材料表面工程-第四讲
合集下载
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。
{工程建筑套表}材料表面工程四讲
二、高能束表面处理
v 激光熔覆技术
二、高能束表面处理
l 激光熔覆材料的添加
Ø 预制涂层法：先涂覆、喷涂、电镀一层材料； Ø 同步送料法：将材料直接送入激光熔池，多为粉末、线材。
l 激光熔覆技术特点
Ø 类似于喷焊或堆焊，与二者相比特点： (1) 稀释率低； (2)基材热变形最小； (3)熔覆层致密，结合强度高； (4)无污染，无辐射，低噪声，劳动条件好。
基
阳极 (基板)
片
加热器
高压 —电源＋
加热 氩气 电源
一、气相沉积技术
F 射频溅射 l射频：指频率低于6×1012的电振荡频率
射频 电源
匹配电路 氩气
射频 电极
电磁 线圈
真空罩
工件
工件架
电磁 线圈 靶材
一、气相沉积技术
F 磁控溅射
工件架
辉光区
基片 靶
屏
蔽
S
N
S
磁铁
一、气相沉积技术
F 三极溅射
阳极 靶子
真空蒸镀
(1)物理气相沉积 溅射镀膜
(2)化学气相沉积 离子镀膜
一、气相沉积技术
➢2.物理气相沉积原理、装置及工艺
(1)真空蒸镀 ❖定义-在真空条件下，用加热蒸发的方法使镀料转化为气
相，然后凝聚在基体表面的方法。
❖步骤-清洁基材表面→蒸发源加热镀膜材料→材料蒸发或
升华成蒸气→蒸气在基材表面凝聚成膜。
二、高能束表面处理
➢4.离子注入原理、装置及应用
❖原 理 -把所需的离子（如N、C、O、Cr、Ni、Ti等元素离子）加速
至几万甚至百万电子伏特能量，并注入金属材料表层。
二、高能束表面处理
v 离子注入强化机理
材料表面工程
材料表面工程
材料表面工程是指对材料表面进行改性、处理或涂覆，以改善材料的性能和功
能的一种技术。
材料表面工程在工程领域中具有广泛的应用，可以有效地提高材料的耐磨性、耐腐蚀性、导热性、导电性等性能，从而满足不同工程领域对材料性能的需求。
首先，材料表面工程可以通过改变材料表面的化学成分和结构来实现。
例如，
通过表面氮化、碳化、氧化等处理，可以增强材料的硬度、耐磨性和耐蚀性。
此外，还可以通过表面涂覆金属、陶瓷、聚合物等材料来实现对材料表面性能的改善。
这些方法可以有效地提高材料的表面性能，从而延长材料的使用寿命。
其次，材料表面工程可以通过改变材料表面的形貌和结构来实现。
例如，通过
表面喷丸处理、激光熔覆、电镀等方法，可以改变材料表面的粗糙度、形貌和结构，从而提高材料的抗疲劳性、导热性和导电性。
这些方法可以有效地提高材料的表面性能，从而满足不同工程领域对材料性能的需求。
另外，材料表面工程还可以通过表面涂覆功能性薄膜来实现。
例如，通过表面
喷涂纳米材料、功能性陶瓷涂层、涂覆聚合物薄膜等方法，可以实现对材料表面功能的改善，如降低摩擦系数、提高表面光泽度、改善表面润湿性等。
这些方法可以有效地提高材料的表面性能，从而拓展材料的应用领域。
总的来说，材料表面工程是一种重要的技术手段，可以有效地改善材料的表面
性能，满足不同工程领域对材料性能的需求。
随着科技的不断进步，材料表面工程技术也在不断发展和完善，将为工程领域带来更多的创新和突破。
相信在不久的将来，材料表面工程将会得到更广泛的应用和推广。
材料工程基础第四章答辩PPT课件
通常是指合金的充型能力(流动性)、 收缩性、吸气性及偏析等性能
合金铸造性能是选择铸造金属材料，确定铸件的铸 造工艺方案及进行铸件结构设计的依据。
8
1、合金的充型能力——流动性
（1）充型能力的概念: 液态金属充满铸型型腔，获得尺寸精确、轮廓 清晰的成型件的能力。
充型能力不足 浇不足 冷 隔 夹 砂 气 孔 夹 渣
工艺过程较复杂，一些工艺过程难 控制
液态成形零件内部组织的均匀性、 致密性一般较差
液态成形零件易出现缩孔、缩松、 气孔、砂眼、夹渣、夹砂、裂纹等 缺陷，产品质量不够稳定
铸件内部晶粒粗大，组织不均匀， 且常伴有缺陷，其力学性能比同类 材料的塑性成形低
7
二、液态成形合金性能（※）
液态合金的工艺性能表征为液态合金的 铸造性能
生产效率高，产品质量稳定； 成本高，生产准备时间较长；
适用于中、小型铸件的批量生产
按紧砂原理，机器造型分振压 造型、微振压实造型、高压造型、 抛砂造型
42
砂型铸造造型材料的要求
强度——干强度和湿强度
透气性——排气用
耐火度——与液态金属接触时，不软化，不粘砂
退让性——防止铸造应力
溃散性——便于清理
将型壳浇口向上,浸在85~90ºC的热水中，熔模熔化 后从浇口溢出，浮在水面，得到中空型壳。送入加热 炉（800~950ºC）中焙烧。出炉后趁热浇注。
48
特点
铸件精度高，表面质量好； 铸造合金种类不受限制，更适用于高熔点、难加工的高
合金钢铸造； 形状复杂程度不限，生产批量不限； 工艺过程复杂，原材料价格高，铸件成本高。
• 冷裂的特征：裂纹细小，呈连续直线状，缝内有金属光泽或 氧化色。
• 预防措施：①减少铸件内应力；②降低合金的脆性；③控制 铸钢中磷的含量。
合金铸造性能是选择铸造金属材料，确定铸件的铸 造工艺方案及进行铸件结构设计的依据。
8
1、合金的充型能力——流动性
（1）充型能力的概念: 液态金属充满铸型型腔，获得尺寸精确、轮廓 清晰的成型件的能力。
充型能力不足 浇不足 冷 隔 夹 砂 气 孔 夹 渣
工艺过程较复杂，一些工艺过程难 控制
液态成形零件内部组织的均匀性、 致密性一般较差
液态成形零件易出现缩孔、缩松、 气孔、砂眼、夹渣、夹砂、裂纹等 缺陷，产品质量不够稳定
铸件内部晶粒粗大，组织不均匀， 且常伴有缺陷，其力学性能比同类 材料的塑性成形低
7
二、液态成形合金性能（※）
液态合金的工艺性能表征为液态合金的 铸造性能
生产效率高，产品质量稳定； 成本高，生产准备时间较长；
适用于中、小型铸件的批量生产
按紧砂原理，机器造型分振压 造型、微振压实造型、高压造型、 抛砂造型
42
砂型铸造造型材料的要求
强度——干强度和湿强度
透气性——排气用
耐火度——与液态金属接触时，不软化，不粘砂
退让性——防止铸造应力
溃散性——便于清理
将型壳浇口向上,浸在85~90ºC的热水中，熔模熔化 后从浇口溢出，浮在水面，得到中空型壳。送入加热 炉（800~950ºC）中焙烧。出炉后趁热浇注。
48
特点
铸件精度高，表面质量好； 铸造合金种类不受限制，更适用于高熔点、难加工的高
合金钢铸造； 形状复杂程度不限，生产批量不限； 工艺过程复杂，原材料价格高，铸件成本高。
• 冷裂的特征：裂纹细小，呈连续直线状，缝内有金属光泽或 氧化色。
• 预防措施：①减少铸件内应力；②降低合金的脆性；③控制 铸钢中磷的含量。
《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。
{工程建筑套表}材料表面工程技术培训讲义
第一章 金属表面处理技术概述
金属表面处理技术的含义和意义 金属表面处理技术的分类 金属表面处理技术的产生和发展 金属表面处理技术的应用
1.1金属表面处理技术的含义和意义
金属表面处理技术是指通过一些物理、化学、机械 或复合方法使金属表面具有与基体不同的组织结构、 化学成分和物理状态，从而使经过处理后的表面具 有与基体不同的性能。
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 出了更高的要求，要求产品能在高参数(如高温、 高压、高速)和恶劣工况条件下长期稳定运转或 服役，这就必然对材料表面的耐磨、耐蚀等性 能以及表面装饰提出了更高的要求，使其成为 防止产品失效的第一道防线。
火箭发动机的尾喷管内壁和燃烧 室 需 承 受 2000 ～ 3300℃ 温 度 和 巨大的热焰流冲击。
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？
19世纪工业革命以来，为了适应高强度、高硬 度和耐磨、耐高温、耐酸碱腐蚀等不同特殊要 求，人们需要不断开发各种特殊的合金材料， 但这些合金材料往往价格昂贵。
在许多情况下也很难找到一种能够同时满足整 体和表面要求的材料。
材料表面工程技术课件
通过化学或物理方法，改 善塑料表面的润湿性、粘 结性和装饰性。
功能材料表面改性实例
高分子材料表面改性
通过化学或物理方法，改变高分子材料的表面能、极性和 润湿性，提高其与其它材料的粘结性和相容性。
石墨烯表面修饰
通过化学反应，在石墨烯表面引入官能团或其它基团，改 变其物理和化学性质，实现其在传感器、电池等领域的应 用。
通过电解作用在材料表面附着一层金属膜的技术
详细描述
电镀技术利用电解原理，在材料表面附着一层金属膜，以提高材料的耐腐蚀性 、耐磨性和装饰性。电镀技术广泛应用于汽车、电子、建筑和航空航天等领域 。
化学镀技术
总结词
通过化学反应在材料表面沉积金属或合金的技术
详细描述
化学镀技术利用化学反应在材料表面沉积一层金属或合金，以提高材料的耐腐蚀 性、耐磨性和导电性。化学镀技术广泛应用于电子、生物医学和装饰等领域。
生物材料表面改性
通过物理或化学方法，改变生物材料的表面性质，使其具 有更好的生物相容性和功能性，如组织工程、药物传递和 生物检测等领域的应用。
05
材料表面工程技术展望
新材料表面工程技术的发展趋势
纳米表面工程技术
利用纳米技术提高材料表 面的耐磨、耐腐蚀和抗疲 劳等性能，满足高精度、 高性能的应用需求。
化学气相沉积技术
总结词
通过化学反应将气态物质转化为固态物质沉积在材料表面的技术
详细描述
化学气相沉积技术利用化学反应将气态物质转化为固态物质，并沉积在材料表面，形成一层薄膜。化 学气相沉积技术广泛应用于电子、光学和生物医学等领域。
03
材料表面改性技术
表面合金化技术
表面合金化技术是通过在材料表面添加合金元素，改变材料表面的成分和结构，从 而提高材料表面的性能。
功能材料表面改性实例
高分子材料表面改性
通过化学或物理方法，改变高分子材料的表面能、极性和 润湿性，提高其与其它材料的粘结性和相容性。
石墨烯表面修饰
通过化学反应，在石墨烯表面引入官能团或其它基团，改 变其物理和化学性质，实现其在传感器、电池等领域的应 用。
通过电解作用在材料表面附着一层金属膜的技术
详细描述
电镀技术利用电解原理，在材料表面附着一层金属膜，以提高材料的耐腐蚀性 、耐磨性和装饰性。电镀技术广泛应用于汽车、电子、建筑和航空航天等领域 。
化学镀技术
总结词
通过化学反应在材料表面沉积金属或合金的技术
详细描述
化学镀技术利用化学反应在材料表面沉积一层金属或合金，以提高材料的耐腐蚀 性、耐磨性和导电性。化学镀技术广泛应用于电子、生物医学和装饰等领域。
生物材料表面改性
通过物理或化学方法，改变生物材料的表面性质，使其具 有更好的生物相容性和功能性，如组织工程、药物传递和 生物检测等领域的应用。
05
材料表面工程技术展望
新材料表面工程技术的发展趋势
纳米表面工程技术
利用纳米技术提高材料表 面的耐磨、耐腐蚀和抗疲 劳等性能，满足高精度、 高性能的应用需求。
化学气相沉积技术
总结词
通过化学反应将气态物质转化为固态物质沉积在材料表面的技术
详细描述
化学气相沉积技术利用化学反应将气态物质转化为固态物质，并沉积在材料表面，形成一层薄膜。化 学气相沉积技术广泛应用于电子、光学和生物医学等领域。
03
材料表面改性技术
表面合金化技术
表面合金化技术是通过在材料表面添加合金元素，改变材料表面的成分和结构，从 而提高材料表面的性能。
材料表面工程技术课件
面的功能性，广泛应用于电子、纺织、生物医学等领域。
等离子体表面处理工艺
03
包括等离子体类型选择、处理时间、功率等参数控制，对处理
效果和材料性能具有重要影响。
05
材料表面工程技术应用案例
航空航天领域的应用案例
பைடு நூலகம்
涂层技术
采用等离子喷涂、超音速喷涂等技术，制备耐高温、抗氧 化、抗腐蚀等性能的涂层，提高航空航天材料的使用寿命 和安全性。
表面强化技术
应用离子注入、激光表面处理等强化技术，提高航空航天 材料的硬度、耐磨性和抗疲劳性能，增强其承载能力和使 用寿命。
特种焊接技术
采用电子束焊接、激光焊接等特种焊接技术，实现航空航 天材料的高强度、高质量连接，确保其结构完整性和安全 性。
汽车工业的应用案例
01
电镀技术
应用镀锌、镀铬等电镀技术，提高汽车零件的耐腐蚀性和美观性，延长
，降低对环境和人体的危害。
循环经济与可持续发展
03
推广循环经济和可持续发展的理念，实现材料表面工
程技术的绿色化、低碳化。
THANKS
感谢观看
材料表面工程技术课件
• 引言 • 材料表面预处理技术 • 材料表面涂层技术 • 材料表面改性技术 • 材料表面工程技术应用案例
• 材料表面工程技术的评估与质量控制 • 材料表面工程技术的未来发展趋势与
展望
01
引言
表面工程技术的定义与重要性
定义
表面工程技术是指通过物理、化学或 机械手段，改变材料表面的结构、成 分和性质，以获得所需表面性能的技 术。
效果。
表面改性效果的评价指标
表面粗糙度 表面硬度 摩擦系数
耐腐蚀性能
采用轮廓仪、干涉仪等仪器测量表面粗糙度，以评估改性处理 对表面光洁度的影响。
- 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)。
12
一、气相沉积技术
(2)溅射镀膜 定义-在真空室中，用荷能粒子轰击靶材，使其原子获得能量而
溅出进入气相，并在工件表面沉积成膜。荷能粒子一般为离子。
步骤-靶面原子溅射→溅射原子向基片迁移→沉积成膜。
13
一、气相沉积技术
v 常用方法
F 二极溅射
由真空室+抽真空系统+ 电气系统+供气部分组成
钟罩
阴极屏障
目录
l 一、气相沉积技术 l 二、高能束表面处理
二、高能束表面处理
➢ 1.高能束表面改性概述 ➢2.激光表面处理概述及其分类 ➢3.电子束表面处理及热过程 ➢4. 离子注入原理、装置及应用
34
二、高能束表面处理
➢1.高能束表面改性概述
❖高能束-激光束、电子束、离子束。 ❖表面改性-获得与基体的组织、性能不同的材料表面。 ❖高能束加热和冷却速度极高-微晶或非晶制备。 ❖离子注入-把异类原子引入表面层-表面合金化。
真空蒸镀 (1)物理气相沉积 溅射镀膜 (2)化学气相沉积 离子镀膜
4
一、气相沉积技术
➢2.物理气相沉积原理、装置及工艺
(1)真空蒸镀 ❖定义-在真空条件下，用加热蒸发的方法使镀料转化为气相，
然后凝聚在基体表面的方法。
❖步骤-清洁基材表面→蒸发源加热镀膜材料→材料蒸发或升华
成蒸气→蒸气在基材表面凝聚成膜。
v 方法
F 电阻加热法 温度<1500℃，Al、Au、Ag。
电阻加热蒸发源
钨丝、钨舟、钼舟
8
一、气相沉积技术
F 高频感应加热法
9
一、气相沉积技术
F 激光蒸镀法
10
一、气相沉积技术
v 真空蒸镀膜影响因素
F 真空度 F 基材表面状态：清洁度、温度、晶体结构 F 蒸发温度 F 蒸发和凝结速率
F 基材表面与蒸发源的空间关系
质量流量计
N2 等离子区
SiH4+Ar
质量流量计
反应室
高频发生器
试样
加热器 机械泵
扩散泵
30
一、气相沉积技术
F 金属有机化合物CVD (MOCVD)
采用GaAs作为基片
不锈钢发泡器
反应室
GaAs 基片
RF 线圈
托架
TMG TMA DEZ
排气
H2
石至墨收废装制气置成回
质量流
净化器 量计4个
AsH3
用氢气稀释至5~10%
38
二、高能束表面处理
v 激光熔覆技术
39
二、高能束表面处理
l 激光熔覆材料的添加
Ø 预制涂层法：先涂覆、喷涂、电镀一层材料； Ø 同步送料法：将材料直接送入激光熔池，多为粉末、线材。
l 激光熔覆技术特点
Ø 类似于喷焊或堆焊，与二者相比特点： (1) 稀释率低； (2)基材热变形最小； (3)熔覆层致密，结合强度高； (4)无污染，无辐射，低噪声，劳动条件好。
工件架
至真 空泵
阳极
22
一、气相沉积技术
F磁控溅射离子镀
离子镀 电源
永久磁铁 工作室 磁磁控靶
控
NSN
阳
极
磁控 电源
膜层
氩气
至真 空泵
基板 (工件)
Байду номын сангаас
23
一、气相沉积技术
F活性反应离子镀
反应 气导 入环
真空室
基板
压差 板
物料
真空机组
探测 电极 反应
气体
＋
电 源
—
至真 空泵
电子枪
24
一、气相沉积技术
安全在于心细，事故出在麻痹。20.1 0.232 0.10.2 323:4 8:492 3:48: 49Oct ober 23, 2020
踏实肯干，努力奋斗。2020年10月2 3日下 午11时 48分2 0.10.2 320.1 0.23
追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。 2020年 10月2 3日星 期五下 午11时 48分4 9秒23: 48:49 20.10 .23
光化学反应CVD
常压CVD 1atm(1.013×105 Pa)
按沉积系统压强
减压CVD 数十~数百Pa
28
一、气相沉积技术
F减压CVD
冷阱
压力 真空表 波阀纹
管清洗 氮
感应加热 反应室 排气
装料 门组
件
气动 连锁 装置
反应 气体
管
主真空泵
气体控 制系统
防振台
29
一、气相沉积技术
F等离子体增强CVD (PECVD)
齿圈激光熔凝
轧辊激光熔凝
46
二、高能束表面处理
➢3.电子束表面处理及热过程
❖原理
l 电子束能量密度达103MW/m2， 比激光高一至二个数量级。
l 电子束加热深度和尺寸比激光大 。
l 缺点：必须在真空环境中处理。
47
二、高能束表面处理
v 电子束表面改性方法
F ①电子束淬火； F ②电子束表面合金化； F ③电子束覆层； F ④制造非晶态层； F 此外，电子束蒸镀、溅射也应属于电子束的改性范畴。
H2Se 高压气瓶 用氢气稀释至几十~几百ppm
31
一、气相沉积技术
F 光化学CVD
l 利用光化学反应，使反应物吸收一定波长和能量的光子，促使其 中的原子团和离子发生反应，生成化合物的CVD方法。
l 主要用于沉积SiO2、Si3N4以及多晶硅膜；生长M膜和Ga、Ge、Ti 、W等元素的氧化物膜。
32
严格把控质量关，让生产更加有保障 。2020 年10 月下午1 1时48 分20.1 0.232 3:48Octobe r 23, 2020
作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。 2020年 10月2 3日星 期五11 时48分 49秒2 3:48: 4923 October 2020
35
二、高能束表面处理
➢2.激光表面处理概述及其分类
❖概述：
金属对激光的吸收——部分反射,部分吸收； 吸收能量——电子跃迁； 吸收率与波长、温度、金属表面自身性质有关； 激光与金属作用的类型：热作用、力作用、光作用。
36
二、高能束表面处理
❖ 分类：
不改变基材表面成分
37
二、高能束表面处理
F 改变基材表面成分
5
一、气相沉积技术
❖ 原理-在高真空中，镀料气化（升华）。基体设在蒸气流上方，
且温度相对较低，则蒸气在基体上形成凝固膜。
6
一、气相沉积技术
❖ 设备
工 件
蒸发源与
加热器
钟罩
冷阱
出水 扩散泵
工件夹和 加热器
ZF-85 针阀
高真空阀
充气阀
低真 空阀
放气阀
进水 增压泵 机械泵
真空蒸镀设备简图
7
一、气相沉积技术
40
二、高能束表面处理
l 激光熔覆材料
Ø 自熔合金：镍基、铁基、钴基、铜基； Ø 金属陶瓷符合粉末：合金与碳化物(WC、TiC、SiC等)； Ø 陶瓷粉末：Al2O3、ZrO2等。
l 激光熔覆影响因素
Ø 激光功率、光斑直径、功率密度、扫描速度、送粉速率、材料相 容性。
l 激光熔覆用途
Ø 形成特殊表面层；零件修复、恢复尺寸。
F 三极溅射
阳极 靶子
灯丝
钟罩
挡板
基片 磁场 线圈
等离 子区
进气阀
抽气系统
17
一、气相沉积技术
v 溅射镀膜应用
F 机械功能膜：耐摩、减摩、耐热、抗蚀等强化膜，固体润滑薄膜； F 物理功能膜：电气、磁学、光学等； F 装饰膜。
18
一、气相沉积技术
(3)离子镀膜 定义-在真空条件下，由惰性气体辉光放电使气体或被蒸发物质
阴极(靶)
基
阳极 (基板)
片
加热器
高压 —电源＋
加热 氩气 电源
14
一、气相沉积技术
F 射频溅射
l射频：指频率低于6×1012的电振荡频率
射频 电源
匹配电路 氩气
射频 电极
电磁 线圈
真空罩
工件
工件架
电磁 线圈 靶材
15
一、气相沉积技术
F 磁控溅射
工件架
辉光区
基片 靶
屏
蔽
S
N
S
磁铁
16
一、气相沉积技术
人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。 23:48: 4923: 48:49 23:48 10/23 /2020 11:48:49 PM
安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20 .10.23 23:48 :4923 :48Oc t-202 3-Oct- 20
加强交通建设管理，确保工程建设质 量。23 :48:4 923:4 8:492 3:48Friday, October 23, 2020
v 离子镀膜应用
F 表面强化镀层：耐磨镀层、耐蚀镀层、润滑镀层； F 装饰镀层； F 特殊功能镀层。
25
一、气相沉积技术
➢3.化学气相沉积原理、装置及工艺
❖定义-通过热化学反应产生的气相在工件表面沉积成膜的方法。
❖设备-
干燥剂
流量计
感应 加热炉
常由石英管制成； 器壁为热态
反应室
甲烷
催化剂 氢气瓶
混合室 TiCl4
部分离子化，离子经电场加速后对带负电荷的基体轰击，同时将蒸发 物或反应物沉积成膜。
镀料蒸发方式-电阻加热、电子束加热、等离子束加热、高
频感应加热等。
离化方式-辉光放电型、电子束型、热电子型、等离子电子束
一、气相沉积技术
(2)溅射镀膜 定义-在真空室中，用荷能粒子轰击靶材，使其原子获得能量而
溅出进入气相，并在工件表面沉积成膜。荷能粒子一般为离子。
步骤-靶面原子溅射→溅射原子向基片迁移→沉积成膜。
13
一、气相沉积技术
v 常用方法
F 二极溅射
由真空室+抽真空系统+ 电气系统+供气部分组成
钟罩
阴极屏障
目录
l 一、气相沉积技术 l 二、高能束表面处理
二、高能束表面处理
➢ 1.高能束表面改性概述 ➢2.激光表面处理概述及其分类 ➢3.电子束表面处理及热过程 ➢4. 离子注入原理、装置及应用
34
二、高能束表面处理
➢1.高能束表面改性概述
❖高能束-激光束、电子束、离子束。 ❖表面改性-获得与基体的组织、性能不同的材料表面。 ❖高能束加热和冷却速度极高-微晶或非晶制备。 ❖离子注入-把异类原子引入表面层-表面合金化。
真空蒸镀 (1)物理气相沉积 溅射镀膜 (2)化学气相沉积 离子镀膜
4
一、气相沉积技术
➢2.物理气相沉积原理、装置及工艺
(1)真空蒸镀 ❖定义-在真空条件下，用加热蒸发的方法使镀料转化为气相，
然后凝聚在基体表面的方法。
❖步骤-清洁基材表面→蒸发源加热镀膜材料→材料蒸发或升华
成蒸气→蒸气在基材表面凝聚成膜。
v 方法
F 电阻加热法 温度<1500℃，Al、Au、Ag。
电阻加热蒸发源
钨丝、钨舟、钼舟
8
一、气相沉积技术
F 高频感应加热法
9
一、气相沉积技术
F 激光蒸镀法
10
一、气相沉积技术
v 真空蒸镀膜影响因素
F 真空度 F 基材表面状态：清洁度、温度、晶体结构 F 蒸发温度 F 蒸发和凝结速率
F 基材表面与蒸发源的空间关系
质量流量计
N2 等离子区
SiH4+Ar
质量流量计
反应室
高频发生器
试样
加热器 机械泵
扩散泵
30
一、气相沉积技术
F 金属有机化合物CVD (MOCVD)
采用GaAs作为基片
不锈钢发泡器
反应室
GaAs 基片
RF 线圈
托架
TMG TMA DEZ
排气
H2
石至墨收废装制气置成回
质量流
净化器 量计4个
AsH3
用氢气稀释至5~10%
38
二、高能束表面处理
v 激光熔覆技术
39
二、高能束表面处理
l 激光熔覆材料的添加
Ø 预制涂层法：先涂覆、喷涂、电镀一层材料； Ø 同步送料法：将材料直接送入激光熔池，多为粉末、线材。
l 激光熔覆技术特点
Ø 类似于喷焊或堆焊，与二者相比特点： (1) 稀释率低； (2)基材热变形最小； (3)熔覆层致密，结合强度高； (4)无污染，无辐射，低噪声，劳动条件好。
工件架
至真 空泵
阳极
22
一、气相沉积技术
F磁控溅射离子镀
离子镀 电源
永久磁铁 工作室 磁磁控靶
控
NSN
阳
极
磁控 电源
膜层
氩气
至真 空泵
基板 (工件)
Байду номын сангаас
23
一、气相沉积技术
F活性反应离子镀
反应 气导 入环
真空室
基板
压差 板
物料
真空机组
探测 电极 反应
气体
＋
电 源
—
至真 空泵
电子枪
24
一、气相沉积技术
安全在于心细，事故出在麻痹。20.1 0.232 0.10.2 323:4 8:492 3:48: 49Oct ober 23, 2020
踏实肯干，努力奋斗。2020年10月2 3日下 午11时 48分2 0.10.2 320.1 0.23
追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。 2020年 10月2 3日星 期五下 午11时 48分4 9秒23: 48:49 20.10 .23
光化学反应CVD
常压CVD 1atm(1.013×105 Pa)
按沉积系统压强
减压CVD 数十~数百Pa
28
一、气相沉积技术
F减压CVD
冷阱
压力 真空表 波阀纹
管清洗 氮
感应加热 反应室 排气
装料 门组
件
气动 连锁 装置
反应 气体
管
主真空泵
气体控 制系统
防振台
29
一、气相沉积技术
F等离子体增强CVD (PECVD)
齿圈激光熔凝
轧辊激光熔凝
46
二、高能束表面处理
➢3.电子束表面处理及热过程
❖原理
l 电子束能量密度达103MW/m2， 比激光高一至二个数量级。
l 电子束加热深度和尺寸比激光大 。
l 缺点：必须在真空环境中处理。
47
二、高能束表面处理
v 电子束表面改性方法
F ①电子束淬火； F ②电子束表面合金化； F ③电子束覆层； F ④制造非晶态层； F 此外，电子束蒸镀、溅射也应属于电子束的改性范畴。
H2Se 高压气瓶 用氢气稀释至几十~几百ppm
31
一、气相沉积技术
F 光化学CVD
l 利用光化学反应，使反应物吸收一定波长和能量的光子，促使其 中的原子团和离子发生反应，生成化合物的CVD方法。
l 主要用于沉积SiO2、Si3N4以及多晶硅膜；生长M膜和Ga、Ge、Ti 、W等元素的氧化物膜。
32
严格把控质量关，让生产更加有保障 。2020 年10 月下午1 1时48 分20.1 0.232 3:48Octobe r 23, 2020
作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。 2020年 10月2 3日星 期五11 时48分 49秒2 3:48: 4923 October 2020
35
二、高能束表面处理
➢2.激光表面处理概述及其分类
❖概述：
金属对激光的吸收——部分反射,部分吸收； 吸收能量——电子跃迁； 吸收率与波长、温度、金属表面自身性质有关； 激光与金属作用的类型：热作用、力作用、光作用。
36
二、高能束表面处理
❖ 分类：
不改变基材表面成分
37
二、高能束表面处理
F 改变基材表面成分
5
一、气相沉积技术
❖ 原理-在高真空中，镀料气化（升华）。基体设在蒸气流上方，
且温度相对较低，则蒸气在基体上形成凝固膜。
6
一、气相沉积技术
❖ 设备
工 件
蒸发源与
加热器
钟罩
冷阱
出水 扩散泵
工件夹和 加热器
ZF-85 针阀
高真空阀
充气阀
低真 空阀
放气阀
进水 增压泵 机械泵
真空蒸镀设备简图
7
一、气相沉积技术
40
二、高能束表面处理
l 激光熔覆材料
Ø 自熔合金：镍基、铁基、钴基、铜基； Ø 金属陶瓷符合粉末：合金与碳化物(WC、TiC、SiC等)； Ø 陶瓷粉末：Al2O3、ZrO2等。
l 激光熔覆影响因素
Ø 激光功率、光斑直径、功率密度、扫描速度、送粉速率、材料相 容性。
l 激光熔覆用途
Ø 形成特殊表面层；零件修复、恢复尺寸。
F 三极溅射
阳极 靶子
灯丝
钟罩
挡板
基片 磁场 线圈
等离 子区
进气阀
抽气系统
17
一、气相沉积技术
v 溅射镀膜应用
F 机械功能膜：耐摩、减摩、耐热、抗蚀等强化膜，固体润滑薄膜； F 物理功能膜：电气、磁学、光学等； F 装饰膜。
18
一、气相沉积技术
(3)离子镀膜 定义-在真空条件下，由惰性气体辉光放电使气体或被蒸发物质
阴极(靶)
基
阳极 (基板)
片
加热器
高压 —电源＋
加热 氩气 电源
14
一、气相沉积技术
F 射频溅射
l射频：指频率低于6×1012的电振荡频率
射频 电源
匹配电路 氩气
射频 电极
电磁 线圈
真空罩
工件
工件架
电磁 线圈 靶材
15
一、气相沉积技术
F 磁控溅射
工件架
辉光区
基片 靶
屏
蔽
S
N
S
磁铁
16
一、气相沉积技术
人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。 23:48: 4923: 48:49 23:48 10/23 /2020 11:48:49 PM
安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20 .10.23 23:48 :4923 :48Oc t-202 3-Oct- 20
加强交通建设管理，确保工程建设质 量。23 :48:4 923:4 8:492 3:48Friday, October 23, 2020
v 离子镀膜应用
F 表面强化镀层：耐磨镀层、耐蚀镀层、润滑镀层； F 装饰镀层； F 特殊功能镀层。
25
一、气相沉积技术
➢3.化学气相沉积原理、装置及工艺
❖定义-通过热化学反应产生的气相在工件表面沉积成膜的方法。
❖设备-
干燥剂
流量计
感应 加热炉
常由石英管制成； 器壁为热态
反应室
甲烷
催化剂 氢气瓶
混合室 TiCl4
部分离子化，离子经电场加速后对带负电荷的基体轰击，同时将蒸发 物或反应物沉积成膜。
镀料蒸发方式-电阻加热、电子束加热、等离子束加热、高
频感应加热等。
离化方式-辉光放电型、电子束型、热电子型、等离子电子束