山东科技大学-01-表面技术概论--绪论

材料表面技术概论第一章绪论,授课主要内容,第一章绪论第二章表面工程技术的基础理论第三章表面工程技术的预处理工艺第四章热喷涂技术第五章堆焊技术第六章电镀与化学镀技术第七章金属转化膜与气相沉积技术第八章高能束表面改性技术第九章热扩渗技术第十章表面分析与测试教材：李慕勤主编，材料表面工程技术参考书：赵文轸主编，材料表面工程导论，西交大，1998版徐滨士等，表面工程的理论与技术国防工业出版社，1999年7月第1版.,学习要求,拓宽专业视野，增加对材料学科的理解。了解学科与实际工业的结合点，培养学生们的专业兴趣。认真掌握基本概念，做好作业。多思，多问，提倡课堂讨论。,第一章绪论,表面工程的基本概念是经表面预处理后，通过表面涂覆、表面改性或多种表面技术复合处理，改变材料表面的形态、化学成分、组织结构和应力状态，以获得所需要表面性能的系统工程。,表面工程发展非常迅速，其原因：1.工业发展对机电产品提出更高要求(高温、高压、高速、重载以及腐蚀介质等恶劣工况下可靠地工作)。2.相关科技的发展为表面工程注入活力、提供支撑:如高分子材料和纳米材料的发展,激光束、离子束、电子束三种高能量密度热源的实用化等。3.表面工程适合我国国情，能大量节约能源、资源,体现了科技尽快转化为生产力的要求。,堆积如山的废旧中部槽,带有AT13陶瓷涂层的风口小帽,等离子熔覆强化中部槽,表面技术早在几千年前就开始应用20世纪取得突破性进展6070年代：高能束的引入：电子束、离子束、激光束80年代初，提出表面工程的概念-Tom.Bell（国际材料表面学科的创始人，英国皇家工程院院士）90年代，飞速发展2000年，美国工程科学院提出的九大科学技术项目之一。表面工程技术在航空、航天、现代工业生产中获得广泛应用。,表面工程的发展历史,纹饰精美锡青铜剑脊含锡量低（10%）刃部含锡量高（20%）,中国古代铜镜,各种铜镜的合金成分因其出产地域和时代的不同，铜和锡的比例有很大的差异,散热涂层隔热涂层耐热涂层,美国“哥伦比亚号”航天飞机,起飞时遭到外力撞击，导致防热瓦上出现裂缝，2003年2月1日返回地面时使得超高温气流乘虚而入，机体材料瞬间熔化，飞机解体，机上7名航天员全部遇难,嫦娥探月工程,姿/轨控发动机推力室,高温抗氧化涂层、热障涂层,飞机发动机工作原理图,纳米隔热氧化锆涂层,化纤纺织滚筒等离子喷涂Al2O3+TiO2陶瓷,拉丝机细拉塔轮喷涂Cr2O3陶瓷,大球阀喷涂Cr2O3陶瓷防磨,大气氛围下的钢结构防腐,使用20年后，其光泽保持度大于70%，锈蚀面积一般区域小于0.5%，焊接区小于1%,在外墙和屋顶结构使用最为新型的材料ETFE（乙烯-四氟乙烯）薄膜，它是一种非常轻质的新型材料，具有透光性和热传导性；具有自洁功能。雨水从膜上面滑过不会留下水痕，而气枕上面的杂物、浮尘等则会被雨水冲洗掉。,问题在太阳能的利用中，必须利用涂层来吸收太阳光谱中所有波段的能量。解决如用电子束蒸镀、物理气相沉积（PVD）将金属陶瓷层Co（Ti）-Al2O3等作为太阳能吸热器，使对太阳能的吸收率可达95%，辐射率小于10%。,太阳能电池,单晶电池效率大概是18.5%,多晶16.8%-17%。,表面工程的内涵：表面科学基础理论表面工程技术表面加工技术表面工程设计表面质量检测控制,1.1表面工程学的学科体系,表面几何特性与检测表面力学特性与检测表面物理及化学特性与检测,表面腐蚀与防护理论表面摩擦与磨损理论表面完整性与界面理论表面失效及其理论分析,表面科学基础理论,表面工程技术,表面改性技术薄膜技术涂层技术,表面加工技术,表面预处理技术表面层的机械加工表面层的特种加工,表面层结构设计表面层工艺设计表面层材料设计表面工程管理与技术经济分析,表面工程设计,表面质量检测控制,表面工程学的学科体系,表面改性技术薄膜技术涂层技术,1.2表面工程三大技术,1.2表面工程三大技术,一、表面改性技术利用现代技术改变材料表面、亚表面层的成分、结构和性能的处理技术称之为表面改性。如表面离子注入、激光表面淬火、熔凝等。,表面改性的内容,1.表面强化技术2.表面合金化技术3.离子束处理技术4.激光束处理技术,1.表面强化技术,喷丸强化辊压强化在表面亚表面层形成压应力区孔挤压强化,2.表面合金化技术,化学热处理-渗氮、渗碳、渗硼等激光表面合金化渗铝铬、铝硅,3.离子束处理技术,离子注入(IP)离子束沉积(IBD)-注入Cr+、P-、B-等金属、非金属元素形成离子注入层,4.激光束处理技术,激光表面重熔激光表面相变硬化,二、薄膜技术,利用近代技术在零件（或衬底）表面上沉积厚度为0.01m至数微米薄膜的涂层技术称为薄膜技术。如单晶薄膜、超导薄膜、超硬薄膜等。,制备方法：物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）,光学薄膜-反射膜、增反膜、减反膜、选择性反射膜等电子学薄膜-绝缘膜、电阻膜、电容膜、存储元件、超导元件、集成电路基片等防护用薄膜-耐磨蚀、耐腐蚀、耐冲刷等薄膜,三、涂层技术,在零件表面涂覆一层或多层表面层的形成技术称为涂层技术。如电镀、化学镀、激光熔覆、热喷涂等。,1.电镀技术（化学镀、刷镀）,防腐蚀-Zn、Cd、Cu、Ni、Ag、Au、Pt抗氧化耐磨损、耐腐蚀减磨、防粘结、导电装饰复合镀层非晶态镀层,2.有机涂层,耐磨蚀耐曝晒聚氯乙烯涂料、氯化橡胶涂料、丙烯酸涂料等耐海水防污（防海生物）有机涂层绝缘、导电防雷达波、防红外隐身,3.热喷涂,火焰喷涂氧-乙炔焰喷涂超音速喷涂爆炸喷涂WC/Co、NiCrAl电弧喷涂Zn、Al、Cr、Fe等丝材等离子喷涂常压等离子喷涂低压等离子喷涂,1.3表面工程技术的作用,提高材料或零件的耐蚀性、抗高温氧化性及提高抗浸蚀能力；提高耐摩擦磨损、磨蚀、粘结、咬合、冲刷、减磨及润滑的能力；提高耐热、导热、隔热、吸热、与热反射的作用；赋予制件表面装饰特性，鲜艳的色彩及图文；非金属表面金属化、光化及抗老