材料现代表面技术
【材料课件】表面技术
现代表面技术第一章表面技术概论第一节表面技术的涵义19世纪工业革命以来，材料品种日益繁多，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。
因此，人们试图采用各种表面技术对普通钢材表面进行加工，以改变其表面性能，使其适应复杂的工作环境。
另外，磨损、腐蚀等失效都是首先发生在材料表面，通过对材料表面进行有效处理，可以极大地提高材料寿命。
因此，迫切需要开发出各种行之有效的表面技术，正是基于这样的背景，逐步形成了一门新兴学科——表面工程学。
表面工程技术的发展始于20世纪60年代末，近30年来发展尤为迅速。
在传统的表面处理技术不断改进、不断完善的同时，又有科学技术逐渐渗透到该领域，各种表面技术相互融合，从而使现代表面技术进入了一个新的发展时期。
表面技术是一门博大精深、实用价值极高的技术。
材料科学所面临的若干艰巨任务，如要求材料硬而不脆、耐磨而易车削、质高而价廉等间题，通过表面技术在相当程度上都可迎刃而解。
除本文所提及的巨大作用外，用表面技术合成人工结构材料、复合材料及沉积非晶态涂层及制取复合涂层方面都显示了巨大的应用潜力。
表面技术是一项能使产品获得高附加值的技术。
英国产品每年靠表面技术估计增值100亿英镑，如果对表面技术进行全开发，有可能节省200。
万到400亿埃居(约200亿英镑)，可见表面技术对国民经济的巨大作用。
我国在湿法镀覆等方面取得了令人瞩目的成就，但在PVD和表面改性方面还有许多工作要做。
这一方面要靠广大科技人员的才智与努力，同时有关领导部门在设备资金投入上给予有力的支持也至关重要。
只有这样，我国的表面技术才能以新的面貌进入21世纪，全方位赶上和领先世界水平。
一、什么是表面技术从广义上讲，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。
任何表面在通常情况下实际上都是界面。
两种不同相之间的交界，称为界面，在任何两相界面上都可以发生复杂的物理或化学现象，总称为表面现象。
材料表面工程的技术手段与应用
材料表面工程的技术手段与应用随着社会的发展，科技的进步，现代工业对材料性能的要求越来越高，其中对材料表面性能的要求尤为突出。
如何对材料表面进行改性以达到更优异的性能成为了工业界的重要问题。
材料表面工程是现代表面技术的重要分支之一，其主要是利用先进的材料表面处理技术手段，对材料表面的原有性能进行改性以达到一定的需要，广泛应用于航空、电子、机械、汽车、建筑等领域。
一、材料表面工程的技术手段1.化学镀膜化学镀膜是表面工程的一种简单、方便、低成本的处理方式，主要是将金属离子还原成金属沉积在材料表面上，从而提高材料表面的硬度、耐腐蚀性和装饰性等。
常见的化学镀膜有镀铬、镀铜、镀镍等。
2.物理镀膜物理镀膜是利用真空技术将一层金属沉积在材料表面上的一种表面处理方式，主要包括真空镀膜和溅射镀膜两种。
真空镀膜是将金属加热至蒸气状态，将气体抽空后，由真空镀膜设备内的电子围绕金属，离子产生激发，然后金属沉积在材料表面上的一种表面处理方式。
溅射镀膜是将材料置于被放电的惰性气体间，利用被放电的气体产生的离子将材料表面上的原子溅射掉，然后使被溅射的材料沉积在所需表面上的一种处理方式。
3.化学处理化学处理主要是利用化学反应改变材料表面的物理结构和化学性质，达到材料的改性目的，如氧化、氟化、磷化等。
其中，氧化处理是指将材料表面置于高温酸性或碱性溶液中使其氧化形成一定厚度的氧化层，从而提高材料表面的硬度和抗腐蚀性等。
4.电化学处理电化学处理是指在电解液中，利用电场变化来使材料表面的原有金属结构进行变化，从而起到一定改性效果的处理方式，如阳极氧化、电化学陶瓷涂层等。
二、材料表面工程的应用1.抗腐蚀材料表面的腐蚀问题是材料在使用过程中面对的主要问题之一，而材料表面工程从原始材料选择、制备加工、表面改性等多方面入手，通过现代的表面处理技术控制材料表面的微观结构、物理化学性质，从而实现材料表面的抗腐蚀性能的提高。
2.功能材料表面工程技术在功能材料的制备中发挥了非常重要的作用。
现代表面技术-表面
通过表面技术如化学气相沉积、物理气相沉积等， 可对电子元件的表面进行改性处理，提高其性能 和稳定性。
防静电保护
表面技术如导电涂层可用于电子元件的防静电保 护，防止静电对电子设备造成损害。
05 未来表面技术的发展趋势 与挑战
总结词
新材料表面技术的研发是未来表面 技术发展的关键，将推动表面技术 的不断创新和应用领域的拓展。
详细描述
随着环保意识的日益增强，表面技术的环保与可持续发展已成 为行业关注的焦点。表面处理过程中产生的废液、废气和废渣 等污染物对环境造成了严重的影响。因此，研发环保型的表面 技术，如水基表面处理技术、无铬表面处理技术等，能够有效 减少环境污染和资源消耗，同时降低生产成本，提高经济效益。
总结词
表面技术的智能化与自动化是未来发展的重要趋势，将提高表面处理的效率和质量，降低人工成本和操作风险。
02 现代表面技术简介
物理表面技术
离子束刻蚀
利用离子束轰击材料表面，通过 物理撞击和能量沉积改变表面形 貌和性质，实现表面纳米级加工。
激光表面处理
利用高能激光束对材料表面进行快 速加热和冷却，实现表面熔化、凝 固、相变等，改变表面结构和性能。
电子束蒸发镀膜
利用电子束蒸发源产生的高能电子 束将材料加热至熔融状态，并快速 冷却形成薄膜，实现表面镀膜和涂 层。
表面技术在环境能源领域的应用，如高效 催化剂、太阳能电池和燃料电池等方面， 为解决能源和环境问题提供了有效途径。
表面技术未来的发展前景
新材料和新技术的研发
随着科技的不断进步，表面技术将不断涌现出新的材料和 技术，如纳米材料、生物材料和复合材料等，为表面技术 的应用和发展提供更多可能性。
绿色环保
随着环保意识的不断提高，表面技术将更加注重绿色环保 ，发展低污染、低能耗的表面处理技术和绿色材料，减少 对环境的负面影响。
新型材料表面处理技术的最新进展
新型材料表面处理技术的最新进展随着技术的不断进步，越来越多的新型材料问世。
但是这些材料往往需要经过特殊的表面处理来强化其特性和延长使用寿命，这就需要高水平和高效率的表面处理技术。
最近几年，新型材料表面处理技术在不断地发展和进步，涌现出了许多新的处理方式。
本文将从多个角度分析新型材料表面处理技术的最新进展。
一、纳米技术在表面处理中的应用随着纳米技术的发展，纳米材料已经走进了各个领域，包括表面处理。
针对不同类型的材料，使用纳米颗粒进行表面处理可以有效地改善材料的性能。
例如，在金属材料表面添加纳米颗粒，在增强材料硬度的同时提高了耐腐蚀性和耐磨性。
这种方法已经在实际生产中得到广泛应用。
二、表面电化学技术的发展表面电化学技术是指通过对材料表面施加电压或电流来改善材料性能的技术。
近年来，随着表面电化学技术的不断进步，这种方式已经被广泛应用于实际生产之中。
例如，通过电化学氧化法可以让材料表面形成一层氧化膜，从而提高材料的耐蚀性和耐磨性。
这种方法经济实用，成本低廉，而且非常适合大规模生产。
三、等离子体表面处理技术等离子体表面处理技术是指在低气压等离子体中加工材料表面，从而改善材料性能的技术。
通过等离子体表面处理，材料的表面能够形成多孔结构，从而增强材料的吸附性、机械性能、耐磨性等。
近年来，等离子体表面处理技术得到了广泛的关注，尤其是在薄膜材料、光电材料、生物医用材料等领域。
四、表面喷涂技术表面喷涂技术是指通过喷涂材料在材料表面形成稳定的涂层以改善材料性能的技术。
这种方法广泛应用于各种领域，特别是在航空航天、汽车制造、化工等行业。
通过表面喷涂，可以让材料表面形成高质量的涂层，增强材料的抗腐蚀能力、耐高温性能、耐磨性等。
最近的进展包括采用纳米材料作为喷涂材料，从而提高涂层的质量和性能。
五、电化学沉积技术的应用电化学沉积技术是指通过在材料表面上沉积一层金属或化合物来改善材料性能的技术。
这种技术已经被广泛应用于各种材料的表面处理中，如锌镍合金、Cr-Ni合金等。
现代材料分析方法第八章表面分析技术ppt课件
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
Monochromator
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半球型光电子能量分析器
只有能量在选定的很窄范围内的电子可能循着一定的轨道 达到出口孔，改变电势，可以扫描光电子的能量范围。
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3. 电子探测及数据处理
• 光电子信号微弱；10－16~ 10 -14A
Electron Spectroscopy for Chemical Analysis），
这一称谓仍在分析领域内广泛使用。
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概述
• XPS是瑞典K.Siegbahn教授及其同事经近20年潜心 研究，于六十年代中期研制开发的一种新型表面分 析方法。
3. 逃逸深度（λm）
• 只有那些来自表面附近在逃逸深度以内的光 电子才没有经过散射而损失能量，才对确定 Eb的谱峰有所贡献。
• 对于XPS 有用的光电子能量100~1200eV λm =0.5~2.0nm（金属） =4~10nm（高聚物）
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• 他们发现了内层电子结合能的位移现象，解决了电 子能量分析等技术问题，测定了元素周期表中各元 素轨道结合能，并成功地应用于许多实际的化学体 系。
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。
材料现代表面分析技术常用方法及各自的用途
一、材料现代表面分析技术常用方法及各自的用途表面分析与测试是以获得固体表面（包括薄膜、涂层）成分、组织、结构及表面电子态等信息为目的的试验技术与方法。
基于电磁辐射和运动粒子束（或场）与物质相互作用的各种性质而建立起来的分析方法构成了现代表面分析方法的主要部分，大致可分为衍射分析、电子显微分析、扫描探针分析、电子能谱分析、光谱分析及粒子质谱分析等几类。
1 分类表面分析方法是用一个探束(光子或原子、电子、离子等)或探针(机械加电场)去探测样品表面并在两者相互作用时，从样品表面发射及散射电子、离子、中性粒子(原子或分子)与光子等，检测这些微粒(电子、离子、光子或中性粒子等)的能量、质荷比、束流强度等，就可以得到样品表面的形貌、原子结构(即排列)、化学组成、价态和电子态(即电子结构)等信息。
（1）表面“形貌”分析指“宏观”几何外形分析。
主要应用电子、离子显微镜进行观察分析，当显微镜的分辨率达到原子级时，可观察到原子排列，这时“形貌”分析和结构分析之间就没有明确的分界。
有扫描电子显微镜、离子诱导扫描电子显微镜、场离子显微镜、扫描隧道显微镜、原子力显微镜等。
（2）表面成分分析包括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。
用于表面成分分析的方法主要：有电子探针X射线显微分析、X射线光电子能谱、俄歇电子能谱、电子探针、二次离子质谱、离子散射谱等。
（3）表面结构分析研究表面晶体原子排列、晶体大小、晶体取向、结晶对称性以及原子在晶胞中位置等晶体结构信息。
主要采用的衍射方法有X射线衍射、电子衍射、中子衍射等。
（4）表面电子态分析主要是对表面原子或吸附粒子的吸附能、振动状态以及他们在表面的扩散运动等能量或势态的分析。
主要有紫外光电子谱、X射线光电子能谱等。
2 主要几种分析方法的用途分析方法名称主要用途透射电子显微镜TEM 形貌分析、晶格结构分析、成分分析X射线光电子能谱表面组分分析、化学态分析原子力显微镜AFM 表面形貌与结构分析、表面原子间力和表面力学性质的测定扫描电子显微镜SEM 表面形貌与结构二、扫描电子显微镜SEM工作原理、适用范围及特点1扫描电子显微镜SEM的基本原理：扫描电子显微镜的成像原理是利用聚焦的电子束在样品表面扫描时激发出来的各种物理信号调制成像。
现代表面工程技术课件 (一)
现代表面工程技术课件 (一)现代表面工程技术是一门近年来发展迅速的技术，它在各个领域的应用也越来越广泛。
现代表面工程技术课件则是这门技术的学习、研究必须要掌握的知识点。
在本文中，我们将全面地探讨现代表面工程技术课件。
一、现代表面工程技术的定义现代表面工程技术指的是运用各种化学、物理和机械手段，对材料表面进行处理和改性的技术。
其目的是改善材料表面的性能，如提高防腐、耐磨、抗氧化等性能，以及增加材料的功能性等。
二、现代表面工程技术的分类现代表面工程技术可以分为三类：化学表面处理技术、物理表面处理技术和机械表面处理技术。
1、化学表面处理技术：主要是利用各种化学反应来改变材料表面的组成和结构，以达到改善材料表面性能的目的。
常见的化学表面处理技术有镀金、镀银、镀铬、陶瓷涂层、涂料等。
2、物理表面处理技术：主要使用物理手段来改变材料表面的性质，如物理气相沉积、离子注入、热喷涂等。
这些技术可用于提高材料的耐热性、耐磨性等方面，也可以使材料表面具有光泽、颜色等多样化效果。
3、机械表面处理技术：利用机械力学原理，通过磨、打、滚、切、刻等手段对材料表面进行加工改变。
这些机械处理手段可以用于改善材料表面的平整度、平滑度、粗糙度等性能。
三、现代表面工程技术的应用领域现代表面工程技术广泛应用于各个领域。
以汽车工业为例，现代汽车的车身、底盘、发动机等部位均采用了表面工程技术进行处理，以求提高汽车的耐用性、安全性等方面的性能。
另外，在航空、机械、建筑、家电等领域，现代表面工程技术的应用也越来越广泛。
四、现代表面工程技术课件的重要性现代表面工程技术课件是学习和研究现代表面工程技术必须要掌握的知识点。
由于这门技术的发展迅速，它的知识点也越来越多，难度也越来越大，因此，现代表面工程技术课件对于学习者的学习和研究都有着至关重要的作用。
总之，现代表面工程技术课件是现代表面工程技术的重要组成部分。
了解和掌握这门技术的课件可以帮助学习者更好地理解和掌握现代表面工程技术的相关知识，从而为更好地应用这门技术提供必要的支持。
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Hale Waihona Puke 氩弧焊（TIG） 激光熔覆涂层
汇报人：单丽娜
氩弧焊
氩弧焊是使用氩气作为保护气体的一种气体保护 电弧焊方法
1—熔池 2一喷嘴 3一钨 极 4一气体 5一焊缝 6一
焊丝 7一送丝滚轮
a)钨极氩弧焊 b)熔化极氩弧焊
TIG涂层过程的示意图
激光熔覆
YAG激光熔覆涂层示意图 预制粉末特点：首先采
用粘结剂将合金粉末调 和成膏状涂于基材表面, 然后进行激光熔覆。 优点：简单易操作 缺点：激光加工窗口窄、 熔覆效率低, 且有机粘结 剂在熔覆过程中极易形 成气孔,导致熔覆层开裂。 仅局限于平整表面的工 件。
自动送粉法激光熔覆涂层示意图
同轴送粉特点：高能束激光辐照基材的 同时,将粉末送入熔池,低熔点的金属首先 离轴送粉法：粉末流量与激光束能量可 被熔化, 作为粘结剂将高熔点的粉末包覆 以单独控制,粉末喷嘴与基材间的距离和 其中, 快速冷却凝固形成涂层。 角度可在较大范围内调节。 优点：粉末利用率高、稀释率低、与基 优点：熔覆效率大大提高,特别是多道搭 材结合牢固、熔覆层宏观尺寸可控及加 接激光熔覆涂层时,可以大大降低粉末的 工窗口宽等。 烧损与熔解,提高熔覆涂层的抗开裂与耐 磨损性能 缺点：由于粉末流在与激光束作用前要 先聚焦,且聚焦的粉末流尺寸不能大于激 光光斑直径,导致粉末喷嘴与基材间可调 节的距离很窄,且粉末流量不能过大,否则 会对激光能量形成“屏蔽”效应,导致涂 层中粉末大量烧损且不能与基材形成冶 金结合。
激光感应复合快速熔覆装置示意图
激光熔覆涂层与氩弧焊涂层的比较
基材：45#钢 长500mm 直径50mm棒材 涂层：325RA自熔合金粉末
两种涂层方法显微组织比较
结论
1.与氩弧焊焊层显微组织相比较，激光熔覆层组 织大部分区域处于非平衡亚结晶状态，具有强韧 两相微观结构特征，熔覆层组织细小，从而使其 力学性能和使用性能得到改善和提高。 2.激光熔覆的耐磨性好，激光熔覆涂层的硬度由 表及里始终高于氩弧焊焊层，激光熔覆层最高显 微硬度达到1580HV，而用氩弧焊焊接最高硬度 只达到752HV。 3.激光熔覆为高温快速融化凝固过程，涂层表层 的WC颗粒必然几乎全部溶解，大大增加了基体 的固溶度，并且而后生成的新碳化物弥散分布于 基体中，由于固溶体强化和细晶强化，极大地提 高了涂层的硬度和耐磨性。