表面工程技术
表面工程略微整理版
洁净表面：大块晶体的三维周期结构与真空间的过渡区,它涉及所有不具有晶体内特性的原子层,为1个~几个原子层,厚度0.5~2nm污染表面：指被任何其他东西所污染，或吸附其他原子、分子的材料表面。
抱负表面：当一块无限大的无缺陷的晶体被提成两个半无限大的晶体时，假如在分割面附近区域中的原子排列、电子的密度分布都和分割前同样，并且晶体在分割时没有原子进入或跑出分割面，这个分割面就是抱负表面冶金结合：覆层与基体之间通过熔融过程实现结合扩散结合：覆层与基材之间通过原子扩散结合磨粒磨损：指由于硬颗粒或硬突起物使材料迁移而导致的磨损粘着磨损：指当接触表面作相对运动时,由于固相微凸体的焊合作用使材料从一个表面转移到另一个表面导致的磨损表面疲劳磨损：指由于在表面上反复滚动或滑动时所产生的循环交变应力引起疲劳而使材料脱落的磨损冲击磨损：两固体表面间反复冲击作用下材料损伤和脱落的磨损形式磨光：是普通的运用砂粒、刃口将M机械性切割下来的过程，重要目的是去除金属零件表面的毛刺/砂眼/氧化皮/锈迹/沟纹等,使其具有一定的平整度和粗糙度抛光：是机械、化学、电化学结合过程，重要目的是消除M零件表面的微观不平,使其具有镜面外观电化学抛光：指将工件作为阳极,浸于特定的抛光介质中并通以直流电进行抛光化学抛光：将工件浸于合适的的溶液中进行抛光.干法热镀锌：预解决干燥溶剂解决浸锌清洗氧化还原法：氧化/还原浸锌喷吹/冷却钝化解决涂油气体碳氮共渗：指在780～880℃同时渗入C/N原子,以渗碳为主的工艺氮碳共渗：指在520～580℃同时渗入C/N原子,以渗氮为主的工艺QPQ工艺：盐浴氮碳共渗＋氧化盐浴冷却＋抛光＋氧化盐浴T.D工艺：通过将钢铁材料置于硼砂熔盐浴中进行渗M(铬/钒/铌)的工艺机械结合：表面凸凹不平，互相嵌合扩散结合：高温下发生原子扩散，接合面上形成固溶体或金属间化合物爆炸喷涂：将一定比例的氧和乙炔送入枪内,后将氮气与粉末混合输入，由火花塞点火,使混合气体燃烧爆炸,粉末被加热和加速,由枪口喷射到基体表面形成涂层的技术超音速喷涂：氧和乙炔(或煤油/丙稀/氢气)在燃烧室燃烧后被压缩/加速,喷向工件基体表面形成涂层的技术（实质是火焰喷涂+超音速）电镀：指运用电化学的方法在零件表面沉积一薄层M或合金的技术化学镀：在无外加电流时具有欲镀M离子的溶液在还原剂的作用下使M离子还原成M而沉积在制品表面的方法。
表面工程技术
表面工程技术
表面工程技术是一种在材料表面上进行处理和改进的技术。
它通过改变材料表面的组成、结构和性质，以达到增加材
料表面硬度、抗磨损、抗腐蚀、提高润滑性、改善表面外
观等目的。
表面工程技术广泛应用于各个领域，包括金属加工、汽车
制造、航空航天、能源等。
常见的表面工程技术包括镀层
技术、喷涂技术、热处理技术、化学处理技术等。
镀层技术是应用最广泛的一种表面工程技术，包括电镀、
热浸镀、喷镀等方法。
它可以在材料表面形成一层具有一
定性质的金属或非金属膜，用于提高材料的耐腐蚀性、耐
磨性和美观性。
喷涂技术是通过喷涂设备将涂料或粉末涂覆在材料表面，
形成一层保护层。
这种技术可以实现材料表面的功能改善，如增加耐磨性、耐热性、耐腐蚀性等。
热处理技术是通过加热和冷却的过程改变材料的结构和性质。
热处理可以提高材料的硬度、强度和耐磨性，改善材料的机械性能。
化学处理技术是利用化学反应将溶液中的活性物质与材料表面发生反应，形成一层化合物或被改变的表面层。
这种技术可以用于清洁、除锈、改善表面润滑性等。
除了以上提到的几种常见的表面工程技术，还有其他一些特殊的技术，如氮化、氧化、表面合金化等。
这些技术能够在材料表面形成一层具有特殊性质的薄层，以满足特定的要求。
表面工程技术及其应用
2) 德国大众从1941年开始再制造，到2004年已再制造发动机 748万台，变速器240万台。
3) 以色列将一台价值200万美元废旧波音747客机再制造成货机 后，售价达到8000万美元。
表面工程技术的发展
1. 传统的表面工程技术：表面热处理、表面渗碳及油漆技术。
1) 秦兵马俑宝剑表面是采用铬盐氧化工艺处理；“唐三彩”及 “景泰蓝”的处理工艺。
2) 高分子涂装技术：50年代油性涂料、天然树脂涂料→合成树 脂→水系涂料。
3) 传统的表面淬火：火焰加热→高频加热→激光束、电子束淬 火。
广州电视塔
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表面工程技术的应用—铁路交通
和谐号高速列车
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表面工程技术的应用—钻井平台
深水半潜式钻井平台COSLINNOVATOR(2011.10)
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表面工程技术的应用—舰船
辽宁舰航母
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表面工程技术的应用—舰船
辽宁舰航母
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表面工程技术在船舶机械零件中的应用
表面工程技术在柴油机气阀中的应用。 表面工程技术在曲轴等轴类零件中的应用。 表面工程技术在柴油机气缸盖阀座中的应用。 表面工程技术在尾轴耐磨衬套中的应用。 表面工程技术在柴油机燃烧室中的应用。 表面工程技术在船舶钢构件防腐中的应用。 表面工程技术在巴氏合金薄壁轴瓦中的应用。 表面工程技术在船舶其它机械零件中的应用。
2. 表面工程的学科体内容： 表面工程基础理论； 表面工程技术及复合表面技术； 表面加工技术； 表面质量检测与控制； 表面工程技术设计等。 3. 表面工程基础理论：表面失效分析、表面摩擦与磨损、表面腐蚀与
表面工程文档
表面工程1. 简介表面工程是一种应用于工业生产中的技术，通过对材料表面进行改性或处理，可以改变材料的性质和表面特征，从而提供更好的耐磨、耐腐蚀、耐高温等性能，并增加材料的美观度和装饰性。
表面工程广泛应用于汽车工业、航空航天、电子设备制造、医疗器械、建筑等领域。
2. 表面工程的分类2.1 表面涂覆表面涂覆是将一层或多层涂料、漆膜、涂层等材料均匀地涂覆在材料表面上，形成一层保护层或功能层的处理方法。
常见的表面涂覆技术包括电镀、喷涂、浸镀等。
表面涂覆可以提高材料的耐腐蚀性能、抗磨损性能等，同时也能增加材料的装饰性。
2.2 表面喷涂表面喷涂是将材料的颗粒或粉末喷射到待处理表面上，通过热熔或化学反应使其附着在表面上形成涂层。
表面喷涂常用于金属表面的防护和保护，可以防止氧化、腐蚀和高温等影响。
2.3 表面改性表面改性是通过物理或化学方法对材料表面进行处理，从而改变其物理、化学或机械性能。
常见的表面改性方法包括阳极氧化、磨削、抛光等。
表面改性可以提高材料的硬度、耐磨性、耐腐蚀性等性能。
2.4 表面涂覆与改性的比较表面涂覆和表面改性是表面工程的两种主要方法，它们有各自的特点和适用范围。
表面涂覆主要应用于需要增加防护和装饰性的场合，例如汽车的喷漆，可以保护车身免受腐蚀和刮擦；而表面改性主要应用于需要改变材料性质和提升机械性能的场合，例如通过磨削和抛光改善金属表面的光洁度和平整度。
3. 表面工程的应用3.1 汽车工业在汽车制造过程中，表面工程技术可以使车身更加耐腐蚀、耐磨损，同时也增加了车身的装饰性。
例如，汽车车身经过喷漆和镀膜等表面涂覆技术可以防止腐蚀和刮擦，并提供车身的颜色和亮度；汽车发动机的表面经过热喷涂技术可以提高其耐磨损性和耐高温性能。
3.2 航空航天在航空航天领域，材料的轻量化和高强度是目前的发展趋势。
通过表面涂覆和改性可以增加材料的耐腐蚀性和抗磨损性，从而提高飞机和航天器材料的使用寿命和安全性。
3.3 电子设备制造表面工程在电子设备制造中起着至关重要的作用。
现代表面工程技术
现代表面工程技术什么是表面工程？表面工程是将材料的表面与基体一起作为一个系统进行设计，利用各类表面技术，使材料的表面获得材料本身没有而又希望具有的性能的系统工程。
第一章表面技术概论表面技术是直接与各类表面现象或者过程有关的，能为人类造福或者被人们利用的技术----宽广的技术领域。
一、使用表面技术的目的1、提高材料抵御环境作用能力。
2、给予材料表面功能特性。
3、实施特定的表面加工来制造构件、零部件与元器件。
途径：表面涂覆：各类涂层技术（电镀、化学镀、热渗镀、热喷涂、堆焊、化学转化膜、涂装、气相沉积、包箔、贴片）。
表面改性：喷丸强化、表面热处理、化学热处理、激光表面处理、电子束表面处理。
二、表面技术的分类1、按作用原理(1)原子沉积电镀、化学镀、物理、化学气相沉积(2)颗粒沉积热喷涂、搪瓷涂敷(3)整体覆盖包箔、贴片(4)表面改性2、按使用方法(1)电化学法电镀、电化学氧化（阳极氧化）(2)化学法化学转化膜、化学镀(3)真空法物理、化学气相沉积、离子注入(4)热加工法热浸镀、热喷涂、化学热处理、堆焊(5)其它方法涂装、机械镀、激光表面处理三、表面技术的应用1、广泛性与重要性(1)广泛性➢内容广➢基材广➢种类多遍及各行业，用于构件、零部件、元器件，效益巨大(2)重要性•改善耐腐蚀、磨损、氧化、疲劳断裂、辐照损伤•提高产品长期运行可靠性、稳固性•满足特殊要求（必不可少或者唯一途径）•生产各类新材料、新器件（在制备临界温度超导膜、金刚石膜、纳米多层膜、纳米粉末、纳米晶体材料、多孔硅中起关键作用；又是许多光学、微电子、磁性、化学、生物等功能器件研究与生产的基础）2、在结构材料及构件与零部件上的应用表面技术作用：防护、耐磨、强化、修复、装饰3、在功能材料与元器件上的应用制造装备中具特殊功能的核心部件。
表面技术可制备或者改进一系列功能材料及元器件物理特性：•光学反射镜材料，防眩零件•热学散热材料，耐热涂层，吸热材料•电学表面导电玻璃，绝缘涂层•磁学磁记录介质，电磁屏蔽材料，磁泡材料化学特性：分离膜材料4、在人类习惯、保护与优化环境方面的应用(1)净化大气原料、燃料→CO2、NO2、SO2措施：回收、分解方法：制备触媒载体（钯炭、铂炭、钌炭、铑炭）(2)净化水质制备膜材料，处理污水、化学提纯、水质软化、海水淡化(3)抗菌灭菌TiO2（粉状、粒状、薄膜状）可将污染物分解•当光照射半导体化合物时，并非任何波长的光都能被汲取与产生激发作用，只有能量E满足式(1)的光量子才能发挥作用。
表面工程技术
表面改性技术。实际上“表面改性”是一个具有较为广泛涵义的技术名词，
第 5 讲 表面工程技术
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它可泛指“经过特殊表面处理以得到某种特殊性能的技术”。因此，有许多表 面涂镀层技术或薄膜技术也可看作表面改性技术。为了使各类技术归类完整， 这里所说的表面改性技术是指“表面覆盖”以外的，通过用机械、物理、化 学等方法，改变材料表面的形貌、化学成分、相组成、微观结构、缺陷状态 或应力状态，来获得某种特殊性能的表面处理技术。
涂层材料品种的发展也很快，已有单一金属、多种合金、高分子聚合物、 工程塑料、合成橡胶、陶瓷、金属陶瓷、无机硅酸盐及具有特殊光、磁、电 性能等等材料。同时制造涂层和薄膜的工艺技术和工艺方法亦愈来愈多，有 电沉积、化学沉积、真空沉积、浸镀、刷镀、静电喷涂、电泳、电弧喷涂、 等离子喷涂、爆炸喷涂、超音速喷涂、热熔敷、激光熔覆等。各类制造涂层 与薄膜的工艺技术促进了相应工程装备的发展，工程技术界不断推陈出新， 各类加工制造用设备愈来愈先进。
3. 常见表面技术的原理与应用
在上述三大类表面技术中，每一类又可分为多种技术，下面仅就几种常 见的利用化学或物理化学原理的表面技术及应用作一简单介绍。
3.1 涂料
涂料(coating)是一种用于涂装物体表面形成涂膜，从而起到保护、装饰、 标志和其他特殊功能（如绝缘、防污、减阻、隔热、耐辐射、导电、导磁等） 的材料。
我国于 1987 年由中国机械工程学会建立了学会性质的表面工程研究所， 1988 年《中国表面工程》杂志在中国创刊，1997 年经国家科委正式批准更名 为《中国表面工程》，面向国内外公开发行，2000 年，全国焊接学会将原来 的“堆焊与热喷涂专业委员会”正式更名为“堆焊及表面工程专业委员会”。 从 1989 年召开了第一届全国表面工程学术交流会起，以后每两年召开一次， 并先后于 1997 年 11 月和 1999 年 10 月在上海召开了第一届及第二届表面工 程国际会议。与此同时，我国的大专院校、科研院所、工矿企业也相继建立 了数以百计的以“表面工程”或“表面技术”冠名的研究机构，从而使表面 工程的发展达到了一个新的高度。图 1 列出了表面工程产业的概览。
表面工程技术
表面工程技术一、热喷涂热喷涂技术是采用气体、液体燃料或电弧、等离子弧、激光等作热源，使金属、合金、金属陶瓷、氧化物、碳化物、塑料以及它们的复合材料等喷涂材料加热到熔融或半熔融状态，通过高速气流使其雾化，然后喷射、沉积到经过预处理的工件表面，从而形成附着牢固的表面层的加工方法。
1.热喷涂具有以下特点:1)取材范围广，几乎所有的工程材料都可以作为喷涂材料。
2)几乎所有固体材料都可以作为基体进行喷涂。
3)工艺灵活, 施工范围小到10mm的内孔，大到铁塔、桥梁。
4)喷涂层厚度可调范围大，从几十微米到几毫米，而且表面光滑，加工量少。
5)工件受热程度可以控制，热喷涂时工件受热程度可控制在30～200℃之间，保证不改变基体的金相组织，工件不会发生畸变。
6)比电镀生产率高。
7)可赋予普通材料以特殊的表面性能，可使材料满足耐磨、耐蚀、抗高温氧化、隔热等性能要求，达到节约贵重材料，提高产品质量，满足多种工程和尖端技术的需求。
2.热喷涂工艺原理喷涂层是由无数变形粒子互相交错呈波浪式堆叠在一起的层状组织结构。
3.热喷涂材料热喷涂材料的材质可分为金属及其合金、陶瓷、金属化合物、某些有机塑料、玻璃、复合材料等。
4.几种不同热源的热喷涂方法1）火焰喷涂火焰喷涂的基本原理是通过乙炔、氧气喷嘴出口处产生的火焰，将线材（棒材）或粉末材料加热熔化，借助压缩空气使其雾化成微细颗粒，喷向经预先处理的粗糙工件表面使之形成涂层。
2）电弧喷涂电弧喷涂的基本原理是将两根被喷涂的金属丝作自耗性电极，连续送进的两根金属丝分别与直流的正负极相连接。
在金属丝端部短接的瞬间，由于高电流密度，使两根金属丝间产生电弧，将两根金属丝端部同时熔化，在电源作用下，维持电弧稳定燃烧；在电弧发射点的背后由喷嘴喷射出的高速压缩空气使熔化的金属脱离金属丝并雾化成微粒，在高速气流作用下喷射到基材表面而形成涂层。
3）等离子喷涂等离子喷涂法是利用等离子焰的热能将引入的喷涂粉末加热到熔融或半熔融状态，并在高速等离子焰的作用下，高速撞击工件表面，并沉积在经过粗糙处理的工件表面形成很薄的涂层。
现代表面工程技术
同时，复合电镀、纳米电镀等新型电镀技术不断涌现，为电镀行业带来
新的发展机遇。
化学镀技术
原理
化学镀是一种无需外加电流，通过化学反应在基体表面沉积金属或合金层的过程。与电镀 相比，化学镀具有设备简单、操作方便、镀层均匀等优点。
应用
化学镀技术广泛应用于电子、航空、石油等领域。例如，化学镀镍可用于电子器件的电磁 屏蔽和耐磨涂层；化学镀铜可用于印刷电路板的导电层；化学镀金可用于精密仪器的装饰 和防腐等。
现代表面工程技术
• 表面工程概述 • 表面预处理技术 • 表面涂层技术 • 表面改性技术 • 表面复合处理技术 • 表面工程新技术展望
01
表面工程概述
表面工程定义与分类
表面工程定义
表面工程是一种通过改变材料表面性 质、组成、结构或形态，以获得所需 性能或功能的综合性技术。
表面工程分类
根据表面处理方式和目的的不同，表 面工程可分为表面改性、表面涂层、 表面合金化、表面复合处理等多种类 型。
THANKS
感谢观看
微粒选择
根据使用要求，选择不同材质、形状和大小的微粒，如陶瓷颗粒、 金刚石、碳纤维等。
工艺参数
控制电镀液成分、温度、电流密度等工艺参数，实现微粒与金属 离子的均匀共沉积。
复合化学镀技术
复合化学镀原理
利用化学反应在基体表面沉积金属或合金，同时 加入微粒形成复合镀层。
镀液成分
选择合适的还原剂、络合剂、稳定剂等，保证镀 液的稳定性和沉积速度。
应用
热喷涂技术广泛应用于航空航天、石油化工、机械制造等领域。例如，热喷涂陶瓷涂层可用于航空发动机的高温防护 ；热喷涂金属涂层可用于修复磨损的机械零件；热喷涂塑料涂层可用于管道的防腐等。
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表面扩散不仅依赖于外界环境（如：温度、 气压等），还取决于晶体面化学组分，晶格 结构、电子结构级与之相关的表面势
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2.4：表面扩散的应用
采用真空固态扩散渗铝的 方法，在420 ℃对AZ91D镁 合金进行表面合金化改性 处理。对渗铝层的组织结 构、耐腐蚀性能、显微硬 度等进行了研究，测量了 该合金扩散渗铝前后试样 的电化学腐蚀极化曲线。 结果表明，该渗铝层明显 改善了AZ91D镁合金在质量 分数5%NaCl溶液中的耐腐 蚀性能，并提高了材料的 表面显微硬度(1600~1800 MPa)。
目录
• 表面工程技术第二章 第二节（2.2）：表面缺陷与表面扩散 第三节（2.3）：表面扩散
课外补充 2.4：表面扩散的应用
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第二节（2.2）：表面缺陷与表面扩散
清洁表面实际上不会是完整表面，是因为这 种原子级的平整表面的熵很小。属热力学不 稳定状态，故而清洁表面必然存在台阶结构 等表面缺陷
低能电子衍射等实验证实，许多单晶体的表 面有平台，台阶和扭折。电子束从不同台阶 反射时会产生位差。如果台阶密度较高，各 个台阶的衍射线之间会发生相干效应。在台 阶规则分布时，表面的LEED斑点分裂成双重 的。如果台阶不规则分布，则一些斑点弥散 ，另一些斑点明锐。
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单晶表面边壁和拐结的数目与表面的热起伏 和表面的几何尺寸有关。
在热平衡条件下，若不考虑几何尺寸因素， 那么表面缺陷的浓度就固定在不变，而且只 是温度的函数。 吸附原子、坪空格点边壁吸附原子和拐结尤 其如此。
影响因素
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TLK模型的基本特征有哪些？可以通过什么实 验来正式?
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第三节（2.3）：表面扩散
单个吸附原子也许会在跳跃过几个晶格常数 长的距离后跳跃过一个平台 吸附原子也许会沿着一个突缘的长度方向扩 散 空位也许会由于接连被表面原子所充填而向 四周扩散。
表面工程技术
皇家佛南工学院大金材专业满分组
我们是满分组合
自作自讲者组长：金材1103班丁文圆 第三节伟大的讲师：金材1101班庞浩。 此PPT设计师：金材1101班李柳青 视频供应商：金材1101班蒋智秋，崔园春，金材 1102班王琴，金材1102班熊胜佳。 问题老二：金材1101班桑建权。 酱油王者：金材1101班陈伟，。
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AZ91D镁合金是什么意思？
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供应扩 散板洗 片机， 表面除 尘，静 电除尘 机，
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发生扩散的条件有哪些？ 为什么表面扩散比体内 扩散要快的多？
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小结局。谢谢您的观赏
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实际晶体的外表面往往不是一个密排面，而 是由许多密排面的台阶构成。
实际晶体表面包括很多互相平行的平台面或 台面。这些平台面都与晶体内某个低面指数 2
TKL模型的基本特征
相邻原子平台被单层原子高度的边壁所隔开。 原子壁或台阶本身呈横向凹凸状 同一原子边壁可有一个或多个拐结