表面工程学
表面工程学--涂装技术ppt课件
特点：由于转化成膜物质具有能起化学反应的官能团，在 热氧或其他物质作用下能够聚合成与原有结构不同的不溶， 不熔的网状高聚物，即热固性高聚物，因而形成的涂膜是 热固性的，通常具有网状结构。比如干性油和半干型油， 漆酚，多异氰酸酯的加成物和聚合物。
标志作用功能
利用色彩的明度和反差强烈的特性，引起人们警觉，避免危 险事故发生，保障人们的安全。有些公共设施，如医院、消防 车、救护车、邮局等，也常用色彩来标示，方便人们辨别。
特殊作用功能
涂装能使物体获得力学性能（耐磨、润滑）、热功能（耐 高温、阻燃）电磁学功能（导电、防静电涂料）、声波、雷达 波的反射和吸收、夜光作用等。
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3.3 涂膜防护原理 涂膜对金属的保护作用主要体现在：
涂膜
金属与腐蚀 介质隔离， 阻碍电化学 腐蚀的发生
阻碍阳极与 溶液间离子 的移动，减 小了腐蚀速
率
涂料中的颜 料对金属表 面起钝化作 用，减缓了
腐蚀速度
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第四节 涂装材料
涂装用材料主要包括：预处理材料、涂料、后处理材料。
4.1 预处理材料
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链锁聚合反应(加聚反应)成膜：有三种形式 a) 氧化聚合形式：以天然油脂为成膜物质的油脂涂料以及 含有油脂组分的天然树脂涂料、酚醛树脂涂料、醇酸树脂 涂料和环氧酯涂料等都是依靠环氧聚合成膜的。 b) 引发剂引发聚合形式：不饱和聚酯涂料是典型的依靠引 发剂引发聚合成膜的。 c) 能量引发聚合形式：一些以含共价键的化合物或聚合物 为成膜物质的涂料可以通过能量引发聚合形式而成膜。
第九章 涂装技术
本章主要内容
• 第一节 涂装技术的概述 • 第二节 涂料的基本组成及其作用 • 第三节 涂料成膜机理 • 第四节 涂装材料 • 第五节 涂装工艺与设备 • 第六节 几种典型产品涂装 • 第七节 涂膜质量评价及涂装技术发展趋势
0现代表面工程学导论-表面基本理论
5、典型固体界面
固相之间的分界面， 通常指两个块体相之间的过渡区， 其空间尺度决定于原子间力作用影响范围的大小， 其状态决定于材料和环境条件特性。
按照界面的形成过程与特点，最常见的界面类型为如 下几种： （1）基于固相晶粒尺寸和微观结构差异形成的界面
贝尔比层 (Bilby层)
抛光金属的表层组织形貌
表界面是由一个相过渡到另一个相的过渡区域。通常可以分 为以下五类： 固—气 液---气 固---液 液---液 固---固
气体和气体之间总是均相体系，不存在表界面。习惯上把固--气、液---气的过渡区域称为表面，而把固--液、液--液、固-固的过渡区域称为界面。
▪固体表面通常指固-气界面或固-液界面，一般由凝聚态
在离表面约5nm的区域内，点阵发生强烈畸变，形成 厚度约1-100nm的晶粒极微小的微晶层，亦称为贝尔 比层(Beilby层)，
它具有粘性液体膜似的非晶态外观，不仅能将表面覆 盖得很平滑，而且能流入裂缝或划痕等表面不规则处 。
在贝尔比层的下面为塑性流变(简称塑变)层，塑变程 度与深度有关。例如用600号SiC砂纸研磨黄铜时，其 塑变层一般可达1-10μ m。
材料的表面粗糙度是表面工程技术中最重要的概念之 一。它与表面工程技术的特征及实施前的预备工艺紧 密联系，并严重影响材料的摩擦磨损、腐蚀性能、表 面磁性能和电性能等。
粗糙表面对表面特性的影响
▪粗糙表面的原子比正常的原子具有更高的表面能！ ▪粗糙表面影响实际表面的接触面积和接触性质！ ▪实际比表面积大于表观比表面积！ ▪粗糙的表面具有与内部不同的成分和组织！
过共析钢 400x
珠光体 P ，1800×
⑶基于固相宏观成分差异形成的界面
①冶金结合界面
表面工程学科体系
（7）表面工程促进(cùjìn)了机械维修创新-再制造
1984年美国“技术评论”提倡旧品翻新或再生并称为“重新制 造”， 2005年美国再制造产值已超过1000亿美元，100万人 就业。
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。
再制造成本节约50%，节能60%，节材70%。 再制造目前已在我国得到了广泛的重视。2009年11月，工业与信
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二.表面工程技术(jìshù)的目的及其意义 1.表面工程技术(jìshù)的 目的
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表2-1：表面(biǎomiàn)工程有关的表
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2.表面工程技术(jìshù)的 意（义1）满足社会生产及人民生活的需要
表面工程技术应用在钟表、手饰、灯具、餐具、 家具及仿古建筑等方面。
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几种常见的金属表面处理(chǔlǐ)技 术
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2. 现代(xiàndài)表面工程的发 展历程
—1983 年英国T. Bell(英国伯明翰大学教授)在伯明翰 大学建立沃福森表面工程研究所
— Surface Engineering（1984） — 1985年，英国第一届表面工程国际会议 — 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 — 1987年12月在北京成立表面工程研究所，徐滨士
电刷镀方面，研究出摩擦电喷镀及复合 电刷镀技术
高能束应用方面，发展了激光或电子束 表面淬火、表面熔覆等技术
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2.发展(fāzhǎn)复合表面工程技术
单一的表面工程技术，由于(yóuyú)其固有的局限性，不能 满足日益苛刻工况条件的要求，通过最佳协同效应获得了 1+1>2 的效果，解决了一系列高新技术发展中特殊的工程技 术难题
表面工程学-第四章
表面淬火和表面形变强化技术
在表面工程技术中，不需要外加其它材料，主要依靠材料自身组 织与结构转变来进行表面改性的工艺主要有两类： 一、表面淬火与退火技术 二、表面形变强化技术 特点：工艺简单、效果显著、应用广泛
一
（一）原理：
表面淬火技术
定义： 采用特定热源将钢铁材料表面快速加热到Ac3（对亚共析钢）或者Ac1（对 过共析钢）之上，然后使其快速冷却并发生马氏体相变，形成表面强化层的 工艺过程。 注意：凡是能通过整体淬火强化的金属材料，原则上都可以进行表面淬火。
注：P/(Dv)称为比能量，物理意义为单位面积激光作用区注入的激光能量
(3)表面预处理状态 • 表面组织准备：
通过调制处理等手段，获得较 细的材料表面组织(细片状珠光体、 回火马氏体或奥氏体)
•
表面“黑化”处理：
磷化法、氧化法、喷刷涂料法、 镀膜法
二、激光表面熔凝技术原理
定义：
采用激光束将基材表面加热到熔化温度以上，当激光束移开后由于基材 内部导热冷却而使熔化层表面快速冷却并凝固结晶的表面处理工艺。(液相淬
2．受控喷丸对材料表面形貌与性能的影响 (1)对材料表面硬度的影响：
表面硬度可大幅度提高，且硬化层深度最高 可达0.8mm
(2)对表面粗糙度的影响：
表面粗糙度对其疲劳寿命影响很大， 降低表面粗糙度可以增加零件的疲劳强度。 受控喷丸以后的表面痕迹没有方向性， 有利于增加零件的疲劳强度。
(3)对疲劳寿命与抗应力腐蚀能力的影响：
三、适用范围：
主要用于单件、小批量生产及大型齿轮、轴、轧辊、导轨等
四、组织特征：过渡区较宽
第三节
激光淬火与电子束淬火技术
一、激光淬火技术的原理及应用：
表面工程学
表面工程技术的特点与意义
• 早在20世纪后期，美国就将表面工程技术 列入影响21世纪人类生活的七大关键技术 之一，与计算机科学、生命科学、新能源 技术、新材料技术、信息技术和先进制造 技术并列。 • 我国也非常重视表面工程技术的发展、创 新与应用。
表面工程技术的分类
按照表面工程技术的特点，可以将其分为 • 表面改性、 • 表面加工、 • 表面加工三维成型、 • 表面合成新材料等。
1. 表面改性技术
• 指赋予材料表面以特定的物理、化学性 能的表面工程技术。 • 材料的表面性能包括高强度、高硬度、 耐蚀性、导电性、磁性能、光敏、压敏、 气敏特性等。 • 按照工艺特点的不同，表面改性技术又 可分为①表面组织转化技术， ②表面涂 层、镀层及堆焊技术和③表面合金化技 术等三大类。
表面组织转化技术
表面工程学的内涵
3. 表面合成材料技术：即借助各种手段在材 料表面合成新材料的技术，如纳米粒子制 备过程中的表面工程技术、离子注入制备 或合成新材料等。 4. 表面加工三维合成技术：即将二维表面加 工累积成三维零件的快速原型制造技术等。 5. 上述几个要点的组合或综合。
表面工程学的定义和内涵
• 表面工程技术的定义，由单纯表面改性 (surface modification) 扩展到表面加工和合 成新材料， • 实施对象由“结构材料”扩展到“功能材 料”， • 涵盖材料学、材料加工工程、物理、化学、 冶金、机械、电子与生物领域的有关技术 与科学，交叉学科的特征。
不改变材料的表面成分，只是通过改 变表面组织结构特征或应力状况来改 变材料性能， 如激光表面淬火和退火技术，感应加 热淬火技术和喷丸、滚压等表面加工 硬化技术等。
表面涂镀技术
利用外加涂层或镀层的性能使基材表面性 能优化，基材不参与或者很少参与涂层的 反应。 典型的表面涂镀技术包括：气相沉积技术 (如物理气相沉积和化学气相沉积等)、化学 溶液沉积法(如电镀、化学镀、电刷镀)、化 学转化膜技术 (如磷化、阳极氧化、金属表 面彩色化技术、溶胶－凝胶法等)、各种现 代涂装技术、热喷涂和喷焊技术、堆焊技 术等。
关于表面工程技术论文
关于表面工程技术论文表面工程是由多个学科交叉、综合、复合，以系统为特色，逐步发展起来的新兴学科，从上世纪八十年代开始一直保持较快的发展速度，在科研和生产中得到广泛应用，收到了良好的效益。
下文是店铺为大家搜集整理的关于表面工程技术论文的内容，欢迎大家阅读参考! 关于表面工程技术论文篇1试谈表面工程技术在模具制造中的应用摘要：作为一门科学与技术，表面工程能够有效的改善电子电器元件、机械零件等基质材料表面的性能。
如今，表面工程中的各项表面技术已经被广泛的应用到各类机电产品当中，显然已经成为了现代制造技术的重要组成部分，是当前维修、再制造环节中是基本手段。
文章首先对模具表面的主要处理技术进行了详细的阐述，其次对表面工程技术在模具制造中的应用进行了系统的分析与探讨。
关键词：模具制造;表面工程技术;应用作为模具工业的基础，模具材料随着模具工业的迅猛发展，其不但需要具备较高的韧性、强度之外，还需要具有良好的综合性能。
通过表面工程技术的应用，不仅能让模具表面的各种性能得到相应的提高，并且模具内部也将保持着足够的强韧性。
显然，它的应用对于模具综合性能的改善、材料潜力的发挥、成本的降低、合金元素的节约以及模具新材料的进一步利用来说，都十分有效。
1 模具表面的主要处理技术1.1 硬化膜沉积技术物理气相沉积技术、化学气相沉积(CVD)是目前较为成熟的硬化膜沉积技术。
硬化膜沉积技术在最早出现的时候，通常都是应用在刀具、量具等工具上，有着极佳的效果。
并且，很多刀具都已经将涂覆硬化膜当做成最为标准的工艺。
在目前的实际应用过程中，我们不难发现，硬化膜沉积技术的成本是较高的，尤其体现在设备的成本上。
同时，硬化膜沉积技术依旧只应用于一些较精密且具有长寿命的模具上，如果通过建立热处理中心的方式来对其应用，必定会大大降低涂覆硬化膜的成本。
显然，在硬化膜沉积技术的应用下，整个模具制造的水平将得到实质性的提高。
1.2 渗氮技术在整个渗氮工艺中，具有离子渗氮、液体渗氮、气体渗氮等多种方式，而每一种不同的渗氮方式中都具有诸多不同的渗氮技术，这些不同的技术能够有效的适应不同工件、不同钢种的实际要求。
《表面工程学》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。
表面工程学复习
表面工程学复习名词解释表面能：材料表面的内能，包括原子的动能，原子间的势能以及原子中原子核和电子的动能和势能。
表面扩散：是指原子、离子、分子以及原子团在固体表面沿表面方向的运动。
当固体表面存在化学势梯度场，扩散物质的浓度变化或样品表面的形貌变化时，就会发生表面扩散。
洁净表面：尽管材料表面原子结构的周期性不同于体内，但其化学成分仍与体内相同的表面。
清洁表面：一般之零件经过清洗（脱脂、侵蚀）以后的表面。
滚光：将零件放入盛有磨料和化学溶液的滚筒中，借滚筒的旋转使零件与磨料、零件与零件表面相互摩擦，以达到清理零件表面的过程。
电化学抛光：电解抛光是以被抛工件为阳极，不溶性金属为阴极，两极同时浸入到电解槽中，通以直流电而产生有选择性的阳极溶解，从而达到工件表面光亮度增大的效果。
表面淬火：采用特定热源将钢铁材料表面快速加热到AC3或AC1之上，然后使其快速冷却，形成表面强化层的工艺过程。
表面形变强化：在金属的表面形变过程中当外力超过屈服强度后，要塑性变形继续进行必须不断增加外力，从而在真实的应力-应变曲线上表现为应力不断上升。
等离子体热扩渗: 利用低真空中气体辉光放电产生的离子轰击工件表面，形成热扩渗层的工艺过程。
液体热扩渗：将工件浸渍在熔融的液体中，使表面渗入一种或几种元素的热扩渗工艺方法。
化学镀:：在无外加电流的状态下，借助合适的还原剂，使镀液中的金属离子还原成金属，并沉积到零件表面的一种镀覆方法。
复合镀：在电镀或化学镀溶液中加入非溶性的固体微粒，并使其与主体金属共沉积在基体表面，或把长纤维迈入或卷缠于基体表面后沉积金属，形成一层金属基的表面复合材料的过程。
合金镀：在一种溶液中，两种或两种以上金属离子在阴极上共沉积，形成均匀细致镀层的过程。
堆焊：在零件表面熔覆一层耐磨、耐蚀、耐热等具有特殊性能合金属的技术。
热喷焊:采用热源使涂层料在机基体表面重新融化或部分熔化，实现涂层与基体之间，涂层内颗粒之间的冶金结合，消除孔隙。
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名词解释：
1、表面工程学：为满足特定的工程要求，使材料或零部件表面具有特殊的成分、结构和性能的化学、物理方法与工艺。
2、理想表面:是一种想象的平面，在无限晶体中插进一个平面，将其分为两部分后所形成的平面，并认为半无限晶体中的原子位置和电子密度都和原来的无线晶体一样。
3、洁净表面：虽然材料表层原子结构的周期性不同于体内，但其化学成分仍与体内相同。
4、清洁表面：一般指零件经过清洗（脱脂、浸蚀等）以后的表面。
5、TLK模型：基本思想是在温度相当于0K时，表面原子结构呈静态。
表面原子层可以认为是理想的平面，其中的原子作完整二维周期性排列，且不存在缺陷和杂质。
当温度从0K升到T时，由于原子的热运动，晶体表面将产生低晶面指数的平台、一定密度的单分子或原子高度的台阶、单分子或原子尺度的扭折以及表面吸附的单原子及表面空位等。
6、固体表面的吸附包括物理吸附和化学吸附。
吸附是固体表面最重要的性质之一。
7、莱宾杰尔效应：因环境介质的影响及表面自由能减少导致固体强度、塑性降低的现象。
8、润湿：液体在固体表面铺展的现象。
9、脱脂的方法：化学脱脂、有机溶剂脱脂、水剂脱脂、电化学脱脂。
10、表面淬火技术：采用特定的热源将钢铁材料表面快速加热到AC3（对亚共析钢）或者AC1（对过共析钢）之上，然后使其快速冷却并发生马氏体变化，形成表面强化层的工艺过程。
11、受控喷丸：是利用高速喷射的细小弹丸在室温下撞击受喷工件的表面，使表层材料在再结晶温度下产生弹、塑性变形，并呈现较大的残余压应力，从而提高工件表面强度、疲劳强度和抗应力腐蚀能力的表面工程技术。
12、热扩渗：将工件放在特殊介质中加热，使介质中某一种或几种元素渗入工件表面，形成合金层（或掺杂层）的工艺。
13、电镀：是指在含有欲镀金属的盐类溶液中，在直流电的作用下，以被镀基体金属为阴极，以欲镀金属或其他惰性导体为阳极，通过电解作用，在基体表面上获得结合牢固的金属膜的表面工程技术。
14、化学镀：在无外加电流的状态下，借助合适的还原剂，使镀液中的金属离子还原成金属，并沉积到零件表面的一种镀覆方法。
15、钝化：金属由于介质的作用生成的腐蚀产物如果具有致密的结构，形成了一层薄膜（往往是看不见的），紧密覆盖在金属的表面，则改变了金属的表面状态，使金属的电极电位大大向正方向跃变，而成为耐蚀的钝态。
16、磷化：金属表面与锰、锌等磷酸盐溶液发生化学反应，在其表面形成一层难容磷化膜的工艺。
17、发蓝处理：钢铁的化学氧化。
18、涂料主要是由成膜物质、颜料、溶剂、助剂四部分构成。
19、热喷涂：采用各种热源使涂层材料加热熔化或半熔化，然后用高速气体使涂层材料分散细化并高速撞击到基体表面形成涂层的工艺过程。
20、热喷焊：采用热源使涂层材料在基体表面重新熔化或部分熔化，实现涂层与基体之间、涂层内颗粒之间的冶金结合，消除空隙的技术。
简答题;
1、转化膜区别于电镀层、化学镀层或有机镀层的是什么？
基体金属发生溶解、参与反应；形成的是难溶的化合物膜层；不改变金属外观。
2、电镀和化学镀的区别。
原理上区别就是电镀需要外加的电源和阳极，而化学镀是依靠在金属表面所发生的自催
化反应；电镀无法对一些形状复杂的工件进行表面施镀，但化学镀可以对任何形状进行施镀；化学镀层为非晶态，镀层表面没有任何晶体间隙，而电镀层为典型的晶态镀层；
电镀因为有外加电源，所以镀速要比化学镀快得多；化学镀层的结合力要普遍高于电镀层；化学镀不使用有害物质，所以比电镀要环保一些；化学镀目前市场上只有纯镍磷合金的一种颜色，而电镀可以实现很多色彩。
3、热喷焊的基本特点（热喷涂与热喷焊的异同点）
热喷焊层组织致密，冶金缺陷很少，与基体结合强度很强；热喷焊材料必须与基体材料相匹配，喷焊材料和基体范围比热喷涂窄得多；热喷焊工艺中基材的变形比热喷涂大得多；热喷焊层的成分与喷焊材料的原始成分会有一定的差别。
4、封孔处理的目的
填充缝隙，防止和阻止涂层界面处的腐蚀；延长铝和锌防护涂层的寿命；在某些机械部件中防止液体和压力的密封泄漏；防止污染和研磨碎屑碎片进入涂层；保持陶瓷涂层的绝缘强度。
5、气体渗碳的主要方式滴注式气体渗碳、吸热式气氛渗碳和氮基气氛渗碳形成
6、形成热扩渗层的基本条件：
（1）渗入元素必须能够与基体金属形成固溶体和金属间化合物（2）欲渗元素与基材之间必须有直接接触（3）被渗元素在基体接触中要有一定的渗入速度（4）必须具备热力学条件。
7、表面淬火为什么要进行预先热处理:使碳化物和自由铁素体均匀、细小的分布，以便有
利于快速加热时奥氏体的均匀化。
8、为什么中碳钢适合而高碳钢不适合表面淬火：这是由于中碳调质钢经过预先热处理（正
火或调制）以后在进行表面淬火，既可以保证心部有较高的综合力学性能，又使表面具有较高的硬度（》50hrc）和耐磨性，高碳钢表面淬火后表面硬度和耐磨性虽然很高，但心部塑性和韧性较低，只能用于承受较小的冲击与交变载荷下的工具、量具及高冷硬轧辊。
10、表面淬火和热扩渗的异同点：
相同点：(1)都属于表面改性技术（2）都是冶金结合，结合强度高，结合层不易脱落。
不同点：（1）使用材料不同（2）相对表面强度、硬度、心部的韧性，热扩渗优于表面淬火（3）表面淬火的结构组织变化不同于热扩渗，热扩渗的过程中引入了新的化学元素。