《材料表面工程 》 課程教學大綱材料成型及控制工程專業(yè)

PAGEPAGE10《材料表面工程》課程教學大綱一、課程名稱（中英文）中文名稱：材料表面工程英文名稱：SurfaceEngineeringofMaterials二、課程代碼及性質(zhì)課程代碼:0801401課程性質(zhì):限定選修,選修課三、學時與學分總學時：32（理論學時：32學時；實踐學時：0學時）學分：2四、先修課程材料科學基礎、熱處理原理與工藝、材料力學性能五、授課對象本課程面向材料成型及控制工程專業(yè)學生開設，也可以供材料科學與工程專業(yè)和電子封裝技術專業(yè)學生選修。六、課程教學目的（對學生知識、能力、素質(zhì)培養(yǎng)的貢獻和作用）教學目的:系統(tǒng)全面掌握傳統(tǒng)材料表面技術和現(xiàn)代表面技術的基礎知識，并將所學知識系統(tǒng)化，具備應用這些知識分析、解決材料科學與工程等相關專業(yè)中的材料表面處理與防護等復雜問題的能力；掌握熱噴涂、電鍍、化學鍍、陽極氧化、物理氣相沉積和化學氣相沉積表面處理技術的基本原理、基本工藝和設備，具備利用相關工藝與設備開展材料表面處理技術工作的能力；了解不同工藝技術的優(yōu)缺點、選用原則以及最新進展，具備針對不同需求設計研發(fā)合適的表面處理工藝與設備的能力；理解不同表面涂層成分、處理工藝、組織結構和性能的關系，具備從原理上分析、解決問題的能力；了解材料表面處理技術的發(fā)展前沿，掌握其發(fā)展特點與動向，具備研發(fā)高級表面技術處理設備與工藝的基礎與能力。表1課程目標對畢業(yè)要求的支撐關系畢業(yè)要求及其指標點本課程目標對畢業(yè)要求的支撐關系畢業(yè)要求指標點畢業(yè)要求1：工程知識能夠?qū)?shù)學、自然科學、工程基礎和專業(yè)知識用于解決復雜工程問題。1.1掌握了用于解決材料科學與工程復雜問題的數(shù)學基礎知識。1.2掌握了用于解決材料科學與工程復雜問題的物理、化學等自然科學基礎知識。1.3掌握了用于解決材料科學與工程復雜問題的工程力學基礎知識。1.4掌握了用于解決材料科學與工程復雜問題的工程檢測與控制基礎知識。1.5系統(tǒng)掌握了專業(yè)知識，能夠?qū)⑺鶎W知識用于解決材料科學與工程復雜問題。課程目標1、課程目標2、課程目標3畢業(yè)要求2：問題分析能夠應用數(shù)學、自然科學和工程科學的基本原理，識別、表達、并通過文獻研究分析復雜工程問題，以獲得有效結論。2.1能夠應用工程數(shù)學基本原理，識別、表達、并通過文獻研究分析復雜工程問題，以獲得有效結論。如：復雜的模具失效分析。2.2能夠應用物理、化學基本原理，識別、表達、并通過文獻研究分析復雜工程問題，獲得有效結論。如：物理綜合實驗。2.3能夠應用力學基本原理，識別、表達、并通過文獻研究分析復雜工程問題，獲得有效結論。如：工程力學綜合實驗。2.4能夠應用工程科學基本原理，識別、表達、并通過文獻研究分析復雜工程問題，獲得有效結論。畢業(yè)要求3：設計/開發(fā)解決方案能夠設計針對復雜工程問題的解決方案，設計滿足特定需求的系統(tǒng)、單元（部件）或工藝流程，并能夠在設計環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識，考慮法律、健康、安全、文化、社會以及環(huán)境等因素。3.1了解機械工程、材料科學與工程問題特征，掌握解決復雜工程問題的設計方法。3.2在考慮法律、健康、安全、文化、社會以及環(huán)境等制約因素的前提下，能夠設計（開發(fā)）針對復雜材料科學與工程問題的解決方案，具備設計（開發(fā)）滿足特定材料科學與工程需求的系統(tǒng)、單元（部件）或工藝流程的能力。課程目標3、課程目標43.3在設計（開發(fā)）過程中，具有追求材料科學與工程復雜問題創(chuàng)新解決的態(tài)度和意識，掌握了基本的創(chuàng)新方法，清楚創(chuàng)新方向及領域。畢業(yè)要求4：研究能夠基于科學原理并采用科學方法對復雜工程問題進行研究，包括設計實驗、分析與解釋數(shù)據(jù)、并通過信息綜合得到合理有效的結論。4.1掌握材料科學原理及特點，能夠采用科學方法，具備合理設計材料科學與工程復雜實驗、開展科學研究的能力。4.2掌握材料科學與工程原理及主要工藝，能夠采用科學方法，正確構建并實施材料科學與工程綜合實驗，得出正確結果的能力。4.3能正確使用和處理實驗數(shù)據(jù)，通過信息綜合處理，具備對復雜的材料科學與工程實驗結果進行正確分析能力。4.4了解常見的材料科學與工程常用設備、實驗儀器及實驗方法，具備調(diào)控設備及儀器參數(shù)，進行測控和維護的能力。課程目標2畢業(yè)要求5：使用現(xiàn)代工具能夠針對復雜工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當?shù)募夹g、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術工具，包括對復雜工程問題的預測與模擬，并能夠理解其局限性。5.1掌握文獻檢索、資料查詢、現(xiàn)代網(wǎng)絡搜索工具的使用方法。5.2了解材料科學與工程專業(yè)重要資料來源及獲取方法。5.3具備應用各類文獻、信息及資料進行復雜材料科學與工程實踐的能力。5.4掌握復雜材料科學與工程問題的預測與模擬方法，理解其局限性。畢業(yè)要求6：工程與社會能夠基于工程相關背景知識進行合理分析，評價專業(yè)工程實踐和復雜工程問題解決方案對社會、健康、安全、法律以及文化的影響，并理解應承擔的責任。6.1了解與工程相關的國家方針、政策與法律法規(guī)，能夠評價工程實踐對社會、健康、安全、法律以及文化的影響。6.2了解材料科學與工程專業(yè)特點及其對社會、健康、安全、法律以及文化的影響，能夠正確評價復雜材料科學與工程問題解決方案的優(yōu)劣。6.3能正確認識材料科學與工程各種復雜工藝對于客觀世界和社會的影響，理解并能夠承擔的相應工程和社會責任。畢業(yè)要求7：環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展能夠理解和評價針對復雜工程問題的工程實踐對環(huán)境、社會可持續(xù)發(fā)展的影響。7.1了解材料科學與工程的專業(yè)特征、學科前沿和發(fā)展趨勢，正確認識本專業(yè)對于社會發(fā)展的重要性。課程目標37.2能正確理解和評價材料科學與工程復雜問題實施對環(huán)境保護及社會可持續(xù)發(fā)展等的影響。7.3在解決復雜的材料科學與工程的實際問題中，能夠正確理解并考慮工程實踐對環(huán)境、社會可持續(xù)發(fā)展的影響。畢業(yè)要求8：職業(yè)規(guī)范具有人文社會科學素養(yǎng)、社會責任感，能夠在工程實踐中理解并遵守工程職業(yè)道德和規(guī)范，履行責任。8.1具有人文社會科學素養(yǎng)，理解世界觀、人生觀的基本意義及其影響。8.2了解中國國情，理解中國可持續(xù)科學發(fā)展道路以及個人的做人規(guī)范，具有較高的社會責任感。8.3在工程實踐中，理解工程師的職業(yè)性質(zhì)、職業(yè)責任,具備工程師的職業(yè)道德8.4具有健康的體質(zhì)和良好的心理素質(zhì)，能較好地履行責任。畢業(yè)要求9：個人和團隊能夠在多學科背景下的團隊中承擔個體、團隊成員以及負責人的角色。9.1具備較寬廣的本學科基礎知識和較高的個人素質(zhì)，能夠在多學科背景下，承擔個人及團隊成員的作用。課程目標59.2具備良好的團隊協(xié)作精神，善于和團隊其它成員協(xié)作、互補、交往。9.3能夠承擔團隊負責人角色，具備綜合團隊成員意見和建議，進行合理決策之領導能力。畢業(yè)要求10：溝通能夠就復雜工程問題與業(yè)界同行及社會公眾進行有效溝通和交流，包括撰寫報告和設計文稿、陳述發(fā)言、清晰表達或回應指令。并具備一定的國際視野，能夠在跨文化背景下進行溝通和交流。10.1較好地掌握了一門外語，了解不同文化的差異，具有一定的跨文化交流能力。10.2了解本專業(yè)領域及其相關行業(yè)的國內(nèi)外的技術現(xiàn)狀，具有較強的業(yè)務溝通能力與競爭能力。10.3能夠應用現(xiàn)代工具撰寫報告、設計文稿、陳述發(fā)言、清晰表達或回應指令，就復雜的專業(yè)工程問題進行有效溝通和交流。畢業(yè)要求11：項目管理理解并掌握工程管理原理與經(jīng)濟決策方法，并能在多學科環(huán)境中應用。11.1了解材料科學工程管理和經(jīng)濟決策的基本知識，理解并掌握工程管理原理與經(jīng)濟決策方法。11.2具備應用工程管理和經(jīng)濟決策知識實踐的工作能力，具有一定的組織、管理及領導能力，能夠較好地通過口頭或書面方式表達自己的想法。11.3具有較強的綜合歸納能力，能在多學科環(huán)境中加于應用。畢業(yè)要求12：終身學習具有自主學習和終身學習的意識，有不斷學習和適應發(fā)展的能力。12.1對終身學習的重要性，有自覺的意識和正確的認識。12.2能夠采用合適的方法，自我學習、提高的能力。12.3能夠適應社會進步與發(fā)展，與時代同步。七、教學重點與難點：教學重點：表面工程的基本知識，表面工程的主要類型與原理，表面涂層試驗法及其設計原則。教學難點：不同表面工程技術的原理、表面技術的選擇、表面失效分析，表面成分、制備工藝、組織結構與性能之間的關系。八、教學方法與手段：教學方法：(1)在課程教學中采用單向和交互式兩種方法；在教學進程上采用漸進式教學方法，采用靈活多樣的教學手段；(2)以課堂講授為主,闡述該課程的基本內(nèi)容,保證主要教學內(nèi)容的完成;(3)安排適量的課堂討論環(huán)節(jié),使學生通過課下的資料查閱而掌握基本的專業(yè)資料獲取方法、途徑、整理歸納和講演能力。教學手段：(1)運用現(xiàn)代教學工具,在課堂上通過PPT講授方式,實現(xiàn)圖文并茂,形象直觀；(2)利用觀看視頻的方式，讓學生對某一表面技術過程有深刻的認識。(3)充分利用互聯(lián)網(wǎng)的信息，向?qū)W生介紹各種學習相關網(wǎng)站，鼓勵學生通過多途徑可以獲得相關的知識。九、教學內(nèi)容與學時安排（1）總體安排教學內(nèi)容與學時的總體安排，如表2所示。表2基本教學內(nèi)容與學時安排序號課程內(nèi)容課堂（學習、討論）學時課外（準備、復試、實踐）學時1緒論222固體表面物理化學特征223熱噴涂444電鍍與化學鍍665高能束表面改性446氣相沉積技術667化學轉(zhuǎn)化膜448熱擴滲44（2）具體內(nèi)容各章節(jié)的具體內(nèi)容如下：緒論（2學時）材料與材料科學表面工程定義、分類表面工程重要性表面工程發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢固體表面物理化學特征（2學時）固體表面的結構固體表面的吸附固體表面原子的擴散摩擦、磨損與潤滑熱噴涂（4學時）概述熱噴涂的一般原理火焰噴涂等離子噴涂熱噴涂用材熱噴涂涂層的特性涂層設計電鍍與化學鍍（6學時）電沉積的基本原理金屬的電結晶影響電鍍層質(zhì)量的基本因素合金電鍍復合鍍電刷鍍化學鍍概述化學鍍鎳化學鍍銅高能束表面改性（4學時）激光束與材料表面的交互作用激光相變硬化離子注入基本原理與特點離子注入技術的應用氣相沉積技術（6學時）真空預真空設備物理氣相沉積化學氣相沉積PVD和CVD工藝的對比氣相沉積應用化學轉(zhuǎn)化膜（4學時）概述鋁及其合金的陽極化鋼鐵的化學氧化鋼鐵的磷酸鹽處理熱擴滲（4學時）熱擴滲原理熱擴滲工藝分類氣體熱擴滲液體熱擴滲固體熱擴滲等離子體熱擴滲（3）各章節(jié)的課后思考題（作業(yè)）及討論要求思考題（課后作業(yè)）：緒論思考題表面工程技術的目的和作用是什么?為什么說表面工程是一個多學科的邊緣學科?固體表面物理化學特征影響液體和固體表面自由能的因素是什么？物理吸附和化學吸附的區(qū)別是什么？試述磨損的類型熱噴涂思考題熱噴涂技術有什么特點？

熱噴涂涂層的結構特點是什么？其形成過程中經(jīng)歷了哪幾個階段？簡單分析熱噴涂涂層的結合機理？

熱噴涂主要有哪幾種噴涂工藝？各有什么特點？

熱噴涂材料有哪幾大類？熱噴涂技術在新型材料開發(fā)方面可以做什么工作？

電鍍與化學鍍思考題金屬電鍍包括哪些基本步驟？說明其物理意義。電鍍的基本原理？

共沉積合金的相特點有幾種類型？

電刷鍍的原理及特點是什么？

什么叫化學鍍？實現(xiàn)化學鍍過程有什么方式？與電鍍相比，化學鍍有何特點？

高能束表面改性思考題激光淬火、激光熔凝、激光熔覆、激光沖擊硬化、激光表面合金化、激光表面非晶化的特點是什么？什么是離子注入？簡單解釋表面改性的機理。.簡述電子束表面改性的基本原理和方法。氣相沉積技術思考題真空鍍膜有哪些主要優(yōu)點？影響薄膜附著強度的因素有哪些？提高薄膜附著強度的方法有哪些？化學氣相沉積法（CVD）有哪些反應類型？化學氣相沉積法（CVD）的原理（如何實現(xiàn)）？什么是化學輸運反應？請舉例說明?；瘜W轉(zhuǎn)化膜思考題轉(zhuǎn)化膜的定義與形成方法

磷化膜的性質(zhì)？論述鋁的電化學（陽極）氧化機理與生成過程。鋁的陽極氧化膜著色方法？熱擴滲思考題什么是熱擴滲？論述形成滲層的基本條件。

什么是氣體滲碳？論述影響氣體滲碳工藝的主要因素。

什么是氣體氮碳共滲和碳氮共滲？氮碳共滲與滲氮相比有何特點？討論（思考題及作業(yè)）要求：1、每章節(jié)學習結束后，學生都要按上課教師的具體要求以書面的形式做一定數(shù)量的思考題，作為平時的作業(yè)成績（按約10%計入課程總成績）。2、每位學生，根據(jù)自己的興趣，完成1種表面工程技術工藝原理、工藝過程、應用與發(fā)展介紹，用PPT展示匯報（時間不超過10分鐘），其它同學對該學生的匯報情況進行評價與交流。匯報表現(xiàn)與成績，按約10%計入課程總成績。十、教學參考書及文獻教材曾曉雁、吳懿平主編《表面工程學》，機械工業(yè)出版社，2001.參考書徐濱士等主編，《材料表面工程》，哈爾濱工業(yè)大學出版社，2005.酈振聲等主編，《現(xiàn)代表面工程技術》，機械工業(yè)出版社，2007.趙文軫主編，《材料表面工程導論》,西安交通大學出版社，1998.十一、課程成績評定與記載課程考核及評價細則課程考核及評價細則，詳見表3。表3課程考核及評價細則成績組成考核/評價環(huán)節(jié)分值考核/評價細則對應的教學目標平時成績30%上課表現(xiàn)10根據(jù)學生平時上課的出勤率、課堂表現(xiàn)及互動情況，視其對課程學習的態(tài)度及積極程度，按10%計入課程總成績。1、2、3、4平時作業(yè)10根據(jù)學生