2013-材料表面工程.ppt

1、材料表面工程,浙江大学金属材料研究所 凌国平 ,第一讲：本课程的进行方式5.7,获取知识的方法 生而知之、学而知之、困而知之 学而知之 间接经验 知道、理解 会用才算真知 困而知之 直接经验 创造的源泉,从哪里获取专业知识？ 学校、教师 自学 专业知识的载体及知识的新鲜度 书本（几年） 期刊（半年） 会议论文（3个月） 实验室之间的直接交流（最新知识） 网络（更快、更方便、更高效） 可信度？ 网络中的哪个资源？,浙江大学图书馆,本课程的教学安排,教师讲解 七次 表面失效机理、表面工程技术、表面分析测试 学生分组讲解 16组，九次（包括讲评和总结） 每组24人，自由组合 自由选题（每组一个主题，

2、组员内容不同） 每组一节课的讲解，每人10分钟 每个同学都要上台讲解 学生对感兴趣的内容提问 教师对内容及ppt等进行讲评,以往学生综述选题例,06年夏季03级论文标题 07年夏季04级论文标题 08年夏季05级论文标题,以往学生的ppt,05学生优秀ppt 06学生优秀ppt 冷冻出来的陶瓷-陈翼 挑战肉眼极限-徐旻 表面色彩的产生-曾伟 07学生优秀ppt 08学生优秀ppt,本课的结束形式,交一篇综述性文章，考核以下内容： 知识的收集 带着问题去看资料 如何从信息海洋中找到我们需要的知识 如何总结？ 国内、国外现状 研究了什么？得到了些什么结果？ 还存在哪些问题？ 解决问题的方法设想 提

3、出实验方案证实或证伪,本课的结束形式,知识的表达 知识表达出来才能与人共享，成为知识 表达是一个重新思考的过程 表达是创造 “想说未说” 表达的方式 口头表达 文字表达 艺术 如何更好的表达 首先要有表达的强烈愿望,本课的结束形式,考核成绩由三部分组成 平时成绩 口头表达成绩 综述文章成绩 综述文章要求 自由选择题目 内容包括该内容的国内外研究现状 符合综述论文的规范写法（参考文献等） 最好能指出所存在的问题（90以上） 进一步提供解决该问题的实验方案（加分） 可参考期刊中类似的论文,本课程的教材,材料表面工程 王兆华, 2011 各种期刊 中国表面工程 腐蚀及防护 材料保护 表面技术 Sic

4、ence，Nature Thin Film Surface and Coatings Technology,同学讲解的时间安排,5月30日：学生第1组及讲评 6月4日 学生第2组、第3组 6月6日：学生第4组、第5组 6月9日 学生第6组、第7组 6月13日：学生第8组、第9组 6月18日， 学生第10组、第11组 6月20日：学生第12组、第13组 6月25日 学生第14组、第15组 6月27日：学生第16组，总结点评,表面工程历史,英国T. Bell(英国伯明翰大学教授) 氮化 氮化PVD法TiN Surface Engineering（1984） 1985年，英国第一届表面工程国际会议

5、1986年，国际热处理与表面工程联合会 1987年，英国第二届国际会议 1988年，日本第三届国际会议 中国，1987年12月在北京成立表面工程研究所 88年11月全国首届表面工程现状与未来研讨会 浙江大学，89年开课 The 20th Congress of International Federation for Heat Treatment and Surface Engineering October 23-25, 2012 Beijing China,表面工程的内容,对表面的要求,表面 分析技术,表面失效及机理,表面 处理技术,对表面的要求 耐磨、耐蚀、功能（光电磁热） 美观 表面失

6、效机理 磨损、疲劳 腐蚀 表面分析测试 形貌方面：粗糙度、孔隙率、厚度 成分结构：EDS、XRD、XPS 组织方面：OM，SEM 性能方面：结合力、耐蚀性、硬度、耐磨性、物性,表面处理技术 表面预处理 粗化、脱脂、酸洗、特殊预处理 湿法镀技术 电镀、化学镀、转化膜 干法镀技术 CVD、PVD、离子镀 化学热处理 激光表面处理 涂覆、热喷涂、热浸镀,表面覆层 覆层性能 表面改性 成分、组织,第二讲：表面失效机理：磨损,何谓磨损？ 固体表面相对运动，机械或化学作用材料损失 磨损种类及机理 粘着磨损： 磨粒磨损： 疲劳磨损： 冲蚀磨损： 微动磨损： 腐蚀磨损：,耐磨损表面处理技术,高硬度涂层 Fe3

7、C，Cr 金刚石镀膜 TiN（渗氮+TiN） 减摩涂层 抗粘着磨损 MoS2 Ni-P-PTFE 涂层的制备方法 渗碳 镀Cr、化学镀Ni-P PVD、CVD,表面失效机理：疲劳,交变应力引起材料低应力断裂 大多数情况下，疲劳裂纹起源于表面 夹杂物、网状碳化物、偏析等均不利 抗疲劳方法 表面形成压应力（喷丸） 赵振业院士-抗疲劳制造 各种表面处理会产生不同的应力状态 酸性化学镀镍：压应力 碱性化学镀镍：拉应力 钢铁表面脱碳：拉应力,5.9 复习,课程的进行方式 课程的教学安排 课程的结束形式,5月30日：学生第1组及讲评 6月4日 学生第2组、第3组 6月6日：学生第4组、第5组 6月9日 学

8、生第6组、第7组 6月13日：学生第8组、第9组 6月18日， 学生第10组、第11组 6月20日：学生第12组、第13组 6月25日 学生第14组、第15组 6月27日：学生第16组，总结点评,徐吉健/徐晨霄: 5组(6月6日) 傅铁铮/张浩/贾郁/陈星：8组 楼子瑞/唐清/俞剑：9组 徐秉政: 12组,表面工程历史 表面工程内容 对表面的要求 表面失效机理 表面处理技术 表面分析技术 表面失效机理 磨损及抗磨表面处理 疲劳及抗疲劳表面处理,表面失效机理：腐蚀,材料三大失效之一 外观的丧失 功能的丧失 为什么会腐蚀？ 是什么样的腐蚀？ 外观？ 材质？ 环境？,奥迪铝合金发动机上的白斑,腐蚀类

9、型（外观） 全面腐蚀 均匀腐蚀、不均匀腐蚀 局部腐蚀 点蚀、缝隙、选择性腐蚀、应力腐蚀,黄铜选择性腐蚀,不锈钢点蚀,钻井平台的水线腐蚀,腐蚀外观,按机理 化学腐蚀 电化学腐蚀 理论 氧化热力学与动力学 吉布斯自由能 瓦格纳抛物线规律 电化学热力学与动力学 能斯特方程等,腐蚀理论,氧化（硫化） 火力发电 超超临界发电机组的抗水蒸汽腐蚀 液态金属腐蚀 熔融Zn Al（热浸镀、铝压铸） 熔融Na（核电站） 熔融Pb-Li腐蚀（ITER计划） 熔融盐腐蚀 燃料电池 熔融碳酸盐,锌锅腐蚀,化学腐蚀,（MCFC中电极材料的腐蚀-傅晓建）,电化学腐蚀,热力学：腐蚀电池 阳极、阴极、电解液、短路 阳极：Me-

10、ne=Men+，金属溶解腐蚀 能斯特方程：EE0RT/nF ln a n+ 宏观腐蚀电池 电偶腐蚀：异种金属接触 温差电池：热交换器 浓差电池：水线腐蚀 微观腐蚀电池 成分不同：黄铜CuZn合金，选择性腐蚀 组织不同 晶界/晶内电位差：硝酸酒精腐蚀 应力不均匀,水线腐蚀：,氧浓差,腐蚀动力学：腐蚀速度 关键词：极化 电极上有电流流过时，电极电势偏离其平衡值的现象 腐蚀电池有电流，电子流动速度大于电极反应速度。阳极电子流走，离子化反应赶不上补充；阴极电子流入快，得电子的阴极反应慢，导致阳极电位向正移，阴极电位向负移，从而缩小电位差，减缓了腐蚀 电化学反应控制速度：活化极化 传质控制速度：浓差极化

11、 表面覆盖膜控制速度：电阻极化 析氢腐蚀与吸氧腐蚀 腐蚀：金属失去电子, 阳极 阴极呢？ 2H+2e=H2，控制速度 2H2O+O2+4e=4OH-，控制速度,钝化 形成膜阻止腐蚀 自然钝化 Al、不锈钢耐蚀原因之一 人工钝化 点蚀 小阳极大阴极，加速基体的腐蚀 覆层的 孔隙率 影响极大 Cl-破坏钝化膜造成点蚀,耐腐蚀表面处理,隔离腐蚀介质-断开介质/腐蚀原电池 油漆，高分子涂料 线路板腐蚀与防护 飞船表面的抗高温氧化涂料,阴极保护层 用电位更正的金属镀层 钢铁表面镀Cr、Cu、Ni 化学镀Ni 化学热处理 氮化-“真不锈铁锅” 存在的问题 镀层孔隙率 小阳极大阴极：孔蚀、点蚀 油田注水管：

12、化学镀镍、氮化,阳极保护层 用电位更负，但腐蚀速度慢的金属 镀Zn、镀Cd防大气腐蚀 热浸镀Zn、电镀Zn、机械镀Zn、达克罗技术 航空件的镀Cd，高强度，潜在的氢脆危险 存在的问题 镀Zn的氢脆问题（高强螺栓） Cd的环保问题 软，不耐磨 怎么办？,有无高硬度的同时，低电位、腐蚀速度低 的镀层？,镁合金的电化学腐蚀 镁的活性 组织：Mg+Mg17Al12 防护：化学镀、微弧氧化、转化膜+涂料 离子液体电沉积,镁合金组织,几个腐蚀研究例,Bajin Xu, Jing Chen, and Guoping Ling, Viscous Layer Formed in the Anodic Elect

13、rolytic Etching of Reactive Metals in Ionic Liquid, Electrochemical and Solid-State Letters, 15 (1) D1-D3 (2012),前处理后组织,镀层与基体界面,NdFeB的电化学腐蚀 Nd的活性 组织：Nd2Fe14B，富Nd相Nd97Fe3 防护：镀镍、镀锌、化学镀,几个腐蚀研究例,NdFeB上Al-Mn非晶层,Jing Chen, Bajin Xu, Guoping Ling, Amorphous Al-Mn coating on NdFeB magnets Electrodeposition

14、from AlCl3-EMIC-MnCl2 ionic liquid and its corrosion behavior, Materials Chemistry and Physics 134 (2012) 1067e1071,第三讲：固体表面,表面微观凹凸不平（物理） 用粗糙度表征 与表面处理层的结合力密切相关 易产生疲劳裂纹源 对润湿性的影响 疏水：越粗糙，越疏水 微纳结构的表面：双亲双疏 有序的粗糙表面 反光路标，广告牌 硅片的腐蚀表面 其他？仿生的有序表面,硅片的腐蚀表面,表面不清洁（化学）： 吸附了各种物质，含氧化膜 Al、不锈钢表面氧化膜 氧化膜使镀层结合力下降 Mg、NdFe

15、B等易氧化金属表面处理的关键问题之一 U（铀的腐蚀与防腐蚀技术研究,材料导报,2005） 必须进行清洗 脱脂：油污、手印 酸洗：去除氧化膜 脱脂、酸洗是表面处理前必须的前处理步骤 清洁度的检测？,表面有应力（力学） 各种表面处理后的应力？-压应力、拉应力 表面存在塑性变形层（组织） 机加工表面 强烈喷丸使组织纳米化 纳米颗粒的表面？ 极高的表面能 纳米颗粒表面及性质的研究现状？ 纳米颗粒的分散,凹凸不平的 脏的 组织与内部不一样的 有应力的,5.14 复习,腐蚀理论 化学腐蚀 氧化、硫化，熔融金属腐蚀，熔融盐腐蚀 反应自由能，反应速度及扩散速度 电化学腐蚀 腐蚀热力学（腐蚀电池）。宏观电池、微

16、观电磁。均匀腐蚀，局部腐蚀（点蚀、缝隙腐蚀、水线腐蚀）。 腐蚀动力学（极化）。析氢腐蚀、吸氧腐蚀，钝化。 腐蚀防护 绝缘涂层 阴极涂层保护（问题：小阳极大阴极） 阳极涂层保护 其他腐蚀？ 失效分析案例-空泡腐蚀,固体表面 凹凸不平 不干净（吸附，氧化膜） 组织与心部不同 应力与心部不同,表面预处理,脱脂 碱洗，除油 碱性溶液：肥皂，洗洁精，NaOH 不同基体，选用不同的溶液 有机溶剂（酒精、汽油、CCl4） 酸洗 去除氧化膜，活化表面 HCl、H2SO4、HNO3、H3PO4等 王水 HF（玻璃前处理） 酸洗液产品 表面预处理的影响,清洗的强化 电化学辅助清洗：强化除油与酸洗过程 原理？ 产生

17、气体：2H+2e=H2, 4OH-+4e=2H2O+O2 大件与小件的预处理? 超声波辅助清洗 空化作用 微小器件的清洗，小孔等 喷丸 大件 粉末冶金件的预处理 NdFeB,特殊的预处理 激光前处理 黑化吸光，如何黑化？ 发黑、黑磷化 粗化 提高结合力等 如何粗化？ 车螺纹、电火花、喷砂 塑料电镀 导电 怎么办？ 化学镀Ni、Cu 塑料的粗化方法,化学腐蚀、等离子放电,Science-塑料接触电镀,第四讲：各种表面处理技术-电镀,原理：电化学 金属离子得到电子 Ag2+ + e = Ag 析出速度要控制 CN-络合 电镀特点 可得到相图中不存在的相 电位-温度 脉冲电镀，制备纳米晶镀层 纳米铜

18、的超塑性 镀液种类 水溶液、有机溶液、熔盐,第四讲：各种表面处理技术-电镀,水溶液电镀：应用最广泛 金属 Ag、Au（电子元器件，导电耐蚀） Zn、Cd（阳极保护） Cr、Ni、Cu（Cu/Ni/Cr） Cr6+的环保问题：Cr3+ Fe（FeS）-孟亮老师 合金 Pb-Sn合金减摩镀层 Cu-Zn-Sn仿金镀层 其他 羟基磷灰石的制备-王小祥老师,5.16 复习,表面预处理 碱洗、酸洗 碱洗、酸洗的强化：电化学辅助、超声 特殊零部件的预处理：超大，超小 特殊目的的预处理：黑化、粗化 电镀 金属离子得到电子 水溶液电镀：成熟，大量应用。问题：阴极有H2产生 有机溶剂电镀 熔融盐电镀,Zn2+

19、+ 2e = Zn Cr6+ + 6e = Cr 2H+ + 2e = H2,有机溶液电镀 水溶液中无法镀覆的金属 着火危险，有机排放 基本无工业应用 熔盐电镀 无H2O，无H2析出 可得到水溶液中难以电镀的金属及合金 Al、Li、Mg等活泼金属，Nb、Ti、W、Mo等难熔金属 可提高水溶液中可电镀金属（Cr）镀层的组织及性能 常见熔盐：无机盐：NaCl-AlCl3；高温 离子液体（室温熔盐）,离子液体,历史 1979年，Osteryoung，AlCl3-氯化正丁基吡啶(BPC) 1982年，Hussey，AlCl3-氯化1-甲基-3-乙基咪唑(EMIC) 1992年-至今，水、氧不敏感的离子

20、液体 特点 大阳离子，小阴离子 熔点极低 应用 化工：绿色溶剂、催化、合成 材料：纳米材料，半导体材料 锂离子电池电解液 电沉积,离子液体电镀的应用-表面工程实验室,ITER计划中阻氚涂层的制备 富铝涂层/Al2O3，自愈合能力 现状 德国：热浸镀铝 法国：包埋渗铝，CVD 意大利：喷涂镀铝 存在的问题,现有方法存在的问题,几何形状对阻氚效果的影响 板材符合要求 管材：难以达到要求 涂层制备工艺的适应性和稳定性 HAD法管状试样制备涂层，涂层有脱落 CVD法不行（g-Al2O3？） 涂层质量 开裂、孔洞 阻氚涂层及制备的发展趋势 新涂层体系：ErO2, Al-Cr-O1 新涂层制备方法：ECA

21、2,No further process development to achieve a better and more reliable coating quality was done at CEA or FZK during the last years. A more technological-oriented research is still needed before e.g. being successfully tested in ITER. -2005报告,1D. Levchuk, et al., AlCrO thin films as an efficient hyd

22、rogen barrier, Surface & Coatings Technology, 202(2008)5043-5047 德国，瑞士,离子液体电镀的应用-表面工程实验室,ITER计划中阻氚涂层的制备 富铝涂层/Al2O3，自愈合能力 新方法:离子液体镀铝 不锈钢镀铝，低温热处理 氧化和阻氚研究 Al-Cr涂层的制备研究 Al-Cr-Fe涂层的制备研究,合金化,低温氧化获得a-Al2O3,降低 相变温度,德国2010年论文也采用“室温熔盐镀铝” 称为“ECX”，EC代表电化学 X代表可选择的各种镀层 仍然为高温热处理 问题：界面孔洞,pores,活泼金属耐磨抗蚀保护 Mg合金镀铝研究 N

23、dFeB永磁镀铝 NdFeB永磁镀非晶Al-Mn：牺牲阳极 稀土超磁致伸缩材料的耐蚀保护 核材料的耐蚀保护？ 活性金属在离子液体中阳极溶解行为及机理 粘性膜 氧化膜的完全去除 极高的结合力 国家自然科学基金，理论研究,其他电镀技术 电刷镀 修复 大件的表面处理 电泳镀 非金属粉体沉积在金属表面 羟基磷灰石 YBaCuO超导体 电泳漆 电铸 极薄件（模具）,第四讲：各种表面处理技术-化学镀,应用 塑料、线路板电镀前处理：Cu 镜子：Ag 芯片中的线路！ 耐腐蚀：非晶Ni-P 耐磨损：Ni-P+热处理,相关研究 航空铝合金接插件 WC-Co与金属焊接 碳纳米管化学镀（张孝彬） NdFeB化学镀（严

24、密） ,方法 化学镀溶液：主盐，还原剂、络合剂、添加剂 温度、pH值 时间 特点 无需电源 非金属表面金属化 陶瓷焊接 塑料电镀 仿型性极好 各种形状镀覆均匀 电镀：尖角效应、内孔、盲孔,第四讲：各种表面处理技术-化学镀,第四讲：各种表面处理技术-化学镀,机理：自催化 待镀件是催化剂 镀层金属也是催化剂 与置换反应的区别 化学镀镍机理 硫酸镍+次亚磷酸钠 H-角被吸附、H-H边被吸附 催化脱氢： H2PO2- + H2O H2PO32- + 2H+ +H Ni2+ + 2H Ni + 2H+ H2PO2- + H H2O + OH- + P 塑料、陶瓷催化功能？ SnCl2-HCl：敏化（Sn

25、2+吸附） PdCl2-HCl：活化（Pd2+与Sn2+发生氧化还原反应） 先粗化（提供吸附位置，塑料粗化CrO3）,特别注意事项 耐蚀：孔隙率 耐磨：硬度Hv500，400度热处理后Hv1000 基体强度 超硬铝合金140度时效 钢铁低温回火,表 热处理时间对基体的影响（ 350 ）,化学镀铜： 硫酸铜+EDTA-2Na+甲醛 碱性溶液 65度左右 化学镀银： 硝酸银+氨水+甲醛 室温,进展 复合镀（Ni-P-PTFE，超疏水表面）,进展 芯片中线路（45nm） 墙状生长： 形核长大的控制 硅片的催化活性? 二维生长?,设备 吊挂 滚镀 镀覆流程 碱洗、酸洗 （敏化、活化等） 化学镀 后处理

26、 镀覆参数（化学镀镍为例） 镀液温度8595度 pH=4.24.8（酸性镀液） 装载量：1dm2/L 镀速：10微米/小时,进展 闭孔泡沫金属的制备 高分子球 化学镀镍,进展 颗粒的复合镀 壳-核结构、微-纳结构 吸波、隐身 低密度磁性、导电粉末,Co-空心微珠 Ag-空心微珠,进展 颗粒复合镀 壳-核结构、微-纳结构 金属基复合材料 电触点材料 颗粒增强Al合金 提高润湿性 改善分布均匀性 陶瓷基复合材料 金属纳米双重增韧,Ag-SnO2,Cu-SiC Ni-金刚石,进展 纳米颗粒表面化学镀 Ni-P、Co-纳米碳管 为什么要镀金属？,纳米颗粒化学镀的特点 如何控制厚度？ 如何镀覆均匀？ 表

27、 低温化学镀镍镀液组成及其工艺条件 成分 含量 作用 硫酸镍（NiSO46H2O） 530 g /l 主盐 次亚磷酸钠（NaH2PO2H2O） 225 g /l 还原剂 柠檬酸钠（Na3C6H5O72H2O） 17 g /l 络合剂 醋酸钠（CH3COONa） 15 g /l 络合剂 pH 4.0-6.0 温度 30-35度,进展 壳-核结构、微-纳结构 光子晶体 SiO2镀银 先镀铜后镀银 Ni粉镀银？,表面湿法处理 电镀 化学镀 化学转化膜 氧化、磷化、铬酸盐钝化 阳极氧化 纳米模板 微弧氧化 热浸镀 热镀锌 热镀铝,5.21 复习,电镀 外加直流电源，金属离子得到电子 水溶液 Cu, N

28、i, Cr-耐蚀，美观-电位高于基体 Zn, Cd-耐蚀，电位低于基体，牺牲阳极 Au-电子信息，航空 难点：镁合金等活泼基体的电镀 离子液体：Al, Ni, 化学镀 自催化 无需外加电源，仿形性好 Ni-P，Cu，Ag，Co-P,表面覆层 基体不参与反应,第四讲：各种表面处理技术-转化膜,转化膜处理 基体材料参与反应 表面由基体与溶液的反应产物构成 发黑 磷化 铬酸盐钝化 阳极氧化,第四讲：各种表面处理技术-转化膜,发黑（发兰） 作用：防腐蚀、美观、特殊预处理 机理：形成Fe3O4膜（膜薄时称发兰）,第四讲：各种表面处理技术-转化膜,发黑、发兰 方法1：NaOH+NaNO2溶液，140度 3

29、Fe+NaNO2+5NaOH3Na2FeO2+H2O+NH38Fe+3NaNO2+5NaOH+2H2O4Na2Fe2O4+3NH3 Na2FeO2+Na2Fe2O4+2H2OFe3O4+4NaOH,第四讲：各种表面处理技术-转化膜,发黑、发兰 方法2：盐浴发黑 熔融的亚硝酸盐和碱 350400度 QPQ处理氮化、抛光、发黑 高硬度+耐蚀+美观 照相机器材的发黑 火车头曲轴的发黑 铁锅的发黑,第四讲：各种表面处理技术-转化膜,发黑、发兰 方法3： 高温发黑 水蒸汽 560度,第四讲：各种表面处理技术-转化膜,发黑、发兰 发展：室温发黑（Cu，Se化合物黑色） 节能 铜盐、亚硒酸 Cu2+ + S

30、e2- - CuSe(黑),硫酸铜 37g/L 亚硒酸 45g/L 硫酸镍 23g/L 乙二胺四乙酸二钠 45g/L 磷酸盐 23g/L,时间 3060s pH值 23 耐蚀性 3%硫酸铜浸泡不变色 60s 3%氯化钠 2h 耐磨性 软布用力擦拭 50来回,第四讲：各种表面处理技术-转化膜,磷化 作用 润滑 涂料前处理 防蚀+美观处理 方法 磷酸锰、磷酸锌等； 高温(85-95度)、中温(55-65度) 机理 反应形成磷酸锌铁盐；磷酸锰铁盐 Fe十2H3PO4 Fe(H2PO4)2+H2 Zn(H2PO4) ZnHPO4+H3PO4 3ZnHOP4 Zn3(PO4)2+H3OP4,一般的磷化膜

31、,第四讲：各种表面处理技术-转化膜,磷化 发展 室温磷化 磷酸锌+促进剂 亚硝酸钠 稀土 黑磷化：Zn-Ca 表调：预先在表面形成细密黑色晶核 含Ti化合物等 铸铁黑磷化？ 铁锅黑磷化？ 发黑是氧化物，遇酸退色,含钙膜,第四讲：各种表面处理技术-转化膜,铬酸盐钝化 CrO3+H2SO4溶液 金属：Zn、Cu、Mg Zn：铬酸锌（ZnCrO4）和铬酸铬（CrO3Cr2O3nH2O） 作用：优异的耐腐蚀性 特殊点：自修复性 机理：Cr3+ - 3e = Cr6+ 发展 低铬 无铬钝化 ？ 含Mo、Mn等多价金属 稀土钝化,第四讲：各种表面处理技术-转化膜,阳极氧化膜（Al为例） 应用 防蚀、耐磨、

32、着色 绝缘: LED路灯 方法 H2SO4溶液，低温 阳极，通直流电 结构 多孔膜，g-Al2O3 可着色，再封闭 硬质阳极氧化 孔小,第四讲：各种表面处理技术-转化膜,发展 纳米膜板 纳米线的制备：金属、纳米碳管、硅 超疏水表面的制备 机理：？,第四讲：各种表面处理技术-转化膜,发展 微弧氧化: 机理 阳极 高电压,阳极,阴极,第四讲：各种表面处理技术-转化膜,发展 微弧氧化：性能 高温更高的硬度 Al：外层g-Al2O3，内层a-Al2O3 基体低温态 Al、Mg、Ti,第五讲：表面处理技术-热浸镀,热浸镀 热浸镀Al、热浸镀Zn 方法：工件浸入熔融金属液体（Al, Zn），一定时间取出。

33、 用于耐腐蚀、抗高温氧化 为什么具有这些性能？ 耐蚀机理？ 抗氧化机理？,热浸镀锌 作用：大气腐蚀防护 护栏板、铁塔 为何不是电镀Zn，而是热浸镀？ 方法：460480度锌液，数秒中浸渍 原理？Fe-Al相图 组织？SEM 后处理 钝化（铬酸盐钝化及替代）、涂料 注意：高强螺栓不能热浸镀锌 为什么？ 怎么办？ 机械镀锌、达克罗技术,热浸镀锌机理,热浸镀锌的发展 REZnAl合金 Galfan合金 三峡工程 彩色镀Zn 镀锌后着色处理 镀锌后涂料 镀锌合金（Zn-Mn合金） ZAM Zn-Al-Mg,第五讲：表面处理技术-热浸镀,热浸镀铝 作用 金属构件防大气腐蚀 耐高温：汽车排气管 阻氚涂层-

34、Fe-Al涂层 方法 680750度铝液 保护气氛环境 机理？Fe-Al相图 组织？Al/Fe2Al5/ OM 耐高温 需要高温扩散处理 得到Fe-Al合金,热浸镀铝机理,热浸镀Al后的组织,是Fe向Al扩散， 还是Al向Fe扩散？为什么Fe2Al5?,Fe2Al5为斜方晶系 C轴方向空位多，扩散快。,第五讲：表面处理技术-涂料,涂料 作用 防腐 美观 功能涂料 种类 聚乙烯 丙烯酸树脂 聚氨脂 环氧树脂 含有机溶剂,涂料 施涂方法 喷涂、浸涂 电泳涂 有机溶剂中分散粉末涂料，并使其带电 电沉积 静电喷涂 空气中粉末涂料带电 静电发生器，电晕放电 浙大无线电-德清 流态床喷涂 悬浮的粉末 零件

35、加热后放入,涂料 发展 环保型涂料 有机溶剂VOA排放 水溶性 粉末涂料 纳米改性涂料 纳米抗菌 双亲双疏 功能涂料 导电涂料（导电胶） 隐身涂料 伪装涂料 变色涂料,功能性粉末+高分子 导电：银粉、镍粉、铜粉、银包铜粉 隐身：磁性粉末、磁损耗、电损耗 伪装：各种辐射率粉末构成图案,工程硕士：刘安心 水性金属闪光底色漆的涂装工艺研究 铝粉：闪光、耐蚀,纳米改性涂料与金属的结合,未改性聚乙烯涂料 纳米改性聚乙烯涂料 高分子涂料与金属基体界面,第五讲：表面处理技术-热喷涂,热喷涂 方法：将熔融的材料喷涂到金属表面 如何实现？ 熔化+力： 氧乙炔、等离子、超音速、电弧等 材料： Zn、Al、Ni基合

36、金、陶瓷、高分子，线材、粉末 作用：防腐、抗磨、生物、抗高温、隔热层，修复 关键问题：结合力与致密性,热喷涂应用实例 缆车支架热喷锌：Zn丝 火力发电耐高温磨损 高速电弧喷涂FeMnCrAl碳化物 系涂层组织与性能及机理研究 电弧喷涂。碳化物颗粒强化耐磨性能 颗粒怎么办？ 粉芯丝材,热喷涂应用实例 注塑机螺杆耐腐蚀磨损 原气体氮化耐蚀，一定的耐磨性 塑胶，无机非金属颗粒，磨粒磨损+腐蚀 怎么办？ 热喷涂制备双金属（Ni基合金+颗粒相）螺杆,发展方向 等离子+纳米粉末 其他 如何实现管道内壁喷涂？ 如何在海底实施喷涂？,热浸镀 热浸镀铝 涂料 热喷涂 喷砂,第五讲：表面处理技术-喷砂,喷砂（抛丸

37、） 作用 清理氧化皮 抗疲劳 表面粗化 美观（消光） 方法 压缩空气（或液体）+固体颗粒 设备 喷枪（立式、转盘） 抛丸机（转筒、履带式）,喷砂（抛丸） 材料 砂子：石英砂 钢丸、钢砂、铸铁 不锈钢 玻璃珠 不同形状（锐角、圆形） 不同尺寸（粒径） 发展 作为加工手段考虑 研究速度、角度等参数的影响 不同粒径的分布,杨青林：铸件表面粗糙度研究 颗粒级配,第六讲：表面处理技术-化学热处理,渗碳、渗氮、软氮化、 渗硫、渗金属 特点 化学镀是镀层本身的性能 化学转化膜是基体参与化学反应 化学热处理是改变基体表面成分 应用 表面耐磨：渗碳、渗氮、渗铬 表面减磨：渗硫 表面耐蚀：渗氮、软氮化 表面抗高温

38、氧化：渗铝、渗铬 （与热浸镀铝不同）,原理：渗碳为例 渗碳：齿轮（20CrMnTi，20CrNiMo） 低碳塑性好，但不耐磨 碳的渗入，硬度提高 如何渗？Fe-C相图,组织,渗碳方法 固体 最早 碳粉 气体 CH4，煤油 CH4=C+2H2 2C+O2=2CO CO+H2 = C+H2O 液体 盐浴 BaCl2+NaCl+碳粉,渗碳方法 等离子体 低真空 300-500V电压 辉光放电，离子轰击工件 加热，渗入 真空渗碳 丙烷 无氧化 可实现更高温度渗碳,渗金属（铝） 固体 铝源Al+活化剂NH4Cl+填充剂Al2O3，9501050度，1-3h 机理：NH4Cl=HCl+NH3，6HCl+2

39、Al=2AlCl3+3H2 低温行不行？ 形成Fe2Al5 脆性大 怎么办？ 气体（CVD） AlCl3,一些具体实例及发展动向 链条销轴渗金属 渗Cr 高浓度渗碳 碳化物网状析出，脆 表面都是碳化物呢？ 高硬度、高耐磨 真空脉冲渗氮 盲孔、小孔 改变扩散层浓度梯度 双重辉光渗金属 渗铝（徐重工艺） 表面处理的复合 渗氮+PVD法沉积TiC,第六讲：表面处理技术-化学热处理,第七讲：表面处理技术-三束处理,三束热处理：激光束、离子束、电子束 高能态 快速加热、依靠基体冷却 只改变表面组织获得所需性能 相变 固态相变 固液相变：熔化凝固 三束辅助合金化 激光熔覆 合金化 离子注入 高能束离子几十

40、几百Kev 与表面发生非平衡作用,第七讲：表面处理技术-CVD,化学气相沉积（CVD） 真空、高温 化学反应 TiC： TiCl4CH4TiC4HCl 其他：金刚石、Al2O3、SiO2 高温优缺点 优点：结合力高 基体强度下降 发展：MOCVD（采用中温可分解的金属有机化合物） (C5H5) 2TiCl2H2 TiC 825 (CH3)3NTiCl4 Ti(NC)560,第七讲：表面处理技术-PVD,物理气相沉积（PVD） 加热蒸发靶材，自重沉积 热蒸发 镜子、Al箔，电子工业应用广泛 问题？ 磁控溅射 电磁场中加速的离子轰击靶材、磁控溅射枪 非平衡场磁控溅射 射频-Al2O3等 磁性材料？ 离子镀 轰击沉积 偏压