最新厦门大学材料表面工程第四章PPT课件
合集下载
材料表面工程课件
性能进行改变。 具体说：表面工程技术是在不改变基体材料的
成分、不削弱基体材料的强度的条件下，通过物理手段或 化学手段赋予材料表面以特殊的性能，从而满足工程技术 上对材料提出的要求的技术。
10
表面工程技术的重要性
1. 表面技 术可以减 缓和消除 金属材料 和零部件 表面的变 化和损伤
在自然界和工程实践中，金属机器设备和零部件 需要承受各种外界负荷， 并产生形式多样、程度 不一的表面变化及损伤。工程材料和零部件的表 面往往存在微观缺陷或宏观缺陷。
再制造工程可以大量地节省因购置新品、库存备 件和管理以及停机等所造成的对能源、原材料和 经费的浪费，并极大地减少了环境污染及废物的 处理。
14
表面工程技术的重要性
5. 表面技 术在发展 新兴技术 和学术研 究中起着 不可忽视 的作用
发展新兴技术需要大量具有特殊功能的材料，包 括薄膜材料和复合材料，如薄膜光电器件、导电 涂层、光电探测器、液晶显示装置、超细粉末、 高纯材料、高强高韧性的结构陶瓷等。在这些方 面，现代表面技术可以发挥重大的作用。
一般把来自采掘工业和农业的劳动对象称为“原 料”，把经过工业加工的原料成为“材料”。
机哥 伦 比 亚 号 航 天 飞
6
材料是人类生产和生活 所必须的物质基础。
“神舟”四号飞船成功返 回
锉刀
手
锤
国产涡喷-7涡轮喷气发动机
7
材料科学是一个 跨物理、化学等 的学科。材料科 学的核心问题是 材料的成分 （Composition）、 组织结构 （Structure）、 工艺（Processing Technology）和 性能（Property） 以及它们之间的 关系。右图为材 料科学与工程四 要素。
比如在Cu中加入Cr可以提高铜的耐腐蚀性能。从 Cr-Cu相图可知，用一般的冶金方法不可能产生出 Cr浓度高于1%的单相铜合金。用激光表面合金化 工艺可以在Cu表面获得原子浓度为8%、厚约 240nm的表面合金层，使耐蚀性大大提高。
成分、不削弱基体材料的强度的条件下，通过物理手段或 化学手段赋予材料表面以特殊的性能，从而满足工程技术 上对材料提出的要求的技术。
10
表面工程技术的重要性
1. 表面技 术可以减 缓和消除 金属材料 和零部件 表面的变 化和损伤
在自然界和工程实践中，金属机器设备和零部件 需要承受各种外界负荷， 并产生形式多样、程度 不一的表面变化及损伤。工程材料和零部件的表 面往往存在微观缺陷或宏观缺陷。
再制造工程可以大量地节省因购置新品、库存备 件和管理以及停机等所造成的对能源、原材料和 经费的浪费，并极大地减少了环境污染及废物的 处理。
14
表面工程技术的重要性
5. 表面技 术在发展 新兴技术 和学术研 究中起着 不可忽视 的作用
发展新兴技术需要大量具有特殊功能的材料，包 括薄膜材料和复合材料，如薄膜光电器件、导电 涂层、光电探测器、液晶显示装置、超细粉末、 高纯材料、高强高韧性的结构陶瓷等。在这些方 面，现代表面技术可以发挥重大的作用。
一般把来自采掘工业和农业的劳动对象称为“原 料”，把经过工业加工的原料成为“材料”。
机哥 伦 比 亚 号 航 天 飞
6
材料是人类生产和生活 所必须的物质基础。
“神舟”四号飞船成功返 回
锉刀
手
锤
国产涡喷-7涡轮喷气发动机
7
材料科学是一个 跨物理、化学等 的学科。材料科 学的核心问题是 材料的成分 （Composition）、 组织结构 （Structure）、 工艺（Processing Technology）和 性能（Property） 以及它们之间的 关系。右图为材 料科学与工程四 要素。
比如在Cu中加入Cr可以提高铜的耐腐蚀性能。从 Cr-Cu相图可知，用一般的冶金方法不可能产生出 Cr浓度高于1%的单相铜合金。用激光表面合金化 工艺可以在Cu表面获得原子浓度为8%、厚约 240nm的表面合金层，使耐蚀性大大提高。
表面工程ppt教程文件
新技术的应用趋势
纳米技术
纳米技术在表面工程中应用广泛，如纳米涂层、纳米颗粒 增强等，可提高材料表面的耐磨、耐腐蚀和抗老化性能。
3D打印技术
3D打印技术可用于制造复杂形状的表面结构，可实现个性 化定制和快速原型制造，为表面工程提供更灵活的制造方 式。
激光技术
激光技术在表面工程中用于处理金属、非金属等各种材料， 具有高精度、高效率、环保等优点，可实现表面强化、改 性、熔覆等功能。
合成纤维
高分子复合材料
高分子复合材料是由两种或两种以上 材料组成的新型材料，具有优异的综 合性能，广泛应用于航空、航天和汽 车等领域。
合成纤维具有质轻、强度高和耐磨等 特点，广泛用于纺织、航空和军事等 领域。
04 表面工程的应用案例
汽车工业的应用
汽车发动机制造
表面工程技术在汽车发动机制造 中广泛应用，如气缸体、气缸盖 的耐磨和耐腐蚀表面处理，以提
表面工程ppt教程文件
contents
目录
• 表面工程简介 • 表面工程的技术 • 表面工程材料 • 表面工程的应用案例 • 表面工程的未来发展
01 表面工程简介
表面工程的定义
01
表面工程是一门通过改变材料表 面的性质来提高材料耐腐蚀性、 耐磨性、装饰性和实现表面功能 特性的技术。
02
它涉及材料科学、物理学、化学 等多个学科领域，是材料保护和 表面技术的重要组成部分。
化学转化膜技术
化学转化膜技术是通过化学反应在金属表面形成一层 化合物膜的过程，以提高金属的耐腐蚀性和美观性。
输入 标题
详细描述
化学转化膜技术广泛应用于钢铁、铝和铜等金属的防 腐处理。形成的转化膜具有保护基体、提高耐腐蚀性 和抗氧化的作用。
材料表面工程课件
领域。
跨学科交叉与合作可以促进 材料表面工程的发展和创新
。
国内外学术交流与合作有助 于推动材料表面工程的发展 。
环保与可持续发展的问题
01
材料表面工程需要考虑环保和 可持续发展的问题。
02
环保和可持续发展的需求推动 材料表面工程向绿色、低碳方 向发展。
03
材料表面工程中需要考虑资源 节约、能源消耗降低、废弃物 减少等问题。
要点二
详细描述
不锈钢是一种具有优异耐腐蚀性和美观性的金属材料，广 泛应用于建筑、装饰、医疗器械等领域。然而，在某些腐 蚀环境下，不锈钢的耐腐蚀性仍需提高。通过表面处理技 术，如氮化处理、钝化处理等，可以增强不锈钢的耐腐蚀 性和抗疲劳性，提高其使用寿命。
铝合金的硬质表面处理
总结词
提高铝合金的硬度和耐磨性。
硬质涂层
通过电子束加热和蒸发金属或非金属材料，在金属表面形成一层具有高硬度和耐磨性的涂层。
纳米结构涂层
通过电子束加热和蒸发金属或非金属材料，在金属表面形成一层具有纳米尺度的涂层，提高表面性能和耐腐蚀性 。
04
材料表面工程的应用案例
高温合金的表面强化
总结词
提高高温合金的耐磨性、抗疲劳性和耐腐蚀 性。
科植入物等。然而，钛合金的表面性质直接影响到其与人体组织的相容性和生物活性。通过表面处理技术，如 涂层技术、等离子处理等，可以改善钛合金的表面性质，提高其在生物医学领域的适用性。例如，通过涂层技 术可以在钛合金表面形成一层生物活性陶瓷涂层，提高其与人体组织的相容性和生物活性；通过等离子处理可 以改变钛合金表面的化学性质和微观结构，提高其抗细菌粘附和抗炎性能。
实践环节与操作技巧
实践环节注意事项
在实践环节中需要注意的事项和细节，包括安全操作、 设备维护和环境保护等。
跨学科交叉与合作可以促进 材料表面工程的发展和创新
。
国内外学术交流与合作有助 于推动材料表面工程的发展 。
环保与可持续发展的问题
01
材料表面工程需要考虑环保和 可持续发展的问题。
02
环保和可持续发展的需求推动 材料表面工程向绿色、低碳方 向发展。
03
材料表面工程中需要考虑资源 节约、能源消耗降低、废弃物 减少等问题。
要点二
详细描述
不锈钢是一种具有优异耐腐蚀性和美观性的金属材料，广 泛应用于建筑、装饰、医疗器械等领域。然而，在某些腐 蚀环境下，不锈钢的耐腐蚀性仍需提高。通过表面处理技 术，如氮化处理、钝化处理等，可以增强不锈钢的耐腐蚀 性和抗疲劳性，提高其使用寿命。
铝合金的硬质表面处理
总结词
提高铝合金的硬度和耐磨性。
硬质涂层
通过电子束加热和蒸发金属或非金属材料，在金属表面形成一层具有高硬度和耐磨性的涂层。
纳米结构涂层
通过电子束加热和蒸发金属或非金属材料，在金属表面形成一层具有纳米尺度的涂层，提高表面性能和耐腐蚀性 。
04
材料表面工程的应用案例
高温合金的表面强化
总结词
提高高温合金的耐磨性、抗疲劳性和耐腐蚀 性。
科植入物等。然而，钛合金的表面性质直接影响到其与人体组织的相容性和生物活性。通过表面处理技术，如 涂层技术、等离子处理等，可以改善钛合金的表面性质，提高其在生物医学领域的适用性。例如，通过涂层技 术可以在钛合金表面形成一层生物活性陶瓷涂层，提高其与人体组织的相容性和生物活性；通过等离子处理可 以改变钛合金表面的化学性质和微观结构，提高其抗细菌粘附和抗炎性能。
实践环节与操作技巧
实践环节注意事项
在实践环节中需要注意的事项和细节，包括安全操作、 设备维护和环境保护等。
砼1
漓江的枯水季致堤岸坍塌
长江安徽段，长约百米的江堤全部 坍陷进入水中，纵深达30多米。
（3）淡化海砂（沿海地区海滩上 距海水较远、涨潮时浸不到海水，长 期雨淋盐分已不多、已从中长出草的 砂，但含贝壳、珊瑚等；为了保护自 然景观，其开采受到限制）；
在广东珠江三角洲地区，落潮时 河水向海里流，河底的砂子被河水粗 略地冲洗了一下，此时捞出的砂子称 为淡化海砂。
标准溶液： 2g 鞣酸 +98ml10﹪ 乙 醇+3900 ml 3﹪NaOH）。影响水泥的 水化和砼（无机物）间粘结强度低， 从而降低砼的强度。如海砂中的珊瑚。 对有害物质超标的砂，经清水或 石灰水冲洗后合格者可以使用。
另外要求砂： 表观密度＞2500㎏／m3 松堆密度＞1350㎏／m3 空隙率＜47﹪ 砂子按技术指标分为： Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类。
A1=5.0 A4=60.0 MX = ＝２.９
A2=21.0 A5=74.8
A3=45.6 A6=98.6
该砂为中砂，根据 31页判别级配合 格。画筛分曲线。 若有两种砂， A 砂（粗）： MXA ， A1 （ A ） （ 4.75 ㎜筛上的累计筛余百分率）。 B砂（细）：MXB ， A1 （B） 配MX的中砂，
分计筛余百分率 ai=(mi／500)×100=mi／5 累计筛余百分率 Ai=ai＋Ai-1 通过百分率 Pi=100-Ai 细度模数： A2+A3+A4+A5+A6-5A1 MX= ━━━━━━━━━━━ 100- A1
MX ： ＞3.7 特粗砂 3.7～3.1 粗 砂 3.0～2.3 中 砂 2.2～1.6 细 砂 1.5～0.7 特细砂 ＜0.7 粉 砂 细度模数为2.6 ～2.8的砂所配混凝 土和易性好,强度高。
《表面工程学》课件
《表面工程学》PPT课件
通过本课件，您将了解表面工程学的定义、应用领域、基本原理、常见表面 处理技术以及发展前景，希望能为您带来启发和新的知识。
课程介绍
本课程将深入探讨表面工程学的重要性和应用，为您揭示其在不同行业中的 巨大潜力。
表面工程学的定义
表面工程学是研究对材料表面进行改性和处理的学科，旨在改善材料的功能性、性能和外观。
表面工程学的应用领域
表面工程学广泛应用于汽车制造、航空航天、电子设备、医疗器械等行业， 在提升产品质量和性能方面发挥着关键作用。
表面工程学的基本原理
1 材料相互作用
通过控制表面与环境的相 互作用，实现材料性能的 优化。
2 界面工程
通过调整材料与界面之间 的相互作用，改变材料表 面的性质。
3 涂层技术
Байду номын сангаас结
通过本课程，您对表面工程学的重要性和应用领域有了更深刻的了解。继续探索和学习，将为您的事业带来无 限可能。
利用各种涂层技术，增强 材料的抗腐蚀性、耐磨性 和导热性。
常见表面处理技术
等离子体表面处理
利用等离子体反应，对材料表面 进行清洁和改性。
电镀工艺
通过电解过程，在材料表面形成 金属或合金涂层。
激光刻蚀
利用激光束对材料表面进行精确 刻蚀，实现图形和文字的印刻。
表面工程学的发展前景
随着科技的不断进步和工业需求的增长，表面工程学将继续发展，为各行各 业带来更多创新和突破。
通过本课件，您将了解表面工程学的定义、应用领域、基本原理、常见表面 处理技术以及发展前景，希望能为您带来启发和新的知识。
课程介绍
本课程将深入探讨表面工程学的重要性和应用，为您揭示其在不同行业中的 巨大潜力。
表面工程学的定义
表面工程学是研究对材料表面进行改性和处理的学科，旨在改善材料的功能性、性能和外观。
表面工程学的应用领域
表面工程学广泛应用于汽车制造、航空航天、电子设备、医疗器械等行业， 在提升产品质量和性能方面发挥着关键作用。
表面工程学的基本原理
1 材料相互作用
通过控制表面与环境的相 互作用，实现材料性能的 优化。
2 界面工程
通过调整材料与界面之间 的相互作用，改变材料表 面的性质。
3 涂层技术
Байду номын сангаас结
通过本课程，您对表面工程学的重要性和应用领域有了更深刻的了解。继续探索和学习，将为您的事业带来无 限可能。
利用各种涂层技术，增强 材料的抗腐蚀性、耐磨性 和导热性。
常见表面处理技术
等离子体表面处理
利用等离子体反应，对材料表面 进行清洁和改性。
电镀工艺
通过电解过程，在材料表面形成 金属或合金涂层。
激光刻蚀
利用激光束对材料表面进行精确 刻蚀，实现图形和文字的印刻。
表面工程学的发展前景
随着科技的不断进步和工业需求的增长，表面工程学将继续发展，为各行各 业带来更多创新和突破。
材料表面工程技术培训课件
金属表面发生破坏或失效，进而引起整个设备 或零（构）件的破坏或失效。
发展金属表面防护和强化技术，是各国普遍关 心的重大课题。
问题的提出
零件在服役过程中，失效的主要形式为： 腐蚀 (Corrosion)、磨损 (Wear)、
疲劳(Fatigue)、 断裂 (Fracture) 随着现代工业的迅猛发展，对机械工业产品提
经过表面处理后的金属材料，其基体的化学成分和 力学性能并未发生变化(或未发生大的变化)，但其 表面却拥有了一些特殊性能，如高的耐磨性、耐蚀 性、耐热性、导电性、电磁特性、光学性能等。
表面技术是直接与各 种表面现象或过程有 关的，能为人类造福 或被人们利用的技术。
为什么研究金属表面处理技术？
所有的金属材料都不可避免与环境相接触,而与 环境真正接触的是金属的表面，如各种机械零 件和工程构件。
飞船或者洲际导弹的头部锥体和 翼前沿：由于具有几十倍的音速， 并与大气层摩擦，即所谓气动加 热 ， 其 温 度 高 达 4000 ～ 5000℃ 。
长江三峡工程中挖泥船的发动机 曲轴损坏，当时如从日本购买新 轴，加上运费和进口关税等需人 民币120万元，从订购到交货需 三个月以上，停产损失更大？
coating） 10. 其它（题目可自拟Internet 金属表面工程学. 刘江南，兵器工业出版社 材料表面工程导论. 赵文轸，西安交通大学出版社 表面工程. 刘新田，河南大学出版社 表面工程. 徐滨士，刘世参，机械工业出版社 Surface Engineering. ASM Handbook, Vol. 5, 1994.
3
关于专题综述
1. Prepare a Report reviewing one of the hot topics relevant to surface engineering
发展金属表面防护和强化技术，是各国普遍关 心的重大课题。
问题的提出
零件在服役过程中，失效的主要形式为： 腐蚀 (Corrosion)、磨损 (Wear)、
疲劳(Fatigue)、 断裂 (Fracture) 随着现代工业的迅猛发展，对机械工业产品提
经过表面处理后的金属材料，其基体的化学成分和 力学性能并未发生变化(或未发生大的变化)，但其 表面却拥有了一些特殊性能，如高的耐磨性、耐蚀 性、耐热性、导电性、电磁特性、光学性能等。
表面技术是直接与各 种表面现象或过程有 关的，能为人类造福 或被人们利用的技术。
为什么研究金属表面处理技术？
所有的金属材料都不可避免与环境相接触,而与 环境真正接触的是金属的表面，如各种机械零 件和工程构件。
飞船或者洲际导弹的头部锥体和 翼前沿：由于具有几十倍的音速， 并与大气层摩擦，即所谓气动加 热 ， 其 温 度 高 达 4000 ～ 5000℃ 。
长江三峡工程中挖泥船的发动机 曲轴损坏，当时如从日本购买新 轴，加上运费和进口关税等需人 民币120万元，从订购到交货需 三个月以上，停产损失更大？
coating） 10. 其它（题目可自拟Internet 金属表面工程学. 刘江南，兵器工业出版社 材料表面工程导论. 赵文轸，西安交通大学出版社 表面工程. 刘新田，河南大学出版社 表面工程. 徐滨士，刘世参，机械工业出版社 Surface Engineering. ASM Handbook, Vol. 5, 1994.
3
关于专题综述
1. Prepare a Report reviewing one of the hot topics relevant to surface engineering
材料第四章-精品
片状M（凸透镜状）
2020/2/1
M 的性能
固溶强化显著： wC ↑→ M 硬度↑
片状M 硬度高，塑韧性差。 板条M 强度高，塑韧性较好。
2020/2/1
1.2 钢的普通热处理
一般零件生产的工艺路线:
毛坯生产
预备热处理
机械加
工
最终热处理
机械精加工
预备热处理 : 退火 ; 正火；调质 最终热处理 : 淬火 ; 回火；化学热处理
• 加热时间的确定: • 加热时间包括升温和保温两个阶段。
通常以装炉后炉温达到淬火温度所需时 间为升温阶段，并以此为保温时间的开 始。保温阶段指钢件温度均匀并完成奥 氏体化所需的时间。
2020/2/1
冷却介质 冷却速度：盐水＞水 ＞盐浴 ＞油
淬火方法 单介质淬火：水、油冷 双介质淬火：水冷 + 油冷 分级淬火： ＞Ms盐（碱）浴中保温 ＋空冷 等温淬火（ 在盐、碱浴中） → 下B
热处理工艺： 加热、冷却速度，及温度、时间等参数。
2020/2/1
一、钢的退火
将组织偏离平衡状态的钢加热到适当温度，保温一定时间，然后 缓冷却（一般为随炉冷却），以获得所需组织的热处理工艺叫做退火 。
据处理的目的和要求不同，刚的退火可分为完全退火、等温退火 、球化退火和去应力退火等。
1.完全退火（亚共析钢） 又称重结晶退火，是把钢加热至以上
第1节 钢的热处理
1.1 热处理基础 1.2 普通热处理 1.3 表面热处理 1.4 热处理工艺的应用
2020/2/1
改善钢的性能的途径： 合金化、热处理，压力加工。
钢的热处理 将钢在固态下进行适当的加热、保温和冷却， 以改变其组织和性能的工艺。
热处理的应用：机械制造业 机床、汽车零件60-80%经过热处理。 模具、滚动轴承100%需热处理。
厦门大学 材料科学基础(二) 第四章-1 缺陷化学ppt课件
20世纪70年代
克罗格和明克总结出了一套点缺陷的表示符号。
20世纪80年代
超导氧化物的研究。
7
4.5 缺陷化学的研究对象和内容
研究对象
点缺陷。包括点阵结点，空位、间隙原子、杂质原子导 带中的电子和价带中的电子空穴等。不包括声子和激子。
研究内容
点缺陷的生成、点缺陷的平衡、点缺陷之间的反应、点 缺陷的存在所引起的固体中载流子（电子和空穴）的变 化，点缺陷对固体性质的影响以及如何控制固体中点缺 陷的种类和浓度等。
质点进行热振动
➢ 产生声子和激子等
质点脱离其平衡位置
➢ 产生空位和填隙质点
外来杂质进入晶格
2
晶体结构中的缺陷对晶体物理化学性质的影响
半导体的导电性 晶体的颜色 固体的强度 扩散过程
3
4.2 点缺陷的热力学分析
S=klnW S：构型熵 k: 波尔兹曼常数 W：几率，正比于 1023
8
20世纪30年代
色心理论的提出 杂质缺陷的研究
20世纪40年代
半导体晶体管的发明对缺陷化学的促进。
6
20世纪60年代
克罗格(Kroger)和明克（Vink）采用了一种分区近似的 方法，首次求解得到晶体PbS中各类点缺陷的浓度以及 缺陷浓度随平衡气相分压变化曲线。采用化学理论（化 学反应平衡常数方程和质量作用定律）研究晶体缺陷获 得成功。
面缺陷
在二维方向上伸展的缺陷。例如，晶界。
体缺陷
三维尺寸上都比较大的缺陷。例如，杂质团聚体和空洞 。
5
4.4 缺陷化学的发展历史
缺陷化学：从理论上定性定量地把材料中的点缺 陷看作化学实物，并用化学的原理来研究缺陷的 产生、平衡尔缺陷模型；瓦格纳和肖脱基提 出了肖脱基缺陷模型。
克罗格和明克总结出了一套点缺陷的表示符号。
20世纪80年代
超导氧化物的研究。
7
4.5 缺陷化学的研究对象和内容
研究对象
点缺陷。包括点阵结点，空位、间隙原子、杂质原子导 带中的电子和价带中的电子空穴等。不包括声子和激子。
研究内容
点缺陷的生成、点缺陷的平衡、点缺陷之间的反应、点 缺陷的存在所引起的固体中载流子（电子和空穴）的变 化，点缺陷对固体性质的影响以及如何控制固体中点缺 陷的种类和浓度等。
质点进行热振动
➢ 产生声子和激子等
质点脱离其平衡位置
➢ 产生空位和填隙质点
外来杂质进入晶格
2
晶体结构中的缺陷对晶体物理化学性质的影响
半导体的导电性 晶体的颜色 固体的强度 扩散过程
3
4.2 点缺陷的热力学分析
S=klnW S：构型熵 k: 波尔兹曼常数 W：几率，正比于 1023
8
20世纪30年代
色心理论的提出 杂质缺陷的研究
20世纪40年代
半导体晶体管的发明对缺陷化学的促进。
6
20世纪60年代
克罗格(Kroger)和明克（Vink）采用了一种分区近似的 方法，首次求解得到晶体PbS中各类点缺陷的浓度以及 缺陷浓度随平衡气相分压变化曲线。采用化学理论（化 学反应平衡常数方程和质量作用定律）研究晶体缺陷获 得成功。
面缺陷
在二维方向上伸展的缺陷。例如，晶界。
体缺陷
三维尺寸上都比较大的缺陷。例如，杂质团聚体和空洞 。
5
4.4 缺陷化学的发展历史
缺陷化学：从理论上定性定量地把材料中的点缺 陷看作化学实物，并用化学的原理来研究缺陷的 产生、平衡尔缺陷模型；瓦格纳和肖脱基提 出了肖脱基缺陷模型。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
3．气渗法
首先把工件加热到渗剂原子在基体中能产生显著扩散的 温度，然后把含有渗镀金属卤化物(MCl2)的氢气通人， 气体和表面接触时，工件表面的金属A和氢与MCl2发生 反应。
MCl2 + A ACl2 + [M] MCl2 + H2 2HCl + [M] 反应生成的活性原子[M]渗人工件表面。
渗层能否形成，关键在于渗入元素能否与基体金属形成 有一定浓度变化范围的二元合金相。形成这种相后，才 可能造成浓度差，从而使渗入元素获得扩散所需要的驱 动力。
影响固溶体或金属间化合物形成的因素主要有：原子相 对大小，原子间的化学亲合力，点阵类型以及相对原子 价。多数情况下，可通过原子相对大小初步判定固溶体 渗层形成的可能性。
4-2-2 渗层的形成条件
渗层是基体金属和渗入元素原子混合或化合组成的薄合金层，形成 条件为： (a) 渗入元素必须能与基体金属形成固溶体或金属间化合物； (b) 渗入元素与基体金属必须保持紧密的接触，即渗入元素可在界
面被吸附； (c) 必须保持一定的温度，使原子获得足够的扩散动力； (d) 生成活性原子的化学反应必须满足一定的热力学条件。
4．离子轰击渗镀法
离子轰击渗镀法是利用物质的第四态—等离子体进行渗 镀。等离子体是利用低真空下气体辉光放电获得的，因 为离子活性比原子高，加上电场的作用，因此渗速较高， 质量较好。 但是该法除离子氮化已经成熟，包括渗碳在内的离子渗 金属尚在开发之中。
5．复合渗
复合渗是固渗的发展，即采用各种镀层手段先在工件表面制造一固相 涂层，然后把工件连同涂层一起加热。
定的深度，此称内扩散。
在这四个步骤中，最关键的是进行最慢的步骤，即控制步 骤。
步骤①速度快，不会对整个过程产生阻碍作用。 步骤②虽然是一个扩散过程，但此扩散是在气态或液态下进 行，扩散速率要远远大于元素在固态内的扩散，因而也不可 能成为控制步骤。
后两个步骤都有可能成为过程中的控制步骤。可根据渗层深 度和时间的关系来判定究竟是步骤③还是④是控制步骤。
② 熔烧法
把渗镀金属或合金粉末加粘结剂后制成料浆，再将料 浆均匀涂敷于工件表面上，干燥后在惰性气体或真空 环境中以稍高于料浆熔点的温度加热烧结，通过液-固 界面扩散而形成合金层。
与热浸法相比，该法能获得成分和厚度都很均匀的渗 层，同时具有热传递性好、渗速快等特点。
③ 盐浴法
盐浴法是在金属盐熔融液体中加入V，Nb，Cr，Ti，Ta 等铁合金粉末，然后把含有较高C，N的钢件浸入，在 800 ～ 1250C温度下，经过0.5～10 h的时间后，可在表 面上形成一极硬的金属的碳氮化合物薄层，从而赋予工 件表面很高的耐磨性。
TRD处理的设备如图4-4所示。
将70％ 90％的硼砂放人耐热钢坩埚中熔融后，向坩埚中加入可形成 欲镀覆的碳化物的物质。例如欲涂VC时，加入Fe-V的合金粉末或 V2O5粉末，将含碳的钢件浸入此盐浴中，在800～1200C保温110 h， 便得到了仅由碳化物镀覆的表面层。碳的来源完全依靠钢中自身的碳 向外扩散。
实现气渗工艺大致可分为两大类：
一类是渗镀金属同工件不在同一空间，用氢气做载体把欲 渗金属的卤化物运载到工件表面；
另一类是渗镀金属同工件在同一空间，使HCl气体先流过 被加热了的渗剂金属产生金属氯化物气体，随后使氯化物 气体流经金属表面，置换出活性原子[M]，进行渗镀。
优点：渗层厚度均匀，易控制，对异形件和小孔结构的渗 镀效果好，且无粉尘，劳动条件好。
包括： ① 电泳渗 ② 料浆渗 ③ 喷镀渗 ④ 电镀渗 ⑤ 化学镀渗 ⑥ 真空渗镀
4-2 热渗镀原理
4-2-1 热渗镀的基本过程
一般说来热渗镀的基本过程应包括四个步骤。 ① 介质中发生化学反应，以提供界面反应所需要的反应物； ② 反应物通过扩散输运至金属表面，此称为外扩散； ③ 反应物中的某些粒子被金属表面吸附，并发生界面反应； ④ 界面反应产生的活性原子为金属表面层吸收并向纵深迁移，达到一
4-3-2 影响涂层厚度的因素
影响涂层厚度的主要因素是盐浴温度、处理时间和钢中的含 碳量。
镀层成长的速率主要取决于碳原子的扩散速率，有下列关系 式：
2 = A t e -Q／RT 式中，为涂层厚度，t为浸镀时间， T为浸镀温度， Q为碳 扩散活化能 钢中的含碳量越高，温度越高，镀层增厚越快。
4-3-3 镀层性能
镀层特点：
1．硬度 ：
高
2．耐磨性 ： 好3．抗热粘结性 ： 良好4．抗剥离性 ： 良好
5．抗氧化及耐蚀性：一般具有良好的抗氧化及耐蚀性， 随镀覆的碳化物种类的不同而不同。
6．韧脆性 ：与淬火回火钢大体处于同一水平。
4-3 TRD渗镀法
TRD (Surface Coating by Thermo-Reactive Deposition and Diffusion) 称为热反应沉积和扩散的表面覆层法， 简称为TRD渗镀法或TD法。 应用最广泛的是用熔盐浸镀法在工件表面上涂覆VC， NbC，CrxCy等碳化物。
4-3-1 处理方法
大部分渗镀处理的控制步骤是内扩散，因此提高温度可加 速扩散的进行。但如果界面反应是控制步骤，则仅靠提高 温度就未必会收到加速的效果。
一般来说，在初始阶段，金属表面上的浓度较低，界面反 应大多是控制步骤；到一定的程度，渗镀元素在表面的浓 度高达某一值后，渗层厚度的增长主要靠内扩散来进行， 因此扩散成了控制步骤。
厦门大学材料表面工程第四章
4.1 概述
用加热扩散的方法把一种或几种元素渗入基体金属的表 面，得到一扩散合金层，称为热渗镀。
该技术的突出特点是表面强化层的形成主要依靠加热扩散 的作用，因而不存在结合力不足的问题。 热渗镀： 加热 + 扩散 渗入基体 合金层
2．液渗法
① 热浸法 将工件直接浸入某一液态金属中，经较短时间即形成合 金镀层。当浸渍时间极短时，所形成的镀层只是附着层 而不是扩散层，与基体金属结合不牢固，在热浸后还要 加热使镀层进行扩散，以形成合金层。 优点：设备简单，操作容易，被广泛采用。 这种方法多用于钢铁制品的镀锌、镀铝、镀锡等。