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,表面工程也稱為“表面技術”、“表面處理”或“表面改性”，是應用物理、化學、機械等方法改變固體材料表面成分或組織結構，獲得所需性能的表面，以提高產(chǎn)品的可靠性或延長其使用壽命的各種技術的總稱。,對象：固體表面,手段：各種技術方法,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,廉價基體上，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 表面工程學科體系,1.按照沉積物的尺寸分類,原子沉積：原子、離子、分子及基團在基體上的凝聚、成核、長大；例如電鍍、化學鍍、蒸鍍、濺射、

2、氣相沉積等。,顆粒沉積：熔化的液滴、細小顆粒在外力作用下于基體表面凝聚、沉積或燒結；例如熱噴涂、搪瓷涂層等。,整體覆蓋：欲涂覆的材料同時施加于基體；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、機械處理、化學處理的方法改變材料表面的組成和性質。例如化學轉化鍍、噴丸強化、激光束、電子束、離子束表面處理。,2.國家自然科學基金委分類 - 金屬材料科學,表面改性：改變基體金屬材料表面層的化學成分，例如化學熱處理、等離子擴滲處理、離子注入。,表面處理：不改變基體金屬表面化學成分的情況下，使其組織與結構發(fā)生變化，例如噴丸強化、表面熱處理等 。,表面涂鍍層技術 ：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。,復合表面技術：上述三類技術的復合應用。 納米表面工程技術：在基體表面制備含納米顆粒的涂層或具有納米結構的表層。,3. 廣義的表面工程技術,4. 本門課程表面處理技術,表面改性處理,表面處理,表面改性,表面改性技術,表面涂鍍層,薄膜技術,涂層技術,表面涂層技術,4. 本門課程表面處理技術,表面改性技術,激光束表面處理,電子束表面處理,太陽能表面處理,表面擴滲,離子注入,涂層技術,電鍍,化學鍍,表面著色,涂裝,熱噴涂,堆焊熔結,非金屬涂層等,薄膜技術,蒸鍍,濺射,離子鍍,化學氣相沉積,分子束外延,1.3 表面工程現(xiàn)狀及趨勢,

4、1.表面工程的發(fā)展概況,表面技術的歷史很久遠！,表面科學與工程上世紀60年代末形成！,早期表面技術,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)國時期的漆器！,兵馬俑中鍍鉻銅車馬！,早期長劍、箭鏈的熱處理和滲碳！,表面工程的確立,上世紀60年代以來，形成了表面工程技術體系。,1983年，英國T.Bell教授提出表面工程的概念。,1983年，伯明翰大學沃福森表面工程研究所成立,1985年，表面工程國際刊物發(fā)行。,1986年，國際熱處理聯(lián)合會更名為國際熱處理及表面工程聯(lián)合會。,我國表面工程的發(fā)展,中國機械工程學會于1987年建立了學會性質的表面工程研究所。,1

5、988年出版了第一本中國的表面工程期刊。,1993年成立了中國機械工程學會表面工程分會。,表面工程的三個階段,第一階段：單一表面改性技術的增加、工藝成熟為特征！,第二階段：復合表面工程技術，1+12。,第三階段：納米表面工程，納米潤滑、納米涂層、納米加工。,2.表面工程的意義 （1）社會生產(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始的。 摩擦損失：美國200億美元，德國387億馬克，英國5億英鎊，我國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、儲存、包裝； 新型建材、房屋裝修； 汽車的美觀、節(jié)油、低

6、噪聲離不開滲透在摩擦副、活化劑、傳感器、電子儀表中的表面工程。 保護視力的鏡片、高級照相鏡頭、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)品質量 工程建筑中的構件，機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構得到嚴格的控制，同時進行高精度的微細加工。 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)濟節(jié)約。,（3）表面修復 機器的零部件因表面強度、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。 表面技術進行修復，不僅能修復尺寸精度，而且能恢復或提高表面

7、性能，使廢舊機件再生，經(jīng)濟價值客觀。 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)濟節(jié)約。,（4）節(jié)能節(jié)材 表面工程技術大大降低了損失于腐蝕、磨損、疲勞的鋼鐵構件、管道和設備的數(shù)量，延長了建筑物、船舶、橋梁和機器的使用壽命。 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、高速公路安全護欄和圍等。,（5）環(huán)境保護、可持續(xù)發(fā)展 表面技術制成的吸附劑，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)燒結后成為除臭劑，用于冰箱、廚房、廁所、汽車內(nèi)。,1.4 表面工程應用,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。,航天高溫：大氣摩擦的高溫；當速度達20馬赫時，頭部溫度可達8000-12000。 防護：高溫防護層。,航空涂層：隱身涂層，蒙皮、雷達罩、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體氧化物具有電磁隱身和紅外隱身的作用。,發(fā)動機涂層：渦輪發(fā)動機葉片的熱障涂層抗熱腐蝕和抗燃油腐蝕。,2.汽車工業(yè),車身裝飾與防腐：神龍汽車采用電泳底漆、中間涂層、面漆三層涂層體系，具有防腐蝕、亮麗光澤。,鋼構件耐磨：齒輪表面噴金屬鉬涂層提高耐磨性。 汽車模具：電刷鍍、復合鍍鎳，提高模具使用壽命，部件光潔度提高。,3.城市建設,各種建筑物表面的漂亮裝飾

9、； 各種水、暖、煤氣管線的表面防護。,城市建設用的金屬材料、鋼構件，對于南方城市老說腐蝕是很嚴重的，與早期相比我國鋼件腐蝕防護大大提高，防大氣腐蝕可達到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,電學特性：薄膜電阻材料、薄膜導電材料、薄膜半導體、液晶顯示器的導電玻璃。,磁學特性：磁記錄材料（磁帶）、電磁屏蔽涂層！,光學特性：薄膜光致變色材料、防眩反射薄膜、太陽能選擇吸收膜等。,聲學特性：吸聲涂層、高保真?zhèn)髀暎?化學特性：餐具鍍銀殺菌、鍍金剛石膜防菌等。,熱學特性：散熱涂層、耐熱涂層、吸熱涂層等！,功能轉換：薄膜太陽能電池、電阻式溫度傳感器、薄膜加熱器等。,6.電子技術,集成電路：特征尺寸亞微米的集成電路，摻雜通過需要離子注入，介質層、導電層需要氣相沉積 -集成電路就是表面技術的集合體。,光盤存儲：真空表面蒸發(fā)鍍膜技術！,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、熱電偶保護管的復合陶瓷涂層。,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