂層的3倍，彎曲試驗比商用粉末涂層提高23倍，表明納米結(jié)構(gòu)涂層具有很好的性能。在理論研究與實踐應(yīng)用的基礎(chǔ)上，“納米表面工程”應(yīng)運而生。 發(fā)展納米表面工程的重要意義在

31、于2.1 表面工程能夠提升產(chǎn)品性能納米表面工程技術(shù)在制備功能薄膜方面具有廣闊前景。功能薄膜包括超導(dǎo)薄膜、磁性薄膜、光電薄膜等。隨著納米材料研究的深入，具有力、熱、聲、電、磁等特異性能的許多低維、小尺寸、功能化的納米結(jié)構(gòu)薄膜能夠顯著改善材料的組織結(jié)構(gòu)或賦予產(chǎn)品新的性能。這是傳統(tǒng)表面工程技術(shù)所無法比擬的。納米表面工程制備的功能薄膜在電學(xué)、電子學(xué)、光學(xué)、光電子學(xué)、熱學(xué)、化學(xué)（催化）、生物學(xué)等方面具有特殊的性能，成為提升產(chǎn)品性能的重要手段。2.2 表面工程能夠提高產(chǎn)品質(zhì)量運用納米表面工程技術(shù)修復(fù)和強化零件表面，賦予零件表面耐高溫、防腐蝕、耐磨損、抗疲勞、防輻射的性能，這層表面材料與制作部件的整體材料相

32、比，厚度薄，體積小，但卻承載著工作部件的重要功能。從事機電產(chǎn)品設(shè)計及制造廠家及時掌握納米表面工程的進展，就可以使自己的產(chǎn)品質(zhì)量提高并迅速占領(lǐng)市場。2.3 納米表面工程技術(shù)是解決修復(fù)與再制造難題的關(guān)鍵技術(shù)表面工程和納米表面工程技術(shù)是再制造工程的重要技術(shù)基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)，能夠解決許多過去不能解決的維修難題。綠色再制造工程是一個以產(chǎn)品全壽命周期管理為指導(dǎo)，以優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保為目標(biāo)，以先進技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)為手段，來修復(fù)或改造廢舊產(chǎn)品的一系列技術(shù)措施或工程活動的總稱。綠色再制造工程是一個發(fā)展迅速的新興研究領(lǐng)域和新興產(chǎn)業(yè)，是高科技維修的產(chǎn)業(yè)化。我國對再制造工程的研究尚處在起步階段，其組成內(nèi)容應(yīng)包

33、括再制造工程設(shè)計基礎(chǔ)、再制造工程技術(shù)、再制造工程質(zhì)量控制、再制造工程技術(shù)設(shè)計等部分。納米表面工程技術(shù)能夠以納米材料為基礎(chǔ)，通過特定的工藝手段，對固體的表面進行強化、改性、或者賦予表面新功能，或者對損傷的表面進行自修復(fù)。維修與再制造的技術(shù)難度并不亞于新品制造，它是對尺寸成形的損傷零件在不致使零件變形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能發(fā)生改變以及有時加工定位基準(zhǔn)已經(jīng)破壞等眾多約束條件下恢復(fù)零件的表面性能，所以在維修與再制造過程中會遇到許多難題，納米表面工程是解決這些難題的一種有效手段，同時它對維修工程和再制造工程的發(fā)展具有重要的推動作用。表面工程技術(shù)在納米科技的推動下形成了新的研究方向和領(lǐng)域。當(dāng)前，在諸多的納米

34、表面工程技術(shù)中，納米顆粒的應(yīng)用占有重要地位，主要研究趨勢是納米顆粒對涂覆層的強化與功能改性。21世紀(jì)，納米表面工程技術(shù)將在先進制造技術(shù)及再制造工程中的材料成形加工方面發(fā)揮重要作用。應(yīng)用納米顆粒復(fù)合表面技術(shù)尚處在初級階段，納米表面工程技術(shù)的研究與應(yīng)用尚需一段發(fā)展歷程。三、表面工程技術(shù)的內(nèi)涵表面工程技術(shù)有著廣泛的涵義，綜合來看，大致上可分為以下幾個部分：表面技術(shù)的基礎(chǔ)和應(yīng)用理論表面處理技術(shù)，它又包括表面覆蓋技術(shù)、表面改性技術(shù)和復(fù)合表面技術(shù)三部分表面加工技術(shù)表面分析和測試技術(shù)表面工程技術(shù)設(shè)計表面工程技術(shù)的含義是很廣泛的，至少包括表面改性和表面加工，因為后者主要是機械切削中的內(nèi)容，因此，本課程所提的表

35、面工程技術(shù)主要指表面改質(zhì)技術(shù)，也就是說表面工程技術(shù)的主要目的就在于通過表面處理使材料表面按人們希望的性能進行改質(zhì)。具體可概括為:在不改變基體材料的成分,不削弱基體材料的強度(或削弱基體材料強度又不影響其使用)的條件下,通過某些物理手段(包括機械手段)或化學(xué)手段賦予材料表面特殊的性能,從而滿足工程上對材料所提出的要求。 表面技術(shù)的作用就是改善或賦予表面各種性能，從而提高材料的使用性能。表1-1 用表面工程技術(shù)可以改變的主要表面性能分 類項 目一般機械性能韌性、強度、塑性、抗疲勞性、硬度、疏松度（空隙度）、殘余應(yīng)力可加工性精密加工性、可修補性、可焊接性、冷作硬化性抗磨性抗磨料磨損性、抗粘著磨損性、

36、抗腐蝕磨損性、抗沖蝕磨損性、抗微動磨損性、潤滑性保護性防銹性、耐各種水質(zhì)腐蝕性、耐候性、耐藥品性、抗酸堿鹽腐蝕性、防污染性熱特性熱障性、導(dǎo)熱性、高溫氧化性、高溫軟化性、高溫蠕變性、抗熱沖擊性電特性導(dǎo)電性、絕緣性、電阻特性、半導(dǎo)體特性電磁性磁化性、電磁屏蔽性光特性反光性、選擇吸收性、消光性裝飾性著色性、染色性、光澤性、可修飾性表面工程學(xué)科發(fā)展的重要標(biāo)志是1983年英國伯明翰大學(xué)成立了Wolfson表面工程學(xué)院, 并在1985年創(chuàng)辦了國際性雜志表面工程。認(rèn)識到這一新興學(xué)科的重要性，1986年在布達佩斯第5屆國際材料熱處理大會上，將國際熱處理學(xué)會更名為國際熱處理與表面工程學(xué)會。中國機械工程學(xué)會于19

37、87年成立了表面工程研究所，1988年出版了中文版表面工程雜志，1993年成立了中國機械工程學(xué)會表面工程分會。自1989年以來，我國先后多次召開全國性或國際性的表面工程學(xué)術(shù)會議和表面科學(xué)與工程學(xué)術(shù)會議。第二節(jié) 表面工程技術(shù)的特點與意義所有的物體都不可避免與環(huán)境相接觸,而與環(huán)境真正接觸的是物體的表面.如各種機械設(shè)備和儀器儀表.它們在使用過程中會發(fā)生：腐蝕因為受到氣、水及某些化學(xué)介質(zhì)的作用；磨損因相互之間相對運動而產(chǎn)生；氧化因溫度過高而發(fā)生；浸蝕因接觸高溫金屬熔體或其它熔體而被浸蝕，等等。所有這些都會首先使機件表面發(fā)生破壞或失效，進而引起整個機件的破壞或失效，因此，表面是防止設(shè)備失效的第一道防線。

38、 有資料統(tǒng)計，在各種機電產(chǎn)品的過早失效破壞中，約有70%是由腐蝕和磨損造成的。表面工程學(xué)能直接針對許多貴重零部件的失效原因，實行局部表面強化或修復(fù)，對零部件進行預(yù)保護或重新恢復(fù)其使用價值，它的最大優(yōu)勢是能夠以多種方法制備出優(yōu)于本體材料性能的表面功能薄層，這層表面材料與制作部件的整體材料相比，厚度薄，僅占工件整體厚度的幾百分之一到幾十分之一，但卻賦于基體材料表面的原來沒有的特殊性能，從而滿足工程上對材料表面性能的要求。隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展，對機械工業(yè)產(chǎn)品提出了更高的要求。要求產(chǎn)品能在高參數(shù)(如高溫,高壓,高速)、高度自動化和惡劣的工況條件下長期穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。這就必然對機件表面的耐磨 、耐蝕等性能提

39、出了更高的要求。為了滿足這樣的要求，在某些情況下我們可以選用貴金屬或合金來制造整體設(shè)備及零件。有時雖然也可滿足表面性能要求，但這往往會造成設(shè)備的成本成倍或成百倍的增加，降低了產(chǎn)品的競爭力，更何況在許多情況下 也無法找到一種能夠同時滿足整體和表面要求的材料。而表面技術(shù)則可以在不增加或不增加太多材料成本的同時使產(chǎn)品表面受到保護和強化,從而提高產(chǎn)品的使用壽命和可靠性,改善機械設(shè)備的性能、質(zhì)量、增強產(chǎn)品的競爭能力因此，開展表面工程學(xué)的研究，改善材料的表面性能，對于提高零件的使用壽命和可靠性；對于改善機械設(shè)備的性能、質(zhì)量，增強產(chǎn)品的競爭能力；對于推動高新技術(shù)的發(fā)展；對于節(jié)約資源、美化人類生活，減少環(huán)境污

40、染等方面都具有重要意義，其經(jīng)濟效益和社會效益是顯而易見的。表面技術(shù)不僅具有重要的經(jīng)濟意義,而且它還具有重要的學(xué)術(shù)價值。這是因為：材料物理、化學(xué)性能及其變化都從表面開始；隨著器件的微型化，表面與體相的原子比增大，會出現(xiàn)許多新的特性；材料表面的研究是許多高新技術(shù)的理化基礎(chǔ)等等。目前，對于材料科學(xué)的研究主要集中在對材料表面和材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性能的研。美國工程科學(xué)院為美國國會提供的2000年前集中力量加強發(fā)展的9項新科學(xué)技術(shù)中，有關(guān)材料方面的僅有材料表面科學(xué)與表面技術(shù)的研究。表面科學(xué)的研究可為表面新技術(shù)的研究提供一定的理論指導(dǎo),而表面新技術(shù)的開發(fā)和完善，又會提出許多新的學(xué)術(shù)研究課題.這些研究有力地促進了

41、材料科學(xué)、冶金學(xué)、機械學(xué)、機械制造工藝學(xué)以及物理學(xué)、化學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科的發(fā)展。一、表面工程學(xué)研究的目的是賦于材料表面具有原來沒有的特殊性能 1、物理性能：包括電磁特性(導(dǎo)電性、絕緣性、半導(dǎo)體性、磁性、電磁屏蔽性)，光學(xué)特性(吸光性、反光性、光導(dǎo)、光電效應(yīng))，熱特性(熱傳導(dǎo)性、耐熱性)，聲特性及防輻射等；2、化學(xué)性能：包括腐蝕防護性、催化特性等；3、機械性能：包括加工性、密封性、抗疲勞性、強度、硬度、韌性等；4、摩擦學(xué)性能：包括減摩性、耐磨性、自潤滑性、浸潤性等；5、裝飾性：包括色彩、光澤性和可修飾性。表面工程技術(shù)以其高度的實用性和顯著的優(yōu)質(zhì)、高效、低耗的特點在制造業(yè)、維修業(yè)中占領(lǐng)了日益增長的市場，

42、在航空航天、電子、汽車、能源、石油化工、礦山等工業(yè)部門得到了越來越廣泛的應(yīng)用?？梢哉f幾乎有表面的地方就離不開表面工程。二、表面工程改善和美化人類生活人類生活中的衣食住行、學(xué)習(xí)、娛樂、旅游、醫(yī)療、飾品、工藝品無不越來越得益于表面工程的成就。衣料的美觀、保暖、手感、抗靜電；食品的色澤、保鮮、儲存、包裝；新型建材、房屋裝修更是以表面工程為其重要技術(shù)源泉；汽車的美觀、節(jié)油、低噪聲離不開滲透在零部件、摩擦副、活化劑、傳感器、電子儀表中的表面工程的新成果；還有，保護視力的鏡片、高級相機的鏡頭、比天然品更美的鍍膜飾品、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、鐘表及家用電器、學(xué)習(xí)用品

43、和工藝美術(shù)品，等等?？梢哉f，人們生活在一個由于表面工程技術(shù)的發(fā)展而變得越來越美好的環(huán)境中。三、表面工程是先進制造技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵之一表面工程的快速發(fā)展及廣泛應(yīng)用被認(rèn)為是制造領(lǐng)域中的重要進展。目前，技術(shù)成熟并投入工業(yè)實際應(yīng)用的表面工程技術(shù)已多達上百種。例如，表面工程使內(nèi)燃機的缸套/活塞環(huán)、凸輪/挺桿、軸/軸套三級摩擦副降低能耗1/41/3, 大修里程從平均10萬公里提高到30萬公里；對氣缸、軋鋼機大滑板、大型冷凍機螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子軸等各種工件表面進行激光淬火，可使壽-5倍；對高速鋼和硬質(zhì)合金工模具在精加工以后進行表面氮離子注入，可使壽命提高110倍；切削刀具采用氮化鈦類涂層，引起了一場刀具的“黃色革

44、命 ”。對各種金屬切削刀具進行等離子體增強磁控濺射離子鍍處理，可使其壽命提高314倍；利用雙束動態(tài)混合注入技術(shù)，將高分子材料濺射到傳熱管(黃銅、紫銅和鍍鉻的黃銅等)上，同時用氮離子注入，可以在傳熱表面形成蒸汽的滴狀冷凝，使傳熱效率提高了20倍。表面加工技術(shù)不僅是產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量得以保證的關(guān)鍵，也是產(chǎn)品外觀質(zhì)量保證的重要手段。例如，對于L動軸承的滾道，目前工廠廣泛采用磨拋工藝，其表面粗糙度可達Ra0.04m, 采用新的表面加工方法可提高到Ra0.01m，使用壽命可提高4倍以上，并能消除波紋度，減小軸承的振動與噪音；對模具光整加工使其表面粗糙度降低，一級模具使用壽命可以提高50%以上。表面工程技術(shù)在制

45、造業(yè)廣泛應(yīng)用的例子枚不勝舉。表面工程技術(shù)已成為先進制造技術(shù)中優(yōu)先發(fā)展的內(nèi)容，也是我國國民經(jīng)濟建設(shè)中重點發(fā)展應(yīng)用的技術(shù)內(nèi)容。第三節(jié) 表面工程技術(shù)的分類材料表面工程是一門新興學(xué)科，或者說是正在形成的一門學(xué)科，是一門多學(xué)科的邊緣學(xué)科。該學(xué)科中應(yīng)該包括哪些內(nèi)容，如何分類，國內(nèi)外都無公認(rèn)的說法。從不同的角度進行歸納，就會有不同的分類。如：按作用原理可分為：原子沉積：沉積物以原子、離子、分子和粒子集團等原子尺度的粒子形態(tài)在材料表面上形成覆蓋層，如電鍍、化學(xué)鍍、物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積等。顆粒沉積：沉積物以宏觀尺度的顆粒形態(tài)在材料表面上形成覆蓋層，如熱噴涂、搪瓷涂覆等。整體覆蓋：它是將涂覆材料于同一時間施

46、加于材料表面，如包箔、貼片、熱浸鍍、涂刷、堆焊等。表面改性：用各種物理、化學(xué)等方法處理表面，使之組成、結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而改變性能，如表面處理、化學(xué)熱處理、電子束表面處理、離子注入等。按表面強化層材料可分為：金屬材料層；陶瓷材料層；高分子材料層。按工藝特點可分為：電鍍，化學(xué)鍍，熱滲鍍，熱噴涂，堆焊，化學(xué)轉(zhuǎn)化膜，涂裝，表面彩色，氣相沉積，“三束”改性，表面熱處理，形變強化，襯里等，每一類又可分為一些更細(xì)的工藝項目。該分類方法比較清晰地體現(xiàn)了工程技術(shù)的特點，而且與工程技術(shù)上的名稱基本一致，容易記憶。但缺乏學(xué)術(shù)上的邏輯性，因為有些技術(shù)盡管工藝不一樣，但基本的改質(zhì)機理是相同或相似的。按表面改質(zhì)的目的或性

47、質(zhì)可分為：表面耐磨和減磨技術(shù)，表面耐蝕抗氧化技術(shù)，表面強化（提高疲勞強度）技術(shù)，表面裝飾技術(shù)，功能表面技術(shù)，表面修復(fù)技術(shù)。實際上，表面技術(shù)有著廣泛的涵義，綜合來看，大致上可分為以下幾個部分：1、表面技術(shù)的基礎(chǔ)和應(yīng)用理論。2、表面處理技術(shù)。它又包括表面覆蓋技術(shù)、表面改性技術(shù)和復(fù)合表面處理技術(shù)三部分。3、表面加工技術(shù)。4、表面分析和測試技術(shù)。5、表面工程技術(shù)設(shè)計。現(xiàn)將各部分所包含的內(nèi)容簡略介紹如下。表面技術(shù)的基礎(chǔ)和應(yīng)用理論現(xiàn)代表面技術(shù)的基礎(chǔ)是表面科學(xué)，它包括表面分析技術(shù)、表面物理、表面化學(xué)三個分支。表面分析的基本方面有表面的原子排列結(jié)構(gòu)、原子類型和電子能態(tài)結(jié)構(gòu)等，是揭示表面現(xiàn)象的微觀實質(zhì)和各種動力

48、學(xué)過程的必要手段。表面物理和表面化學(xué)分別是研究任何兩項之間的界面上發(fā)生的物理和化學(xué)過程的科學(xué)。從理論體系來看，它們包括微觀理論與宏觀理論：一方面在原子、分子水平上研究表面的組成，原子結(jié)構(gòu)及輸運現(xiàn)象、電子結(jié)構(gòu)與運動及其對表面宏觀性質(zhì)的影響；另一方面在宏觀尺度上，從能量的角度研究各種表面現(xiàn)象。實際上，這三個分支是不可能截然分開的，而是相互依存和補充的。表面科學(xué)不僅有重要的基礎(chǔ)研究意義，而且與許多技術(shù)科學(xué)密切相關(guān)，在應(yīng)用上有非常重要的意義。表面技術(shù)的應(yīng)用理論，包括表面失效分析，摩擦與磨損理論、表面腐蝕與防護理論、表面結(jié)合與復(fù)合理論等等，它們對表面技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用有著直接的、重要的影響。表面覆蓋技術(shù)電

49、鍍它是利用電解作用，即把具有導(dǎo)電性能的工件表面與電解質(zhì)溶液接觸，并作為陰極，通過外電流的作用，在工件表面沉積與基體牢固結(jié)合的鍍覆層。該鍍覆層主要是各種金屬和合金。單金屬鍍層有鋅、 鎘、銅、鎳、鉻、錫、銀、金、鈷、鐵等數(shù)十種；合金鍍層有鋅-銅、鎳-鐵、鋅-鎳-鐵等一百多種。電鍍在工業(yè)上使用廣泛。電刷鍍它是電鍍的一種特殊方法，又稱接觸鍍、選擇鍍、涂鍍、無槽電鍍等。其設(shè)備主要由電源、刷鍍工具（鍍筆）和輔助設(shè)備（泵、旋轉(zhuǎn)設(shè)備等）組成，是在陽極表面裹上棉花或滌綸棉絮等吸水材料，使其吸飽鍍液，然后在作為陰極的零件上往復(fù)運動，使鍍層牢固沉積在工件表面上。它不需要將整個工件侵入電鍍?nèi)芤褐?，所以能完成許多槽鍍不

50、能完成或不容易完成的電鍍工作?；瘜W(xué)鍍又稱無電鍍，即在無外電流通過的情況下，利用還原劑將電解質(zhì)溶液中的金屬離子化學(xué)還原在呈活性催化的工件表面，沉積出與基體牢固結(jié)合的鍍覆層。工件可以是金屬，也可以是非金屬。鍍覆層主要是金屬和合金，最常用的是鎳和銅。涂裝它是用一定的方法將涂料涂覆于工件表面而形成涂膜的全過程。涂料（或稱漆）為有機混合物，一般由成膜物質(zhì)、顏料、溶劑和助劑組成，可以涂裝在各種金屬、陶瓷、塑料、木材、水泥、玻璃等制品上。涂膜具有保護、裝飾或特殊性能（如絕緣、防腐標(biāo)志等），應(yīng)用十分廣泛。粘結(jié)它是用粘結(jié)劑將各種材料或制件連結(jié)成為一個牢固整體的方法，稱為粘結(jié)或粘合。粘結(jié)劑有天然膠粘劑和合成膠粘劑

51、，目前高分子合成膠粘劑已獲得廣泛應(yīng)用。堆焊它是在金屬零件表面或邊緣，熔焊上耐磨、耐蝕或特殊性能的金屬層，修復(fù)外形不合格的金屬零件及產(chǎn)品，提高使用壽命，降低生產(chǎn)成本，或者用它制造雙金屬零部件。熔結(jié)它與堆焊相似，也是在材料或工件表面熔敷金屬涂層，但用的涂敷金屬是一些以鐵、鎳、鈷為基，含有強脫氧元素硼和硅而具有自熔性和熔點低于基體的自熔性合金，所用的工藝是真空熔敷、激光熔敷和噴熔涂敷等。熱噴涂它是將金屬、合金、金屬陶瓷材料加熱到熔融或部分熔融，以高的動能使其霧化成微粒并噴至工件表面，形成牢固的涂覆層。 熱噴涂的方法有多種，按熱源可分為火焰噴涂、電弧噴涂、等離子噴涂（超音速噴涂）和爆炸噴涂等。經(jīng)熱噴涂

52、的工件具有耐磨、耐熱、耐蝕等功能。塑料粉末涂敷利用塑料具有耐蝕、絕緣、美觀等特點，將各種添加了防老化劑、流平劑、增韌劑、固化劑、顏料、填料等的粉末塑料，通過一定的方法，牢固地涂敷在工件表面，主要起保護和裝飾的作用。塑料粉末是依靠熔融或靜電引力等方式附著在被涂工件表面，然后依靠熱融、流平、濕潤和反應(yīng)固化成膜。涂膜方法有噴涂、熔射、流化床浸漬、靜電粉末涂噴、靜電粉末云霧室、靜電流化床浸漬、靜電振蕩法等等。電火花涂敷這是一種直接利用電能的高密度能量對金屬表面進行涂敷處理的工藝，即通過電極材料與金屬零部件表面的火花放電作用，把作為火花放電極的導(dǎo)電材料（如WC、TiC）熔滲于表面層，從而形成含電極材料的

53、合金化涂層，提高工件表層的性能。而工件內(nèi)部的組織和性能不改變。熱浸鍍它是將工件浸在熔融的液態(tài)金屬中，使工件表面發(fā)生一系列物理和化學(xué)反應(yīng)，取出后表面形成金屬鍍層。工件金屬的熔點必須高于鍍層金屬的熔點。常用的鍍層金屬有錫、鋅、鋁、鉛等。熱浸鍍工藝包括表面預(yù)處理、熱浸鍍和后處理三部分。按表面預(yù)處理方法的不同，它可分為溶劑法和保護氣體還原法。熱浸鍍的主要目的是提高工件的防護能力，延長使用壽命。搪瓷涂敷搪瓷涂層是一種主要施于鋼板、鑄鐵或鋁制品表面的玻璃涂層，可起良好的防護和裝飾作用。搪瓷涂料通常是精制玻璃料分散在水中的懸浮液，也可以是干粉狀。涂敷方法有浸涂、淋涂、電沉積、噴涂、靜電噴涂等。該涂層為無機物

54、成分，并融結(jié)于基體，故與一般有機涂層不同。陶瓷涂敷陶瓷涂層是以氧化物、碳化物、硅化物、硼化物、氮化物、金屬陶瓷和其他無機物為基低的高溫涂層，用于金屬表面主要在高溫和室溫起耐蝕、耐磨作用。主要涂敷方法有刷涂、浸涂、噴涂、電泳涂和各種熱噴涂等。有的陶瓷涂層有光、電、生物等功能。真空蒸鍍它是將工件放入真空室，并用一定方法加熱鍍膜材料，使其蒸發(fā)或升華，飛至工件表面凝聚成膜。工件材料可以是金屬、半導(dǎo)體、絕緣體乃至塑料、紙張、織物等。而鍍膜材料也很廣泛，包括金屬、合金、化合物、半導(dǎo)體和一些有機聚合物等。加熱方式有電阻、高頻感應(yīng)、電子束、激光、電弧加熱等。濺射鍍它是將工件放入真空室，并用正離子轟擊作為陰極的

55、靶（鍍膜材料），使靶材中的原子、分子逸出，飛至工件表面凝聚成膜。濺射粒子的動能約10eV左右，為熱蒸發(fā)粒子的100倍。按入射離子來源不同，可分為直流濺射、射頻濺射和離子束濺射。入射離子的能量還可以用電磁場調(diào)節(jié)，常用值為10eV量級。濺射鍍膜的致密性和結(jié)合強度較好，基片溫度較低，但成本較高。離子鍍它是將工件放入真空室，并利用氣體放電原理將部分氣體和蒸發(fā)源（鍍膜材料）逸出的氣相粒子電離，在離子轟擊的同時，把蒸發(fā)物或其反應(yīng)產(chǎn)物沉積在工件表面成膜。該技術(shù)是一種等離子體增強的物理氣相沉積，鍍膜致密、結(jié)合牢固，可在工件溫度低于550時得到良好的鍍層，繞鍍性也較好。常用的方法有陰極電弧離子鍍、熱電子增強電子

56、束離子鍍、空心陰極放電離子鍍?；瘜W(xué)氣相沉積（Chemical Vapor Deposition,簡稱CVD）：它是將工件放入密封室，加熱到一定溫度，同時通入反應(yīng)氣體，利用室內(nèi)氣相化學(xué)反應(yīng)在工件表面沉積成膜。源物質(zhì)除氣態(tài)外，也可以是液態(tài)和固態(tài)。所采用的化學(xué)反應(yīng)有多種類型，如熱分解、氫還原、金屬還原、化學(xué)輸運反應(yīng)、等離子體激發(fā)反應(yīng)、光激發(fā)反應(yīng)等等。工件加熱方法有電阻、高頻感應(yīng)、紅外線加熱等。主要設(shè)備有氣體發(fā)生、凈化、混合、輸運裝置以及工件加熱、反應(yīng)室、排氣裝置。主要方法有熱化學(xué)氣相沉積、低壓化學(xué)氣相沉積、等離子體化學(xué)氣相沉積、金屬有機化合物氣相沉積、激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉積等。分子束外延（Molecu

57、lar Beam Epitaxy，簡稱MBE）：它雖是真空鍍膜的一種方法，但在超高真空條件下，精確控制蒸發(fā)源給出的中性分子束流強度按照原子層生長的方式在基片上外延成膜。主要設(shè)備有超高真空系統(tǒng)、蒸發(fā)源、監(jiān)控系統(tǒng)、和分析測試系統(tǒng)。離子束合成薄膜技術(shù)離子束合成薄膜有多種新技術(shù)，目前主要有兩種。離子束輔助沉積（IBAD）。它是將離子注入與鍍膜結(jié)合在一起，即在鍍膜的同時，通過一定功率的大流強寬束離子源，使具有一定能量的轟擊（注入）離子不斷地射到膜與基體的界面，借助于級聯(lián)碰撞導(dǎo)致界面原子混合，在初始界面附近形成原子混合過渡區(qū)，提高膜與基體間的結(jié)合力，然后在原子混合區(qū)上，再在離子束參與下繼續(xù)外延生長出所要求

58、厚度和特性的薄膜。離子簇束（Ion Cluster Beam，簡稱ICB）。離子簇束的產(chǎn)生有多種方法，常用的是將固體加熱形成過飽和蒸汽，再經(jīng)噴管噴出形成超聲速氣體噴流，在絕熱膨脹過程中由冷卻至凝聚，生成包含5102 2103個原子的團粒?；瘜W(xué)轉(zhuǎn)化膜化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的實質(zhì)是金屬處在特定條件下人為控制的腐蝕產(chǎn)物，即金屬與特定的腐蝕液接觸并在一定條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成能保護金屬不易受水和其他腐蝕介質(zhì)影響的膜層。它是由金屬基底直接參與成膜反應(yīng)而生成的，因而膜與基底的結(jié)合力比電鍍層要好得多。目前工業(yè)上常用的有鋁和鋁合金的陽極氧化、鋁和鋁合金的化學(xué)氧化、鋼鐵氧化處理、鋼鐵磷化處理、銅的化學(xué)氧化和電化學(xué)氧化、鋅

59、的鉻酸鹽鈍化等等。熱燙?。核前迅鞣N金屬箔在加熱加壓的條件下覆蓋于工件表面。暫時性覆蓋處理：它是把緩蝕劑配制的緩蝕材料，在工作需要防繡的情況下，暫時性覆蓋于表面。表面改性技術(shù)噴丸強化它是在受噴材料的再結(jié)晶溫度下進行的一種冷加工方法，加工過程由彈丸在很高速度下撞擊受噴工件表面而完成。噴丸可應(yīng)用于表面清理、光整加工、噴丸校形、噴丸強化等。其中噴丸強化不同于一般的噴丸工藝，它要求噴丸過程中嚴(yán)格控制工藝參數(shù)，使工件在受噴后具有預(yù)期的表面形貌、表層組織結(jié)構(gòu)和殘余應(yīng)力，從而大幅度地提高疲勞強度和抗應(yīng)力腐蝕能力。表面熱處理它是指僅對工件表層進行熱處理，以改變其組織和性能的工藝。主要方法有感應(yīng)加熱淬火、火焰加

60、熱表面淬火、接觸電阻加熱淬火、電解液淬火、脈沖加熱淬火、激光熱處理和電子束加熱處理等。化學(xué)熱處理它是將金屬或合金工件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種元素滲入它的表層，以改變其化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝。按滲入的元素可分為滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲硼、滲金屬等等。滲入元素介質(zhì)可以是固體、液體和氣體，但都要經(jīng)過介質(zhì)中化學(xué)反應(yīng)、外擴散、相界面化學(xué)反應(yīng)（或表面反應(yīng)）和工件中擴散四個過程，具體方法有許多種。等離子擴滲處理（PDT）：又稱離子轟擊熱處理，是指在通常大氣壓力下的特定氣氛中利用工件（陰極）和陽極之間產(chǎn)生的輝光放電進行熱處理的工藝。常見的有離子滲氮、離子滲碳、離子碳氮共滲等，尤以離