《表面涂层与处理》PPT课件.ppt

1、表面分析和表面性能的检测,2020/12/29,材料工程基础表面涂层与处理,2,表面涂层与处理可以合称为：表面技术。这种技术有悠久的历史,如北京城里的故宫，那些雕梁画栋，人们用鲜红的大漆进行装饰和保护；早在战国时期，古人就知道对钢进行淬火，来获得坚硬的表面；马王堆出土的宝剑，因为表面的络膜，历经千年，锋利依旧,2020/12/29,材料工程基础表面涂层与处理,3,表面性貌分析：主要由各种放大率和分辨率极高的显微镜来完成。 表面成分分析：包括测定表面元素组成及元素在表面与沿纵向深度分布、表面元素的化学态。 表面结构分析：探知表面晶体的原子排列、晶体大小、晶体取向、结晶对称性等晶体结构信息。 表面

2、电子态分析：表面电子能级分布和空间分布不同于体内。 表面原子态分布：主要对表面原子或吸附粒子的吸附能、振动状态及其在表面的扩散运动的能量或势态分析,一、表面分析,2020/12/29,材料工程基础表面涂层与处理,4,二、表面分析仪器： 1、显微分析仪器 光学显微镜由于受到波长的限制，其分辨率和放大倍数已不能满足现代科技发展的要求。为此相继出现了一系列高分辨本领的的显微分析仪器，其分辨率大大提高，可以达到原子尺度水平（约0.1nm），更值得一提的是，他们在获得高分辨图像的同时还可以获得物质图像的其它信息（如图像显示、结构分析和成分分析等,2020/12/29,材料工程基础表面涂层与处理,5,1）

3、透射式电子显微镜（TEM） 电子被加速到100kev时，其波长仅为0.37nm，为可见光的十 万分之一左右，因此用电子束。成像，分辨本领大大提高。 现在电子显微镜的分辨本领可高达0.2nm。 （2）扫描电子显微镜(SEM) 扫描电子显微镜是1965年发明的较现代的细胞生物学研究工具，主要是利用二次电子信号成像来观察样品的表面形态， 即用极狭窄的电子束去扫描样品，通过电子束与样品的相互 作用产生各种效应，其中主要是样品的二次电子发射。二次 电子能够产生样品表面放大的形貌像，这个像是在样品被扫 描时按时序建立起来的，即使用逐点成像的方法获得放大像,2020/12/29,材料工程基础表面涂层与处理,

4、6,3）扫描隧道显微镜（STM） 它作为一种扫描探针显微术工具，扫描隧道显微镜可以让 科学家观察和定位单个原子，它具有比它的同类原子力显微镜 更加高的分辨率。此外，扫描隧道显微镜在低温下（4K）可以 利用探针尖端精确操 纵原子，因此它在纳米科技既是重要的测 量工具又是加工工具。 （4）原子力显微镜(AFM) 根据扫描隧道显微镜的原理设计的高速拍摄三维图像的显 微镜。可观察大分子在体内的活动变化,2020/12/29,材料工程基础表面涂层与处理,7,5)扫描透射电镜（STEM）和分析电子显微镜（AEM） 将扫描电子技术应用到透射电子显微镜形成了扫描 透射电镜，在此基础上结合能量分析和各种能谱仪就

5、构 成了分析电子显微镜,2020/12/29,材料工程基础表面涂层与处理,8,2、衍射分析方法 衍射分析方法是以结构分析为目的的分析方法。 （1）X射线衍射（XD） 用X射线衍射分析已知化学组成物质的晶体结构时，可用 X射线衍射峰的掠射角，求出晶面间距，对照PDF卡，分析 出被测物质的晶体结构。 （2）电子衍射（ED） 电子衍射技术能使X射线射入固体较深，一般用于三维晶体 和表面结构分析,2020/12/29,材料工程基础表面涂层与处理,9,3、X射线光谱仪和电子探针 （1）X射线光谱仪 在X射线分析仪器中，除了主要用于晶体结构分析的X射线 衍射仪之外，还有用于成分分析的X射线荧光分析仪。所谓

6、 X射线荧光分析仪就是用X射线作为一种外来能量打击样品， 使试样产生波长大于入射X射线的特征X射线，而后经分光 作定性和定量分析。 （2）电子探针 电子探针具有分析区域小，灵敏度高，可直接观察选区， 制样方便，不损坏试样以及可作多重分析等特点，是一种有 力的分析工具,2020/12/29,材料工程基础表面涂层与处理,10,4、电子能谱分析方法 （1）俄歇电子能谱分析仪（AES） 俄歇电子能谱分析仪主要用于固体表面几个原子层内的成分 、几何结构和价态的分析。分析灵敏度高，数据收集速度快 ，能测出He以后的所有元素，目前已成为表面分析领域中应 用最广泛的工具之一。 （2）光电子能谱 以一定能量的X

7、射线和光照射固体表面时，被束缚于原子各 种深度的量子化能级上的电子被激发而产生光电子发射。所 发射电子的动能随电子原所在能级的不同而异，形成所谓光 电子能谱,2020/12/29,材料工程基础表面涂层与处理,11,5、二次离子质谱分析（SIMS） 当一束加速的离子束轰击真空中的待分析样品表面时，会 引起表面的原子或分子溅射，其中带电离子称为二次离子。 将二次离子按质荷比分开并采用探测器将其记录，便得到 二次离子强度按质量分布的二次离子质谱。可鉴别包括氢 在内的所有元素。 6、红外吸收光谱和拉曼光谱 红外吸收光谱和拉曼光谱的测定是基于分子振动的的振动谱,2020/12/29,材料工程基础表面涂层

8、与处理,12,三、表面性能检测 1、表面外观质量检测 (1)、表面缺陷检测 主要方法为目测法，有时也用低倍放大镜进行检测。 (2)、粗糙度检测 表面粗糙度是指表面微观不平整高度的算术平均值。 通常采用表面粗糙度检测的方法有，比较法，针描法和光 学法及光反射法等 (3)、光亮度检测 是指一定照度和角度的入射光作用下，表面反射光的比率 或强度。 （1）目测经验评定法 （2）样板对照法 （3）光度计测量方法,2020/12/29,材料工程基础表面涂层与处理,13,2、覆盖层厚度测量 （1）库仑测量法 主要利用电解装置将作为阳极的覆盖层从基体上溶解出来，测 量溶解过程所消耗的电量。 （2）磁性法测厚

9、主要用于测量磁性基体上的各种非磁性覆盖层的厚度，也可以 测定非磁性基体上的磁性覆盖层厚度。 （3）涡流法测厚 利用交流磁场在被测导电物体中感应产生的涡流效应进行厚度 测量的一种方法,2020/12/29,材料工程基础表面涂层与处理,14,3、覆盖层结合力测量 覆盖层结合力指层与集体之间的黏结强度。 覆盖层结合力的评价有定性和定量两种方法，定性方法是 以覆盖层受力后是否起泡或从基体表面剥离来判断质量是 否合格。定量法是测量覆盖层从基体上连续剥离所需的最 小载荷（如划痕法）。或是测量单位面积覆盖层从基体表 面剥离所需的力，并称该数值为覆盖层的结合强度（如拉 伸法,2020/12/29,材料工程基础

10、表面涂层与处理,15,4、覆盖层硬度测试 （1）显微硬度测试 显微硬度测试是在显微镜下进行的低负荷（200g）压入式的 硬度试验方法。 （2）洛氏硬度测试 先施加初载荷将压头压入试样，然后根据需要选择主载荷，将 压头压入试样并保持一定时间。在卸除主载荷保留预载荷的条件 下测量压头压入试样表面的深度，经过计算得到洛氏硬度值。 （3）维氏硬度测试 采用锥面夹角为136的金刚石四方椎体，根据单位压痕陷凹面积 上承受的试验力，即应力值作为硬度值的计算指标,2020/12/29,材料工程基础表面涂层与处理,16,5、覆盖层孔隙率检测 孔隙率指试样中孔隙体积所占比率，可通过某物体的视密度 与其真密度的比值

11、求得，它是试验物体致密程度的量度。 测量方法有： （1）物理方法 包括浮力法、直接称重法。 （2）化学法 包括贴滤纸法、涂膏法和浸渍法，这类方法是将含有指示剂的 试验溶液通过覆盖层的空隙将基体腐蚀，腐蚀后产生的离子透 过覆盖层孔隙并由指示剂在覆盖层表面显色指示，然后以单位 面积显示的孔隙点数作为覆盖层孔隙度的量度,2020/12/29,材料工程基础表面涂层与处理,17,四、铝合金表面处理技术 铝合金表面处理的目的是为了给各种铝合金工件提供一 个功能或装饰的表面，以满足产品的某些特殊功能或提供一 个精美的外观,铝及铝合金的电化学氧化 1、定义 铝及铝合金零件在电解液中进行电化学氧化，因零件作为阳

12、极，故也称铝阳极氧化 2、氧化膜的性质 多孔性 吸附性好 硬度高、耐磨 电绝缘、绝热 是有机涂料的良好底层,2020/12/29,材料工程基础表面涂层与处理,18,2020/12/29,材料工程基础表面涂层与处理,19,2020/12/29,材料工程基础表面涂层与处理,20,铝及铝合金的化学氧化 1、定义 指不用外来电流而仅把工件置入适当溶液中，使其表面生成人工氧化膜。一般将铝件浸入含有碱溶液和碱金属的铬酸盐溶液中，铝和溶液生成Al2O3和Al(OH)3的波膜，厚度0.54um。 2、特点： 强度差，易磨损，抗蚀性也差，质柔软，一般不易单独使用。 但吸附性好，一般作为表面涂装的底层。 生产效率

13、高、成本低、不耗电能、不需专门设备，适合大批量生产，在面饰中大量采用,2020/12/29,材料工程基础表面涂层与处理,21,铝及铝合金氧化膜着色 （1）化学染色法 （2）整体着色法 （3）电解着色法 （4）干涉着色法,1）化学染色法 把氧化后的制件用有机染料或无机染料的水溶液来染色。 特点：目前多用有机染料，其色彩丰富、鲜艳,2020/12/29,材料工程基础表面涂层与处理,22,2）整体着色法（无机着色法） 用硫酸和有机酸的混合物作氧化溶液，通以直流电，阳极氧化与着色同步进行。 特点：着色膜对阳光和风化作用稳定性好；不足：耗电量大、成本高，已渐被电解着色取代,2020/12/29,材料工程基础表面涂层与处理,23,3）电解着色法 先在硫酸溶液常规阳极氧化，阳极氧化后的多孔性氧化膜在金属盐的着