表面改性技术教师:强颖怀学院:材料学院材料科学与工程学院表面改性技术第一章 绪 论表面工程概述1
表面工程学科体系2
表面工程现状及趋势3
表面工程的应用4
关于本门课程5
材料科学与工程学院表面改性技术1.1 表面工程概述
1.表面工程的定义
表面工程 也称为“表面技术”、“表面处理”或
“表面改性”,是应用 物理,化学,机械 等方法改变固体材料表面 成分或组织结构,获得所需性能的表面,以提高产品的可靠性或延长其使用寿命的各种技术的 总称 。
对象,固体表面 手段,各种技术方法材料科学与工程学院表面改性技术
2.表面工程的目的提高材料抵御环境作用的能力!
赋予材料表面某种功能特性!
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TiN薄膜 汽车表面涂层材料科学与工程学院表面改性技术
CVD-TiN刀具 齿轮表面 WC
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3.表面工程的特点廉价基体上,获得多种功能表面!
表面层很薄,但可获得很好的效果!
大幅度的节约能源和资源!
材料科学与工程学院表面改性技术1.2 表面工程学科体系
1.按照沉积物的尺寸分类原子沉积,原子、离子、分子及基团在基体上的凝聚、成核、长大;例如电镀、化学镀、蒸镀、溅射
、气相沉积等。
颗粒沉积,熔化的液滴、细小颗粒在外力作用下于基体表面凝聚、沉积或烧结;例如热喷涂、搪瓷涂层等。
材料科学与工程学院表面改性技术外延生长:原子沉积材料科学与工程学院表面改性技术火焰喷涂:颗粒沉积材料科学与工程学院表面改性技术整体覆盖,欲涂覆的材料同时施加于基体;例如包箔、贴片、热浸镀、涂刷、堆焊等。
表面改性,用离子处理、热处理、机械处理、化学处理的方法改变材料表面的组成和性质。例如化学转化镀、喷丸强化、激光束、电子束、离子束表面处理。
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2.国家自然科学基金委分类 --,金属材料科学,
表面改性,改变基体金属材料表面层的化学成分,
例如化学热处理、等离子扩渗处理、离子注入。
表面处理,不改变基体金属表面化学成分的情况下
,使其组织与结构发生变化,例如喷丸强化、表面热处理等 。
材料科学与工程学院表面改性技术表面涂镀层技术,在基体材料表面形成一层新的覆盖层,覆盖层与基体之间有明显的分界面;例如镀层、涂层、沉积层。
复合表面技术,上述三类技术的复合应用。
纳米表面工程技术,在基体表面制备含纳米颗粒的涂层或具有纳米结构的表层。
材料科学与工程学院表面改性技术表面工程技术表面基础表面加工表面处理表面与界面表面设计失效摩擦腐蚀处理改性涂层材料、结构、工艺、
经济表面分析形貌结构成分预处理机械加工化学加工
3,广义的表面工程技术材料科学与工程学院表面改性技术
4,本门课程表面处理技术表面改性处理表面处理表面改性表面改性技术表面涂镀层薄膜技术涂层技术表面涂层技术材料科学与工程学院表面改性技术
4,本门课程表面处理技术表面改性技术激光束表面处理电子束表面处理太阳能表面处理表面扩渗 离子注入材料科学与工程学院表面改性技术涂层技术电镀 化学镀表面着色涂装 热喷涂堆焊熔结非金属涂层等材料科学与工程学院表面改性技术薄膜技术蒸镀溅射离子镀化学气相沉积分子束外延材料科学与工程学院表面改性技术1.3 表面工程现状及趋势
1.表面工程的发展概况表面技术的历史很久远!
表面科学与工程上世纪 60年代末形成!
材料科学与工程学院表面改性技术
早期表面技术
3000年前,陶器表面的釉的出现汉代青瓷、唐宋白瓷、元青花、明清五彩瓷器春秋战国时期的漆器!
兵马俑中镀铬铜车马!
早期长剑、箭链的热处理和渗碳!
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表面工程的确立上世纪 60年代以来,形成了表面工程技术体系。
1983年,英国 T.Bell教授提出表面工程的概念。
1983年,伯明翰大学沃福森表面工程研究所成立
1985年,,表面工程,国际刊物发行。
1986年,国际热处理联合会更名为国际热处理及表面工程联合会。
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我国表面工程的发展中国机械工程学会于 1987年建立了学会性质的表面工程研究所。
1988年出版了第一本中国的,表面工程,期刊。
1993年成立了中国机械工程学会表面工程分会。
材料科学与工程学院表面改性技术材料科学与工程学院表面改性技术
表面工程的三个阶段第一阶段,单一表面改性技术的增加、工艺成熟为特征!
第二阶段,复合表面工程技术,1+1> 2。
第三阶段,纳米表面工程,纳米润滑、纳米涂层
、纳米加工。
材料科学与工程学院表面改性技术
2.表面工程的意义
( 1)社会生产生活需要
★ 材料的疲劳、断裂、磨损、腐蚀、氧化等一般都是从表面开始的。
★ 摩擦损失,美国 200亿美元,德国 387亿马克,英国 5亿英镑,我国 GDP总值 1.8%;
★ 腐蚀损失,全世界 1亿吨,GDP2-4%;
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★ 衣料的美观、保暖、手感、抗静电;
★ 食品的色泽、保鲜、储存、包装;
★ 新型建材、房屋装修;
★ 汽车的美观、节油、低噪声离不开渗透在摩擦副、
活化剂、传感器、电子仪表中的表面工程。
★ 保护视力的镜片、高级照相镜头、比天然品更美的镀膜首饰、美观舒适的墙体和地面装饰、镀膜玻璃、灯具和发光体、不粘附厨房用具。
材料科学与工程学院表面改性技术
God created the solid state bulk,
Devil made its surface
------Wolfgang Pauli
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( 2)大幅度提高产品质量
★ 工程建筑 中的构件,机械装备 中的零部件以及工具、
模具等,需要好的耐磨、耐蚀性和装饰性。
★电子电器 产品需要表面成分和结构得到严格的控制,
同时进行高精度的微细加工。
★取决于表面性能 的产品,表面性能好就可以做的很薄,用材少,经济节约。
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( 3)表面修复
★ 机器的零部件因表面强度、硬度、耐磨性、耐蚀性等不足而逐渐磨损、剥落、锈蚀,产生失效。
★ 表面技术进行修复,不仅能修复尺寸精度,而且能恢复或提高表面性能,使废旧机件再生,经济价值客观。
★取决于表面性能 的产品,表面性能好就可以做的很薄,用材少,经济节约。
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( 4)节能节材
★ 表面工程技术大大降低了损失于腐蚀、磨损、疲劳的钢铁构件、管道和设备的数量,延长了建筑物、船舶、
桥梁和机器的使用寿命。
★ 金属表面电解法热镀 55% Al-Zn合金,可提高材料耐蚀性、抗高温氧化、抗 SO2腐蚀,主要用于电气铁路承力钢索、高速公路安全护栏和围等。
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( 5)环境保护、可持续发展
★ 表面技术制成的吸附剂,可以除去空气、水、溶液中的有害成分,以及具有除臭、吸湿等作用。
★ 氨基甲酸乙酰泡沫上涂覆铁粉,经烧结后成为除臭剂,用于冰箱、厨房、厕所、汽车内 。
材料科学与工程学院表面改性技术1.4 表面工程应用
1.航空航天航空航天,恶劣环境下的材料使用,需要表面工程技术。
航天高温,大气摩擦的高温;当速度达 20马赫时,
头部温度可达 8000-12000℃ 。
防护,高温防护层。
材料科学与工程学院表面改性技术材料科学与工程学院表面改性技术航空涂层,隐身涂层,蒙皮、雷达罩、尾喷管、座舱都需要隐身涂层,例如氧化锡和氧化铟的掺杂半导体氧化物具有电磁隐身和红外隐身的作用。
发动机涂层,涡轮发动机叶片的热障涂层抗热腐蚀和抗燃油腐蚀。
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2.汽车工业车身装饰与防腐,神龙汽车采用电泳底漆、中间涂层、面漆三层涂层体系,具有防腐蚀、亮丽光泽。
钢构件耐磨,齿轮表面喷金属钼涂层提高耐磨性。
汽车模具,电刷镀、复合镀镍,提高模具使用寿命
,部件光洁度提高。
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3.城市建设各种建筑物表面的漂亮装饰;
各种水、暖、煤气管线的表面防护。
城市建设用的金属材料、钢构件,对于南方城市老说腐蚀是很严重的,与早期相比我国钢件腐蚀防护大大提高,防大气腐蚀可达到 25年。
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4.家用电器家电中的电饭锅、煎锅等常用含氟涂料具有耐热、
耐磨、防粘的性能。
各种家电的透明涂料、多彩涂料、闪光涂料、耐候涂料可以大大提高家电的档次。
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5.功能材料与器件电学特性,薄膜电阻材料、薄膜导电材料、薄膜半导体、液晶显示器的导电玻璃。
磁学特性,磁记录材料(磁带)、电磁屏蔽涂层!
材料科学与工程学院表面改性技术材料科学与工程学院表面改性技术光学特性,薄膜光致变色材料、防眩反射薄膜、太阳能选择吸收膜等。
声学特性,吸声涂层、高保真传声!
材料科学与工程学院表面改性技术化学特性,餐具镀银杀菌、镀金刚石膜防菌等。
热学特性,散热涂层、耐热涂层、吸热涂层等!
材料科学与工程学院表面改性技术功能转换,薄膜太阳能电池、电阻式温度传感器、
薄膜加热器等。
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6.电子技术集成电路,特征尺寸亚微米的集成电路,掺杂通过需要离子注入,介质层、导电层需要气相沉积 ----
集成电路就是表面技术的集合体。
光盘存储,真空表面蒸发镀膜技术!
材料科学与工程学院表面改性技术信息产业:各种表面技术的集合体,功能材料范畴力学、热学、化学、电学、磁、声、光材料科学与工程学院表面改性技术
7.其它工业冶金工业,轧辊堆焊或喷焊的耐磨涂层,高炉渣口
、风口的氧化铝、氧化锆耐熔融腐蚀的陶瓷涂层,
加热管、热电偶保护管的复合陶瓷涂层。
电力工业,锅炉管道的喷涂耐磨、耐蚀的 Ni-Cr、
Fe-Cr-AI合金,可使寿命提高 6-10倍!汽轮机汽缸涂镀镍基合金。
材料科学与工程学院表面改性技术锅炉管道材料科学与工程学院表面改性技术汽缸材料科学与工程学院表面改性技术石化工业,储油罐铝防腐涂层,化工容器、管道、
反应釜的陶瓷、熟料、玻璃涂层。
机械工业,大型轴类、电机转子的喷耐磨涂层!
材料科学与工程学院表面改性技术材料科学与工程学院表面改性技术1.5 关于本门课程
1.课程定位表面科学与工程表面技术种类繁多课程理解理论不深侧重原理性知识!
细节性知识为辅!
理解为主识记为辅!
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2.课程内容绪论1
表面基础理论2
薄膜技术6
复合表面技术7
表面前处理3
表面涂层技术4
表面微细加工8
纳米表面工程9
表面改性技术5 表面分析测试10
材料科学与工程学院表面改性技术
3.参考书籍教材:
,现代表面工程技术,姜银方 化学工业出版社;
参考书:
,现代材料表面技术科学,戴达煌 冶金工业出版社
,表面科学与技术,姚寿山 机械工业出版社
,表面科学与工程,高志 华东理工大学出版社
,材料表面工程,徐滨士 哈尔滨工业大学出版社
,表面处理手册,胡传忻 北京工业大学出版社材料科学与工程学院表面改性技术材料科学与工程学院表面改性技术材料科学与工程学院表面改性技术材料科学与工程学院表面改性技术
4,成绩评定
5.答疑时间
6.课堂纪律总成绩 = 作业成绩 + 考勤成绩 + 考试成绩
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