現(xiàn)代表面處理技術(shù)市公開(kāi)課一等獎(jiǎng)省賽課獲獎(jiǎng)?wù)n件

當(dāng)代表面處理技術(shù)

劉新佳9月/10/101現(xiàn)代表面處理技術(shù)第1頁(yè)教材及參考資料教材：當(dāng)代表面技術(shù)，錢(qián)苗根等，機(jī)工版，參考資料：1.當(dāng)代表面工程技術(shù),董允,張延森，機(jī)工版，19992.面向二十一世紀(jì)表面工程，徐濱士，機(jī)工版，19973.表面工程手冊(cè)，李國(guó)英主編，機(jī)工版，19984.表面涂層技術(shù)，陳學(xué)定，韓文政，機(jī)工版，19945.表面工程與維修，徐濱士，朱紹華等，機(jī)工版，1996/10/102現(xiàn)代表面處理技術(shù)第2頁(yè)教學(xué)目1.系統(tǒng)地掌握當(dāng)代表面處理技術(shù)基本原理；2.能合理選擇并應(yīng)用這些新表面工程技術(shù)；3.處理材料表面硬度、強(qiáng)度、耐磨性與心部強(qiáng)韌性之間矛盾；4.充分發(fā)揮材料性能潛力；5.延長(zhǎng)產(chǎn)品使用壽命和提升產(chǎn)品質(zhì)量。/10/103現(xiàn)代表面處理技術(shù)第3頁(yè)第一章表面技術(shù)概論第一節(jié)表面技術(shù)及其發(fā)展背景

19世紀(jì)工業(yè)革命以來(lái)，為適應(yīng)高強(qiáng)度、高硬度和耐磨、耐蝕、耐高溫等特殊要求，需不停開(kāi)發(fā)各種特殊合金材料，但這些材料往往價(jià)格昂貴。所以，人們?cè)噲D采取各種表面技術(shù)對(duì)普通鋼材表面進(jìn)行加工，改變其表面性能，以適應(yīng)復(fù)雜工作環(huán)境。另外，磨損、腐蝕等失效都是首先發(fā)生在材料表面，經(jīng)過(guò)對(duì)材料表面進(jìn)行有效處理，可極大地提升材料壽命?；谶@么背景，逐步形成了一門(mén)新興學(xué)科——表面工程學(xué)。/10/104現(xiàn)代表面處理技術(shù)第4頁(yè)表面工程概念提出始于20世紀(jì)80年代。1983年英國(guó)T·Bel教授首先提出了表面工程概念。表面工程學(xué)科發(fā)展主要標(biāo)志是1983年英國(guó)伯明翰大學(xué)沃福森表面工程研究所建立和1985年國(guó)際刊物《表面工程》發(fā)行。1986年10月國(guó)際熱處理聯(lián)合會(huì)決定接收表面工程概念，并把自己會(huì)名改為國(guó)際熱處理及表面工程聯(lián)合會(huì)。/10/105現(xiàn)代表面處理技術(shù)第5頁(yè)一、什么是表面技術(shù)從廣義上講，表面技術(shù)是直接與各種表面現(xiàn)象或過(guò)程相關(guān)，能為人類造?；虮蝗藗兝眉夹g(shù)。任何表面在通常情況下實(shí)際上都是界面。兩種不一樣相之間交界，稱為界面，在任何兩相界面上都能夠發(fā)生復(fù)雜物理或化學(xué)現(xiàn)象，總稱為表面現(xiàn)象。固體材料界面有三種：表面——固體材料與氣體或液體分界面。晶界（或亞晶界）——多晶體內(nèi)部成份、結(jié)構(gòu)相同而取向不一樣晶粒（或亞晶）之間界面。相界——固體材料中成份、結(jié)構(gòu)不一樣兩相之間界面。表面技術(shù)主要包含：表面覆蓋（在材料表面施加各種覆蓋層）、表面改性、表面加工以及表面濕潤(rùn)、表面催化、膜技術(shù)等。/10/106現(xiàn)代表面處理技術(shù)第6頁(yè)二、使用表面技術(shù)目標(biāo)1.提升材料抵抗環(huán)境能力，同時(shí)含有裝飾效果。經(jīng)過(guò)使用表面技術(shù)，能夠提升材料在各種介質(zhì)（如空氣、淡水、海水、土壤、酸、堿、鹽等）中耐蝕性，還能夠提升材料表面硬度，從而提升材料耐磨性以及耐疲勞性。有不銹鋼鏡面板;不銹鋼絲紋板;不銹鋼刻花板;不銹鋼彩色板;著色鋁合金制品;彩色鋼板;金屬表面仿金電鍍層等。/10/107現(xiàn)代表面處理技術(shù)第7頁(yè)2.賦予材料表面某種功效特征。包含光、熱、電、磁、聲、吸附、分離等各種物理和化學(xué)特征。3.實(shí)施特定表面加工來(lái)制造構(gòu)件、零部件和元器件等。4.修補(bǔ)金屬表面缺點(diǎn)和磨損普遍采取熱噴涂技術(shù)修復(fù)磨損件。刷鍍是修補(bǔ)金屬表面磨損比較廉價(jià)伎倆。特點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，操作靈活，適于野外和現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)，尤其是對(duì)于大型、精密設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)不解體修復(fù)，更含有獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)前刷鍍技術(shù)已廣泛用于修復(fù)加工超差件，以及工件表面磨損、凹坑和斑蝕等缺點(diǎn)部位。/10/108現(xiàn)代表面處理技術(shù)第8頁(yè)三、表面技術(shù)快速發(fā)展原因首先，表面工程技術(shù)屬性是其快速發(fā)展基礎(chǔ)。表面工程含有學(xué)科綜合性、伎倆多樣性、廣泛功效性、潛在創(chuàng)新性、環(huán)境保護(hù)性、很強(qiáng)實(shí)用性和巨大增效性。因而受到各行各業(yè)重視。表面工程技術(shù)既可對(duì)材料表面改性，制備多功效（防腐、耐磨、耐熱、耐高溫、耐疲勞、耐輻射、抗氧化以及光、熱、磁、電等特殊功效）涂、鍍、滲、覆層，成倍延長(zhǎng)機(jī)件壽命；又可對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行裝飾；還可對(duì)廢舊機(jī)件進(jìn)行修復(fù)。采取表面工程辦法費(fèi)用，普通即使占產(chǎn)品價(jià)格5％～10％，卻能夠大幅度地提升產(chǎn)品性能及附加值，從而取得更高利潤(rùn)，采取表面工程辦法平均效益高達(dá)5～20倍以上。/10/109現(xiàn)代表面處理技術(shù)第9頁(yè)其次，當(dāng)代工業(yè)需求是表面工程快速發(fā)展動(dòng)力。當(dāng)代工業(yè)發(fā)展對(duì)機(jī)電產(chǎn)品提出了更高要求，體積要小巧，外形要美觀，而且能在高溫、高速、重載以及腐蝕介質(zhì)、惡劣環(huán)境下可靠連續(xù)地工作。比如：①汽車輕量化→鋁合金→表面耐磨問(wèn)題突出→表面耐磨涂層/10/1010現(xiàn)代表面處理技術(shù)第10頁(yè)②火箭發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管內(nèi)壁和燃燒室：需承受～3300℃溫度和巨大熱焰流沖擊；飛船或者洲際導(dǎo)彈頭部錐體和翼前沿：因?yàn)楹袔资兑羲?，并與大氣層摩擦，即所謂氣動(dòng)加熱，其溫度高達(dá)4000～5000℃：?jiǎn)栴}：絕大多數(shù)金屬和合金不能承受如此高溫度。處理問(wèn)題方法：依靠各種形式隔熱涂層、防火涂層和燒蝕涂層。隔熱防火涂層是熱導(dǎo)率低氧化物：氧化鋁、氧化鋯、氧化釷等。燒蝕涂層：有機(jī)材料加石英纖維、陶瓷纖維或碳纖維。/10/1011現(xiàn)代表面處理技術(shù)第11頁(yè)③航天飛機(jī)外殼防熱材料和涂層：如美國(guó)洛克希德導(dǎo)彈與航天企業(yè)開(kāi)發(fā)了一個(gè)LI-900全氧化硅絕熱氈特征：1）重量輕，整個(gè)體積95%都是空。2）

為防水、耐蝕以及散熱，表面加涂了一個(gè)碳化硅涂層，該涂層可把90%入射熱反射掉，而剩下10%幾乎都被氧化硅氈所隔絕。/10/1012現(xiàn)代表面處理技術(shù)第12頁(yè)/10/1013現(xiàn)代表面處理技術(shù)第13頁(yè)④人造衛(wèi)星在宇宙中溫度控制：?jiǎn)栴}：衛(wèi)星表面受太陽(yáng)照射一面溫度可達(dá)+200℃，沒(méi)有被太陽(yáng)照射一面溫度可低到-200℃/10/1014現(xiàn)代表面處理技術(shù)第14頁(yè)⑤在太陽(yáng)能利用中，必須利用涂層來(lái)吸收太陽(yáng)光譜中全部波段能量。

如用電子束蒸鍍金屬陶瓷層Co-Al2O3作為太陽(yáng)能吸熱器，使對(duì)太陽(yáng)能吸收率可達(dá)95%/10/1015現(xiàn)代表面處理技術(shù)第15頁(yè)美國(guó)B-2隱形轟炸機(jī)表面為含有良好吸波性能碳纖維復(fù)合材料/10/1016現(xiàn)代表面處理技術(shù)第16頁(yè)第三，環(huán)境保護(hù)緊迫性是促進(jìn)表面工程快速發(fā)展時(shí)代要求。表面工程能大量節(jié)約能源、節(jié)約資源、保護(hù)和優(yōu)化環(huán)境。表面工程最大優(yōu)勢(shì)是能夠以各種方法制備出優(yōu)于基材性能表面功效薄層。該薄層厚度普通從幾十微米到幾毫米，僅占工件厚度幾百分之一到幾十分之一，卻使工件含有了比基材更高耐磨性、抗腐蝕性和耐高溫性能。/10/1017現(xiàn)代表面處理技術(shù)第17頁(yè)在熱工設(shè)備及高溫環(huán)境下，用表面處理技術(shù)在設(shè)備、管道及部件上施加隔熱涂層，可降低熱損失。在高、中溫爐內(nèi)壁涂以遠(yuǎn)紅外輻射涂層可節(jié)電約30％。用表面沉積鉻層塑料部件替換汽車上一些金屬部件如格板等，可減輕汽車質(zhì)量，增加單位燃料平均行駛里程，也可間接收到節(jié)能效果。廣泛應(yīng)用電鍍工藝產(chǎn)生大量工業(yè)廢水，造成環(huán)境污染，沉積新技術(shù)可部份取代電鍍，有利于環(huán)境保護(hù)。/10/1018現(xiàn)代表面處理技術(shù)第18頁(yè)韓國(guó)“美女”都是人造？

10/10/19現(xiàn)代表面處理技術(shù)第19頁(yè)隆鼻材料10/10/20現(xiàn)代表面處理技術(shù)第20頁(yè)

為了改進(jìn)人工植入材料與肌體生物相容性，需在植入材料制成器件上沉積第三種材料薄膜。10/10/21現(xiàn)代表面處理技術(shù)第21頁(yè)第四，當(dāng)代科技結(jié)果為表面工程快速發(fā)展提供了技術(shù)支撐。計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用和推廣，提升了表面工程技術(shù)設(shè)備自動(dòng)化程度，改進(jìn)了表面涂層制備效率和質(zhì)量，使得表面工程技術(shù)設(shè)計(jì)可用數(shù)值模擬方法。新能源和新材料等技術(shù)發(fā)展，加速了表面工程技術(shù)發(fā)展。比如，離子束、電子束和激光束三束技術(shù)發(fā)展，使得含有高效率和高質(zhì)量高密度能源表面涂覆和強(qiáng)化成本越來(lái)越低；采取納米級(jí)材料添加劑減摩技術(shù)能夠在摩擦部件動(dòng)態(tài)工作中智能地修復(fù)零件表面缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)材料磨損部位原位自動(dòng)修復(fù)，并使裂紋自愈合；用電刷鍍制備含納米金剛石粉末涂層方法能夠用來(lái)修復(fù)模具，延長(zhǎng)使用壽命，是模具修復(fù)一項(xiàng)突破；各種陶瓷材料、非晶態(tài)材料、高分子材料等也將不停地被應(yīng)用于表面工程中。/10/1022現(xiàn)代表面處理技術(shù)第22頁(yè)第二節(jié)表面工程技術(shù)學(xué)科體系

表面工程技術(shù)能夠從不一樣角度進(jìn)行歸納分類。從材料科學(xué)角度，按沉積物尺寸進(jìn)行，表面工程技術(shù)能夠分為以下四種基本類型：（1）原子沉積。以原子、離子、分子和粒子集團(tuán)等原子尺度粒子形態(tài)在基體上凝聚，然后成核、長(zhǎng)大，最終形成薄膜。被吸附粒子處于快冷非平衡態(tài)，沉積層中有大量結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)。沉積層常和基體反應(yīng)生成復(fù)雜界面層。凝聚成核及長(zhǎng)大模式，決定著涂層顯微結(jié)構(gòu)和晶型。電鍍、化學(xué)鍍、真空蒸鍍、濺射、離子鍍、物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、等離子聚合、分子束外延等均屬這類。

/10/1023現(xiàn)代表面處理技術(shù)第23頁(yè)（2）顆粒沉積。以宏觀尺度熔化液滴或細(xì)小固體顆粒在外力作用下于基體材料表面凝聚、沉積或燒結(jié)。涂層顯微結(jié)構(gòu)取決于顆粒凝固或燒結(jié)情況。熱噴涂、搪瓷涂敷等都屬這類。（3）整體覆蓋。欲涂覆材料于同一時(shí)間施加于基體表面。如包箔、貼片、熱浸鍍、涂刷、堆焊等。/10/1024現(xiàn)代表面處理技術(shù)第24頁(yè)（4）表面改性。用離子處理、表面熱處理、機(jī)械處理及化學(xué)處理等方法處理表面，改變材料表面組成及性質(zhì)。如化學(xué)轉(zhuǎn)化膜、噴丸強(qiáng)化、激光表面處理、電子束表面處理、離子注入等。/10/1025現(xiàn)代表面處理技術(shù)第25頁(yè)實(shí)際上，表面工程技術(shù)有著廣泛涵義，綜合來(lái)看，大致上可分為以下幾個(gè)部分：（1）表面工程基礎(chǔ)理論。它主要有表面失效分析理論、表面摩擦與磨損理論、表面腐蝕與防護(hù)理論、表面(界面)結(jié)合與復(fù)合理論等。它對(duì)表面工程技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用有著直接、主要影響。/10/1026現(xiàn)代表面處理技術(shù)第26頁(yè)（2）表面處理技術(shù)。它又包含表面覆蓋技術(shù)、表面改性技術(shù)和復(fù)合表面處理技術(shù)三部分。表面覆蓋技術(shù)主要有電鍍、電刷鍍、化學(xué)鍍、涂裝、粘結(jié)、堆焊、熔結(jié)、熱噴涂、塑料涂敷、電火花涂敷、熱浸鍍、搪瓷涂敷、陶瓷涂敷、真空蒸鍍、濺射鍍、離子鍍、化學(xué)氣相沉積、分子束外延、離子束合成薄膜技術(shù)、化學(xué)轉(zhuǎn)化膜、熱燙印和暫時(shí)性覆蓋處理等。表面改性技術(shù)主要有噴丸強(qiáng)化、表面擴(kuò)滲、表面熱處理、激光表面處理、電子束表面處理、高密度太陽(yáng)能表面處理和離子注入等。復(fù)合表面處理技術(shù)是綜合利用兩種或更各種表面處理技術(shù)。/10/1027現(xiàn)代表面處理技術(shù)第27頁(yè)（4）表面分析和測(cè)試技術(shù)。它主要有表面形貌和顯微組織結(jié)構(gòu)分析、表面成份分析、表面原子排列結(jié)構(gòu)分析、表面原子動(dòng)態(tài)和受激態(tài)分析和表面電子結(jié)構(gòu)分析等。（3）表面加工技術(shù)。它主要有表面預(yù)處理加工、表面層機(jī)械加工和表面層特種加工等。（5）表面工程技術(shù)設(shè)計(jì)。它主要有表面層材料設(shè)計(jì)、表面層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、表面工藝設(shè)計(jì)和表面工程經(jīng)濟(jì)分析等。/10/1028現(xiàn)代表面處理技術(shù)第28頁(yè)第三節(jié)表面工程技術(shù)應(yīng)用一、表面技術(shù)在結(jié)構(gòu)材料上應(yīng)用材料依據(jù)所起作用大致能夠分為結(jié)構(gòu)材料和功效材料兩大類。結(jié)構(gòu)材料主要用來(lái)制造工程建筑中構(gòu)件、機(jī)械裝備中零部件以及工具、模具等，在性能上以力學(xué)性能為主，同時(shí)在許多場(chǎng)所又要求兼有良好耐蝕性和裝飾性。表面技術(shù)在這方面主要起著防護(hù)、耐磨、強(qiáng)化、修復(fù)、裝飾等主要作用。/10/1029現(xiàn)代表面處理技術(shù)第29頁(yè)

表面防護(hù)主要指材料表面預(yù)防化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕等能力。腐蝕問(wèn)題是普遍存在。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界現(xiàn)存鋼鐵及金屬設(shè)備每年腐蝕率約為10%，金屬腐蝕直接損失占國(guó)民生產(chǎn)總值1%，而發(fā)達(dá)國(guó)家高達(dá)2%～4%，超出水災(zāi)、火災(zāi)、地震和颶風(fēng)等所造成總和。金屬腐蝕間接損失不易計(jì)算，普通認(rèn)為最少為直接損失3～5倍。處理腐蝕問(wèn)題慣用方法主要有：用價(jià)廉金屬定時(shí)更換舊腐蝕件；使用表面技術(shù)或改變材料表面成份和結(jié)構(gòu)或施加覆蓋層來(lái)顯著提升材料或制件防護(hù)能力。使用表面技術(shù)預(yù)防腐蝕是當(dāng)代防腐主要和根本方法。/10/1030現(xiàn)代表面處理技術(shù)第30頁(yè)

耐磨主要指材料在一定摩擦條件下抵抗磨損能力。同腐蝕一樣，磨損也是從表面開(kāi)始，所以，采取各種表面技術(shù)是提升材料或制件耐磨性有效路徑之一。

強(qiáng)化主要指經(jīng)過(guò)各種表面強(qiáng)化處理來(lái)提升材料表面抵抗除腐蝕和磨損之外環(huán)境作用能力。疲勞破壞也是從材料表面開(kāi)始，經(jīng)過(guò)各種表面技術(shù)能夠顯著提升材料疲勞強(qiáng)度。經(jīng)過(guò)合理選材和表面強(qiáng)化處理，能夠滿足許多制品表面強(qiáng)度和硬度高、心部韌性好長(zhǎng)使用壽命要求。/10/1031現(xiàn)代表面處理技術(shù)第31頁(yè)

在工程上，許多零部件因表面強(qiáng)度、硬度、耐磨性等不足而逐步磨損、剝落、銹蝕，使外形變小以致尺寸超差或強(qiáng)度降低，最終不能使用。許多表面技術(shù)如堆焊、電刷鍍、熱噴涂、電鍍、粘結(jié)等，含有修復(fù)功效，不但可修復(fù)尺寸精度，而且往往還可提升表面性能，延長(zhǎng)使用壽命。/10/1032現(xiàn)代表面處理技術(shù)第32頁(yè)表面裝飾主要包含光亮（鏡面、全光亮、亞光、光亮緞狀，無(wú)光亮緞狀等）、色澤（各種顏色和多彩等）、花紋（各種平面花紋，刻花和浮雕等）、仿照（仿貴金屬、仿大理石、仿花崗石等）多方面特征。用恰當(dāng)表面技術(shù)，可對(duì)各種材料表面裝飾，不但方便、高效，而且美觀、經(jīng)濟(jì)，故應(yīng)用廣泛。/10/1033現(xiàn)代表面處理技術(shù)第33頁(yè)二、表面技術(shù)在功效材料和元器件上應(yīng)用功效材料主要指那些含有優(yōu)良物理、化學(xué)和生物等功效及其相互轉(zhuǎn)化功效，而被用于非結(jié)構(gòu)目標(biāo)高技術(shù)材料。功效材料慣用來(lái)制造各種裝備中含有獨(dú)特功效關(guān)鍵部件。功效材料與結(jié)構(gòu)材料相比，除了二者性能上差異和用途不一樣之外，另一個(gè)主要特點(diǎn)是材料通常與元器件“一體化”，即功效材料常以元器件形式對(duì)其性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。確切地說(shuō)，并非結(jié)構(gòu)材料以外材料都可稱為功效材料。/10/1034現(xiàn)代表面處理技術(shù)第34頁(yè)

材料許多性質(zhì)和功效與表面組織結(jié)構(gòu)親密相關(guān)，因而經(jīng)過(guò)各種表面技術(shù)可制備或改進(jìn)一系列功效材料及其元器件。因?yàn)楸砻婕夹g(shù)有了很大改進(jìn)，材料表面成份和結(jié)構(gòu)可得到嚴(yán)格控制，同時(shí)又能進(jìn)行高精度微細(xì)加工，因而許多電子元器件不但可做得越來(lái)越小，大大縮小了產(chǎn)品體積和減輕了重量，而且生產(chǎn)重復(fù)性、成品率和產(chǎn)品可靠性、穩(wěn)定性都取得顯著提升。/10/1035現(xiàn)代表面處理技術(shù)第35頁(yè)使用表面技術(shù)可制備或改進(jìn)含有光學(xué)特征功效材料及其元器件。如含有光反射性反射鏡，含有光防反射性防眩零件，含有光增透性激光材料增透膜，含有光選擇經(jīng)過(guò)反射紅外線、透過(guò)可見(jiàn)光透明隔熱膜，含有分光性用多層介質(zhì)膜組成分光鏡，含有光選擇吸收太陽(yáng)能選擇吸收膜，含有偏光性起偏器，能發(fā)光光致發(fā)光材料，含有光記憶薄膜光致材料等。/10/1036現(xiàn)代表面處理技術(shù)第36頁(yè)使用表面技術(shù)可制備或改進(jìn)含有電學(xué)特征功效材料及其元器件。如含有導(dǎo)電性表面導(dǎo)電玻璃，含有超導(dǎo)性用表面擴(kuò)散制成Nb-Sn線材，含有約瑟夫遜效應(yīng)約瑟夫遜器件，含有各種電阻特征膜電阻材料，含有絕緣性絕緣涂層，含有半導(dǎo)性半導(dǎo)體材料（膜），含有波導(dǎo)性波導(dǎo)管，含有低接觸電阻特征開(kāi)關(guān)等。/10/1037現(xiàn)代表面處理技術(shù)第37頁(yè)使用表面技術(shù)可制備或改進(jìn)含有磁學(xué)特征功效材料及其元器件。如含有存放記憶磁泡材料，含有磁統(tǒng)計(jì)磁統(tǒng)計(jì)介質(zhì)，含有電磁屏蔽電磁屏蔽材料等。使用表面技術(shù)可制備或改進(jìn)含有聲學(xué)特征功效材料及其元器件。如含有聲反射和聲吸收吸聲涂層，含有聲表面波聲表面波器件等。/10/1038現(xiàn)代表面處理技術(shù)第38頁(yè)使用表面技術(shù)可制備或改進(jìn)含有熱學(xué)特征功效材料及其元器件。如含有導(dǎo)熱性散熱材料，含有熱反射性熱反射鍍膜玻璃，含有耐熱性和蓄熱性集熱板，含有熱膨脹性雙金屬溫度計(jì)，含有保溫性和絕緣性保溫材料，含有耐熱性耐熱涂層，含有吸熱性吸熱材料等。使用表面技術(shù)可制備或改進(jìn)含有化學(xué)特征功效材料及其元器件。如含有選擇過(guò)濾性分離膜材料，含有活性活性劑，含有耐蝕性防護(hù)涂層，含有防沾污性醫(yī)療器件，含有殺菌性餐具鍍銀等。/10/1039現(xiàn)代表面處理技術(shù)第39頁(yè)使用表面技術(shù)可制備或改進(jìn)含有功效特征功效材料及其元器件。如能進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換薄膜太陽(yáng)能電池，能進(jìn)行電光轉(zhuǎn)換電致發(fā)光器件，能進(jìn)行熱電轉(zhuǎn)換電阻式溫度傳感器，能進(jìn)行電熱轉(zhuǎn)換薄膜加熱器，能進(jìn)行光熱轉(zhuǎn)換選擇性涂層，能進(jìn)行力熱轉(zhuǎn)換減振膜，能進(jìn)行力電轉(zhuǎn)換電容式壓力傳感器，能進(jìn)行磁光轉(zhuǎn)換磁光存貯器，能進(jìn)行光磁轉(zhuǎn)換光磁統(tǒng)計(jì)材料等。/10/1040現(xiàn)代表面處理技術(shù)第40頁(yè)三、表面技術(shù)在人類適應(yīng)、保護(hù)和優(yōu)化環(huán)境方面應(yīng)用用涂覆和氣相沉積等表面技術(shù)制成觸媒載體等是凈化大氣材料，可用來(lái)有效地處理CO2、NO2、SO2等有害氣體。用表面技術(shù)制成膜材料是主要凈化水質(zhì)材料，可用來(lái)處理污水、化學(xué)提純、水質(zhì)軟化、海水淡化等。/10/1041現(xiàn)代表面處理技術(shù)第41頁(yè)TiO2光催化劑含有凈化環(huán)境功效，能夠?qū)⒁恍┪廴疚镔|(zhì)分解掉，使之無(wú)害，同時(shí)又因有粉狀、粒狀和薄膜等形狀而易于利用。過(guò)渡金屬Ag、Pt、Cu、Zn等元素能增強(qiáng)TiO2光催化作用，而且有抗菌和滅菌作用，尤其是Ag和Cu。日本已利用表面技術(shù)開(kāi)發(fā)出一個(gè)把含有吸附蛋白質(zhì)能力磷灰石生長(zhǎng)在TiO2表面而制成高功效TiO2復(fù)合材料。它能夠完全分解吸附菌類物質(zhì)，不但能夠半永久性使用，而且還能夠制成纖維和紙，用作廣泛抗菌材料。/10/1042現(xiàn)代表面處理技術(shù)第42頁(yè)用表面技術(shù)制成吸附劑，能夠除去空氣、水、溶液中有害成份，而且含有除臭、吸濕等作用。在氨基甲酸乙酰泡沫上涂覆鐵粉，經(jīng)燒結(jié)后成為除臭劑，用于冰箱、廚房、廁所、汽車內(nèi)。用表面化學(xué)原理制成特定組合電極，可用來(lái)除去發(fā)電廠沉淀池、熱交換器、管道等內(nèi)部藻類污垢。遠(yuǎn)紅外光含有活化空氣和水功效，而活化空氣和水有利于人健康。在水凈化器中加上能活化水遠(yuǎn)紅外陶瓷涂層裝置，取得很好效果，已經(jīng)投入實(shí)際應(yīng)用。/10/1043現(xiàn)代表面處理技術(shù)第43頁(yè)含有一定理化性質(zhì)和生物相容性生物醫(yī)學(xué)材料已受到人們高度重視，而使用醫(yī)用涂層可在保持基體材料特征基礎(chǔ)上，或促進(jìn)基體表面生物學(xué)性質(zhì)，或阻隔基材離子向周圍組織溶出擴(kuò)散，或提升基體表面耐磨性、絕緣性等，有力促進(jìn)了生物醫(yī)學(xué)材料發(fā)展。在金屬材料上涂以生物陶瓷、用作人造骨、人造牙、植入裝置導(dǎo)線絕緣層等等。/10/1044現(xiàn)代表面處理技術(shù)第44頁(yè)當(dāng)前大量使用能源往往有嚴(yán)重污染，所以今后要大力推廣綠色能源，如太陽(yáng)能電池、磁流體發(fā)電、熱電半導(dǎo)體、海浪發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電等，以保護(hù)人類環(huán)境。表面技術(shù)是許多綠色能源裝置如太陽(yáng)能電池、太陽(yáng)能集熱管、半導(dǎo)體制冷器等制造主要基礎(chǔ)之一。用表面技術(shù)和其它技術(shù)制成磁性涂層敷在人體一定穴位，有治療疼痛、高血壓等功效。涂敷駐極體膜，含有促進(jìn)骨裂愈合等功效。/10/1045現(xiàn)代表面處理技術(shù)第45頁(yè)四、表面技術(shù)在研究和生產(chǎn)新型材料中應(yīng)用利用化學(xué)氣相沉積技術(shù)，在低壓或常壓條件就可制得金剛石薄膜新材料（過(guò)去制備金剛石材料在高溫高壓下進(jìn)行），為金剛石結(jié)構(gòu)，硬度高達(dá)80～100GPa，室溫?zé)釋?dǎo)率為銅2.7倍，有很好絕緣性和化學(xué)穩(wěn)定性，在很寬光波段范圍內(nèi)透明，有比Si、GaAs等半導(dǎo)體材料更寬禁帶寬度，在微電子技術(shù)、超大規(guī)模集成電路、光學(xué)、光電子等領(lǐng)域有良好應(yīng)用前景，有可能是Ge、Si、GaAs以后新一代半導(dǎo)體材料。/10/1046現(xiàn)代表面處理技術(shù)第46頁(yè)利用化學(xué)氣相沉積技術(shù)制備類金剛石碳膜新材料，是一個(gè)含有非晶態(tài)和微晶結(jié)構(gòu)含氫碳化膜，其一些性能靠近金剛石膜，如高硬度、高熱導(dǎo)率、高絕緣性、良好化學(xué)穩(wěn)定性、從紅外到紫外高光學(xué)透過(guò)率等，可考慮用作光學(xué)器件上保護(hù)膜和增透膜、工具耐磨層、真空潤(rùn)滑層等。利用氣相沉積技術(shù)制備立方氮化硼薄膜新材料，為立方結(jié)構(gòu)，硬度僅次于金剛石，而耐氧化性、耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)于金剛石，含有高電阻率、高熱導(dǎo)率，摻入一些雜質(zhì)可成為半導(dǎo)體，當(dāng)前正逐步用于半導(dǎo)體、電路基板、光電開(kāi)關(guān)及耐磨、耐熱、耐蝕涂層。/10/1047現(xiàn)代表面處理技術(shù)第47頁(yè)利用表面技術(shù)制備超微顆粒型新材料，尺寸范圍大致為1～100nm，（大于10μm顆粒稱為微粉，小于1nm顆粒稱為原子團(tuán)簇，處于1～100nm顆粒稱為納米微粒），其表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和量子效應(yīng)，使其在光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、力學(xué)、化學(xué)等方面有著許多奇異特征，如能顯著提升許多顆粒型材料活性和催化率，增大磁性顆粒磁統(tǒng)計(jì)密度，提升化學(xué)電池、燃料電池和光化學(xué)電池效率，增大對(duì)不一樣波段電磁波吸收能力等，它也可作為添加劑，制成導(dǎo)電合成纖維、橡膠、塑料或者成為藥劑載體，提升藥效等。/10/1048現(xiàn)代表面處理技術(shù)第48頁(yè)將利用表面技術(shù)制成小于15nm超微顆粒在高壓下壓制成型，或再經(jīng)一定熱處理工序后制成含有超細(xì)組織納米固體新材料，按材料屬性可分為納米金屬材料、納米陶瓷材料、納米復(fù)合材料和納米半導(dǎo)體材料等，其界面體積分?jǐn)?shù)很高，界面處原子間距分布與同成份普通固體材料有很大差異，如納米陶瓷有一定塑性，可進(jìn)行擠壓和軋制，然后退火使晶粒尺寸長(zhǎng)大到微米量級(jí)，又變成普通陶瓷；納米陶瓷有優(yōu)良導(dǎo)熱性；納米金屬有更高強(qiáng)度等，因而有廣泛應(yīng)用。/10/1049現(xiàn)代表面處理技術(shù)第49頁(yè)利用表面技術(shù)制備梯度功效新材料，是連續(xù)、平穩(wěn)改變非均質(zhì)材料，其組織連續(xù)改變，材料功效隨之改變，用于航空、航天領(lǐng)域，可有效地處理熱應(yīng)力緩解問(wèn)題，取得耐熱性與力學(xué)強(qiáng)度都優(yōu)異新功效，還可望在核工業(yè)、生物、傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)等許多領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。/10/1050現(xiàn)代表面處理技術(shù)第50頁(yè)第四節(jié)表面工程技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

一、研究復(fù)合表面技術(shù)

在單一表面技術(shù)發(fā)展同時(shí)，綜合利用兩種或各種表面技術(shù)復(fù)合表面技術(shù)（也稱第二代表面技術(shù)）有了快速發(fā)展。復(fù)合表面技術(shù)經(jīng)過(guò)最正確協(xié)同效益使工件材料表面體系在技術(shù)指標(biāo)、可靠性、壽命、質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性等方面取得最正確效果，克服了單一表面技術(shù)存在不足，處理了一系列工業(yè)關(guān)鍵技術(shù)和高新技術(shù)發(fā)展中特殊技術(shù)問(wèn)題。強(qiáng)調(diào)各種表面工程技術(shù)復(fù)合，是表面工程主要特色之一。/10/1051現(xiàn)代表面處理技術(shù)第51頁(yè)當(dāng)前，復(fù)合表面工程技術(shù)研究和應(yīng)用已取得了重大進(jìn)展，如熱噴涂和激光重熔復(fù)合、熱噴涂與刷鍍復(fù)合、化學(xué)熱處理與電鍍復(fù)合、表面涂覆強(qiáng)化與噴丸強(qiáng)化復(fù)合、表面強(qiáng)化與固體潤(rùn)滑層復(fù)合、多層薄膜技術(shù)復(fù)合、金屬材料基體與非金屬表面復(fù)合、鍍鋅或磷化與有機(jī)漆復(fù)合、滲碳與鈦沉積復(fù)合、物理和化學(xué)氣相沉積同時(shí)進(jìn)行離子注入等等。伴隨復(fù)合表面工程技術(shù)發(fā)展，梯度涂層技術(shù)也取得較大發(fā)展，以適應(yīng)不一樣涂覆層之間性能過(guò)渡。復(fù)合表面工程技術(shù)將在新世紀(jì)中不停得到發(fā)展，今后將依據(jù)產(chǎn)品需要深入綜合研究利用各種表面工程技術(shù)組合，處理工程中難題，以期到達(dá)最正確優(yōu)化效果。/10/1052現(xiàn)代表面處理技術(shù)第52頁(yè)二、完善表面工程技術(shù)設(shè)計(jì)體系表面工程技術(shù)設(shè)計(jì)是針對(duì)工程對(duì)象工況條件和設(shè)備中零部件等壽命要求，綜合分析可能失效形式與表面工程進(jìn)展水平，正確選擇表面技術(shù)或各種表面技術(shù)復(fù)合，合理確定涂層材料及工藝，預(yù)測(cè)使用壽命，評(píng)定技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，必要時(shí)進(jìn)行模擬試驗(yàn)，并編寫(xiě)表面工程技術(shù)設(shè)計(jì)書(shū)和工藝卡片。當(dāng)前，表面工程技術(shù)設(shè)計(jì)仍基本停留在經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段。有些行業(yè)和企業(yè)針對(duì)自己工程問(wèn)題開(kāi)發(fā)出了表面工程技術(shù)設(shè)計(jì)軟件，但不足很大。伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)、仿真技術(shù)和虛擬技術(shù)發(fā)展，建立有我國(guó)特色表面工程技術(shù)設(shè)計(jì)體系現(xiàn)有條件又迫在眉睫。/10/1053現(xiàn)代表面處理技術(shù)第53頁(yè)

三、開(kāi)發(fā)各種功效涂層表面工程大量任務(wù)是使零件、構(gòu)件表面延緩腐蝕、降低磨損、延長(zhǎng)疲勞壽命。伴隨工業(yè)發(fā)展，在治理這三種失效之外提出了許多特殊表面功效要求。比如艦船上甲板需要有防滑涂層，當(dāng)代裝備需要有隱身涂層，軍隊(duì)官兵需要防激光致盲鍍膜眼鏡，太陽(yáng)能取暖和發(fā)電設(shè)備中需要高效吸熱涂層和光電轉(zhuǎn)換涂層，錄音機(jī)中需要有磁統(tǒng)計(jì)鍍膜、建筑業(yè)中玻璃幕墻需要有陽(yáng)光控制膜等等。另外，隔熱涂層、導(dǎo)電涂層、減振涂層、降噪涂層、催化涂層、金屬染色技術(shù)等也有廣泛用途。在制備功效涂層方面，表面工程也可大顯身手。/10/1054現(xiàn)代表面處理技術(shù)第54頁(yè)四、研究開(kāi)發(fā)新型涂層材料表面涂層材料是表面技術(shù)處理工程問(wèn)題主要物質(zhì)基礎(chǔ)。當(dāng)前發(fā)展涂層新材料，有些是單獨(dú)配制或熔煉而成，有些則是在表面技術(shù)加工過(guò)程中形成，后一類涂層材料誕生，深入顯示了表面工程特殊功效。轎車涂裝技術(shù)中新發(fā)展第五代陰極電泳涂料（ED5），其泳透力比前幾代深入提升，有機(jī)溶劑、顏料含量降低，且不含有害金屬鉛，代表了陰極電泳涂料發(fā)展趨勢(shì)。/10/1055現(xiàn)代表面處理技術(shù)第55頁(yè)以聚氯乙烯樹(shù)脂為主要基料與增塑劑配成無(wú)溶劑涂料，組成了當(dāng)代汽車涂裝中所用抗石擊涂料和焊縫密封膠，有效地預(yù)防了車身底板和焊縫出現(xiàn)過(guò)早腐蝕，并確保了車身密封性。粘結(jié)固體潤(rùn)滑涂層材料，在處理航空航天等軍工高科技領(lǐng)域特殊工況條件下機(jī)械磨損、潤(rùn)滑、粘著冷焊等摩擦學(xué)問(wèn)題中發(fā)揮了主要作用，并在民用真空機(jī)械、低溫設(shè)備上有遼闊用途。/10/1056現(xiàn)代表面處理技術(shù)第56頁(yè)五、深化表面工程基礎(chǔ)理論和測(cè)試方法研究摩擦學(xué)是表面工程主要基礎(chǔ)理論之一，近來(lái)，針對(duì)詳細(xì)工程問(wèn)題，摩擦學(xué)工作者作出了出眾結(jié)果，在摩擦副失效點(diǎn)判定、磨損失效主要模式、磨損失效原因分析及對(duì)策等方面積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，并在重大工程問(wèn)題上作出了主要貢獻(xiàn)。當(dāng)前研究摩擦學(xué)問(wèn)題伎倆越來(lái)越齊全、先進(jìn)，能夠模擬各種條件進(jìn)行試驗(yàn)研究，這些試驗(yàn)伎倆和已積累研究方法、評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，有力地支持了表面工程發(fā)展。/10/1057現(xiàn)代表面處理技術(shù)第57頁(yè)在腐蝕學(xué)研究方面，針對(duì)大氣腐蝕、海洋環(huán)境腐蝕、化工儲(chǔ)罐腐蝕、高溫環(huán)境腐蝕、地下長(zhǎng)輸管線腐蝕、熱交換設(shè)備腐蝕、建筑物中鋼筋水泥腐蝕等，應(yīng)用各種當(dāng)代材料進(jìn)行了腐蝕機(jī)理和防護(hù)效果研究，提出了從結(jié)構(gòu)到材料到維護(hù)一整套防腐治理辦法。這些研究結(jié)果，對(duì)表面工程技術(shù)設(shè)計(jì)有很大參考價(jià)值。/10/1058現(xiàn)代表面處理技術(shù)第58頁(yè)不論用什么表面技術(shù)在零件表面上制備涂覆層，必須掌握涂覆層與基體結(jié)合強(qiáng)度、涂覆層內(nèi)應(yīng)力等力學(xué)性能。這是表面工程技術(shù)設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)之一，也是研究和改進(jìn)表面技術(shù)主要依據(jù)。對(duì)于涂覆層厚度大于0.15mm膜層（如熱噴涂涂層），尚可用傳統(tǒng)機(jī)械方法進(jìn)行測(cè)試，不過(guò)對(duì)于涂覆層厚度小于0.15mm膜層（如氣相沉積幾微米膜層），傳統(tǒng)機(jī)械方法已無(wú)能為力。而氣相沉積技術(shù)又發(fā)展得很快，應(yīng)用面越來(lái)越廣，這就使研究新測(cè)試方法愈加緊迫。近，一些學(xué)者用劃痕法、Ｘ射線衍射法、納米壓入法、基片彎曲法等思緒和伎倆對(duì)薄