表面工程技術(shù)-緒論復(fù)習(xí)過程

1、Harbin Engineering University第一頁，共19頁。教學(xué)(jio xu)目的o 通過本課程學(xué)習(xí)系統(tǒng)地掌握現(xiàn)代表面處理技術(shù)通過本課程學(xué)習(xí)系統(tǒng)地掌握現(xiàn)代表面處理技術(shù)的基本原理；的基本原理；o 能合理選擇并應(yīng)用這些新的表面工程技術(shù)；能合理選擇并應(yīng)用這些新的表面工程技術(shù)；o 解決材料表面硬度解決材料表面硬度(yngd)(yngd)、強度、耐磨性與、強度、耐磨性與心部強韌性之間的矛盾；心部強韌性之間的矛盾；o 充分發(fā)揮材料性能的潛力；延長產(chǎn)品使用壽命充分發(fā)揮材料性能的潛力；延長產(chǎn)品使用壽命和提高產(chǎn)品質(zhì)量。和提高產(chǎn)品質(zhì)量。第二頁，共19頁。1 1 表面工程技術(shù)表面工程技術(shù)(jsh)

2、(jsh)概論概論o 定義：表面工程是經(jīng)過表面預(yù)處理后，通過表面涂覆、表面定義：表面工程是經(jīng)過表面預(yù)處理后，通過表面涂覆、表面改性或多種表面技術(shù)復(fù)合處理，改變固體金屬表面或非金屬改性或多種表面技術(shù)復(fù)合處理，改變固體金屬表面或非金屬表面的形態(tài)、化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀況，以獲得所需表面的形態(tài)、化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀況，以獲得所需要表面性能的系統(tǒng)工程。（對象、途徑要表面性能的系統(tǒng)工程。（對象、途徑(tjng)(tjng)、目的）、目的）o The design of surface and substrate together as a The design of surface and s

3、ubstrate together as a functionally graded system to give a cost effective functionally graded system to give a cost effective performance enhancement of which neither is capable performance enhancement of which neither is capable on its own.on its own.第三頁，共19頁。第四頁，共19頁。應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域o 對于機械零件而言，表面工程主要用于提高

4、零件表面的耐磨性、對于機械零件而言，表面工程主要用于提高零件表面的耐磨性、耐蝕性、耐熱性、抗疲勞強度等性能，以保證現(xiàn)代機械在高速、耐蝕性、耐熱性、抗疲勞強度等性能，以保證現(xiàn)代機械在高速、高溫、高壓、重載以及強腐蝕介質(zhì)工況下可靠、持續(xù)運行；高溫、高壓、重載以及強腐蝕介質(zhì)工況下可靠、持續(xù)運行；o 對于電子電器元件，表面工程主要用于提高元器件的電、光、聲對于電子電器元件，表面工程主要用于提高元器件的電、光、聲、磁等特殊物理性能，以滿足現(xiàn)代電子產(chǎn)品容量大、傳輸快、體、磁等特殊物理性能，以滿足現(xiàn)代電子產(chǎn)品容量大、傳輸快、體積小、轉(zhuǎn)換率高、可靠性高的要求；積小、轉(zhuǎn)換率高、可靠性高的要求；o 對于機電產(chǎn)品的

5、包裝及工藝品，表面工程主要用于提高表面的耐對于機電產(chǎn)品的包裝及工藝品，表面工程主要用于提高表面的耐腐蝕性和美觀性，以實現(xiàn)機電產(chǎn)品的優(yōu)異性能、藝術(shù)造型與絢麗腐蝕性和美觀性，以實現(xiàn)機電產(chǎn)品的優(yōu)異性能、藝術(shù)造型與絢麗外表外表(wibio)的完美結(jié)合；的完美結(jié)合；o 對生物材料，主要用于提高人造骨骼等人體植入物的耐磨性、耐對生物材料，主要用于提高人造骨骼等人體植入物的耐磨性、耐蝕性，尤其是生物相容性，以保證患者的健康，提高生活質(zhì)量。蝕性，尤其是生物相容性，以保證患者的健康，提高生活質(zhì)量。第五頁，共19頁。1.2表面工程技術(shù)表面工程技術(shù)(jsh)的特點的特點o 獲得優(yōu)良的表面力學(xué)性能獲得優(yōu)良的表面力學(xué)性

6、能(高硬、耐磨、抗疲勞高硬、耐磨、抗疲勞、抗沖蝕、低摩擦系數(shù)、自潤滑等、抗沖蝕、低摩擦系數(shù)、自潤滑等) ；o 獲得優(yōu)良的表面物理功能獲得優(yōu)良的表面物理功能(吸波、導(dǎo)波、超導(dǎo)、吸波、導(dǎo)波、超導(dǎo)、軟磁、硬磁、電磁屏蔽、光軟磁、硬磁、電磁屏蔽、光-電轉(zhuǎn)換、壓電陶瓷電轉(zhuǎn)換、壓電陶瓷薄膜、低膨脹系數(shù)等薄膜、低膨脹系數(shù)等) ；o 獲得優(yōu)良的表面化學(xué)性能獲得優(yōu)良的表面化學(xué)性能(防銹、耐蝕、殺菌、防銹、耐蝕、殺菌、仿生物污染、自潔凈等仿生物污染、自潔凈等) ；o 獲得優(yōu)良的表面熱性能獲得優(yōu)良的表面熱性能(耐熱、吸熱、導(dǎo)熱耐熱、吸熱、導(dǎo)熱(dor)、阻熱及熱反射等、阻熱及熱反射等)。第六頁，共19頁?！氨砻婀こ?/p>

7、技術(shù)表面工程技術(shù)” 課程，主要包括課程，主要包括(boku)兩兩部分內(nèi)容部分內(nèi)容o 表面工程原理表面工程原理:主要包括表面晶體學(xué)、表面動力學(xué)、表面熱主要包括表面晶體學(xué)、表面動力學(xué)、表面熱力學(xué)和薄膜物理。主要討論固體材料的表面與界面力學(xué)和薄膜物理。主要討論固體材料的表面與界面, 涉及到涉及到固態(tài)的自由表面固態(tài)的自由表面, 固固-氣界面、固氣界面、固-固界面等固界面等,并以晶態(tài)物質(zhì)并以晶態(tài)物質(zhì)的表面與界面為主要研究對象。從理論體系來看，表面工程的表面與界面為主要研究對象。從理論體系來看，表面工程原理的研究內(nèi)容，包括微觀理論與宏觀理論。微觀理論主要原理的研究內(nèi)容，包括微觀理論與宏觀理論。微觀理論主要

8、指在原子、分子指在原子、分子(fnz)水平上運用經(jīng)典理論和原子理論研水平上運用經(jīng)典理論和原子理論研究固體表面的組成，原子結(jié)構(gòu)及輸送現(xiàn)象、電子結(jié)構(gòu)與電子究固體表面的組成，原子結(jié)構(gòu)及輸送現(xiàn)象、電子結(jié)構(gòu)與電子運動及其對表面宏觀性質(zhì)的影響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另一方面在宏觀尺度上, 從能量的角度研究一系列的表面現(xiàn)象從能量的角度研究一系列的表面現(xiàn)象, 在實驗的基礎(chǔ)上建立在實驗的基礎(chǔ)上建立相應(yīng)的基本方程。相應(yīng)的基本方程。第七頁，共19頁。o表面工程技術(shù)表面工程技術(shù)(工藝工藝):主要研究主要研究o 1)表面涂層材料的制備與合成技術(shù)；表面涂層材料的制備與合成技術(shù)；o 2)表面涂層

9、材料的成分表面涂層材料的成分(chng fn)、組織及結(jié)構(gòu)分析；、組織及結(jié)構(gòu)分析； o 3)表面涂層材料的性能測試與評價；表面涂層材料的性能測試與評價；o 4)表面涂層材料的質(zhì)量控制與循環(huán)再利用。表面涂層材料的質(zhì)量控制與循環(huán)再利用。o表面工程技術(shù)有著悠久的歷史，例如人們熟知的滲碳、氮化、碳表面工程技術(shù)有著悠久的歷史，例如人們熟知的滲碳、氮化、碳氮共滲，以及鍍鉻、表面涂裝等技術(shù)，對改善工件的使用性能、氮共滲，以及鍍鉻、表面涂裝等技術(shù)，對改善工件的使用性能、提高工件的使用壽命和可靠性起到重要作用。近二三十年來，由提高工件的使用壽命和可靠性起到重要作用。近二三十年來，由于多種高新技術(shù)的交叉與滲透以及

10、表面工程技術(shù)自身的不斷完善于多種高新技術(shù)的交叉與滲透以及表面工程技術(shù)自身的不斷完善與發(fā)展，使表面工程技術(shù)在材料科學(xué)與工程領(lǐng)域中迅速崛起，成與發(fā)展，使表面工程技術(shù)在材料科學(xué)與工程領(lǐng)域中迅速崛起，成為國民經(jīng)濟發(fā)展和國防建設(shè)中最為重要的工程技術(shù)之一。為國民經(jīng)濟發(fā)展和國防建設(shè)中最為重要的工程技術(shù)之一。第八頁，共19頁。表面工程技術(shù)幾乎可以制備、合成能夠滿足各種特殊需求表面工程技術(shù)幾乎可以制備、合成能夠滿足各種特殊需求(xqi)的表面材料，改善和提高材料表面性能。的表面材料，改善和提高材料表面性能。o 獲得優(yōu)良的表面力學(xué)性能獲得優(yōu)良的表面力學(xué)性能(高硬、耐磨、抗疲勞、抗沖蝕、高硬、耐磨、抗疲勞、抗沖蝕、

11、低摩擦系數(shù)、自潤滑等低摩擦系數(shù)、自潤滑等) ；o 獲得優(yōu)良的表面物理功能獲得優(yōu)良的表面物理功能(吸波、導(dǎo)波、超導(dǎo)、軟磁、硬磁吸波、導(dǎo)波、超導(dǎo)、軟磁、硬磁、電磁屏蔽、光、電磁屏蔽、光-電轉(zhuǎn)換、壓電陶瓷薄膜、低膨脹系數(shù)電轉(zhuǎn)換、壓電陶瓷薄膜、低膨脹系數(shù)(png zhng xsh)等等) ；o 獲得優(yōu)良的表面化學(xué)性能獲得優(yōu)良的表面化學(xué)性能(防銹、耐蝕、殺菌、仿生物污染防銹、耐蝕、殺菌、仿生物污染、自潔凈等、自潔凈等) ；o 獲得優(yōu)良的表面熱性能獲得優(yōu)良的表面熱性能(耐熱、吸熱、導(dǎo)熱、阻熱及熱反射耐熱、吸熱、導(dǎo)熱、阻熱及熱反射等等)。第九頁，共19頁。新趨勢新趨勢(qsh)：o表面工程技術(shù)還在金剛石薄膜

12、、薄膜半導(dǎo)體、化合物超導(dǎo)薄膜、表面工程技術(shù)還在金剛石薄膜、薄膜半導(dǎo)體、化合物超導(dǎo)薄膜、肌體相容性人造骨骼表面處理等方面顯示了極大的優(yōu)越性。肌體相容性人造骨骼表面處理等方面顯示了極大的優(yōu)越性。o表面工程技術(shù)不僅明顯提高了產(chǎn)品質(zhì)量，延長了使用壽命，而且表面工程技術(shù)不僅明顯提高了產(chǎn)品質(zhì)量，延長了使用壽命，而且可以節(jié)省大量昂貴稀缺的材料資源，降低了產(chǎn)品的造價?？梢怨?jié)省大量昂貴稀缺的材料資源，降低了產(chǎn)品的造價。o表面工程技術(shù)之所以受到廣泛重視并得到迅速表面工程技術(shù)之所以受到廣泛重視并得到迅速(xn s)發(fā)展，發(fā)展，除了具有較大的工程應(yīng)用價值和經(jīng)濟意義，更重要的是表面工程除了具有較大的工程應(yīng)用價值和經(jīng)濟意

13、義，更重要的是表面工程技術(shù)在支撐現(xiàn)代文明的技術(shù)在支撐現(xiàn)代文明的“信息科學(xué)、生物科學(xué)和材料科學(xué)信息科學(xué)、生物科學(xué)和材料科學(xué)”三大三大技術(shù)領(lǐng)域中，起到了塊體材料不可替代的作用技術(shù)領(lǐng)域中，起到了塊體材料不可替代的作用 。第十頁，共19頁。地位地位(dwi)：o 由于航天航空工程、海洋與船舶工程、電子工程和由于航天航空工程、海洋與船舶工程、電子工程和生物工程對高新材料的迫切需求，推動了表面工程生物工程對高新材料的迫切需求，推動了表面工程技術(shù)的長足發(fā)展，從而技術(shù)的長足發(fā)展，從而(cng r)在在20世紀世紀80年年代使表面工程技術(shù)成為世界十大關(guān)鍵制造技術(shù)之一代使表面工程技術(shù)成為世界十大關(guān)鍵制造技術(shù)之一。

14、o 表面工程技術(shù)是當今科學(xué)研究、高新技術(shù)發(fā)展和機表面工程技術(shù)是當今科學(xué)研究、高新技術(shù)發(fā)展和機械工程應(yīng)用中新材料制備的主要方法，因此了解表械工程應(yīng)用中新材料制備的主要方法，因此了解表面工程技術(shù)的基本原理及其應(yīng)用，對全面了解和掌面工程技術(shù)的基本原理及其應(yīng)用，對全面了解和掌握材料科學(xué)知識有重要意義。握材料科學(xué)知識有重要意義。第十一頁，共19頁。1.3 分類分類(fn li) 按介質(zhì)形態(tài)分類按介質(zhì)形態(tài)分類(fn li)，最一般的分類，最一般的分類(fn li)方方法是按介質(zhì)形態(tài)分為濕法工藝法是按介質(zhì)形態(tài)分為濕法工藝(Wet Process)和干法和干法工藝工藝(Dry Process)：濕法工藝包括水

15、溶液、熔鹽和有機溶液的表面處理。濕法工藝包括水溶液、熔鹽和有機溶液的表面處理。干法工藝則包括氣相和固相介質(zhì)的表面處理，例如干法工藝則包括氣相和固相介質(zhì)的表面處理，例如PVD (Physical Vapor Deposition)、CVD (Chemical Vapor Deposition)，熱噴涂，各種，熱噴涂，各種氣相、固相的表面擴散，高能束氣相、固相的表面擴散，高能束(激光束、離子束、電激光束、離子束、電子束子束)表面處理，自蔓燃表面涂層合成等。表面處理，自蔓燃表面涂層合成等。第十二頁，共19頁。按沉積物尺寸按沉積物尺寸(ch cun)分類分類 離子鍍的創(chuàng)始人托馬克斯離子鍍的創(chuàng)始人托馬克斯(D. M. Mattox)，按沉積，按沉積物尺寸將表面工程技術(shù)分為四大類：物尺寸將表面工程技術(shù)分為四大類：原子沉積物原子沉積物(電鍍，電鍍，PVD、CVD，等離子體，等離子體(dnglzt)聚合，分子束外