第七章 材料表面技术
材料表面技术
二、铝及铝合金的阳极氧化
阳极氧化是将金属零件（如铝件）作为阳极 放置于适当的电解液中（如硫酸、铬酸、草酸等 水溶液），在外加电流的作用下，表面生成氧化 膜的方法。由于材料和阳极氧化工艺参数不同， 阳极氧化膜具有不同的厚度（从几微米到几百微 米）、颜色和特性，从而可适应不同的用途。
铝及铝合金的阳极氧化
铝阳极氧化膜具有以下主要特性:
（1）多孔性 氧化膜具有多孔的蜂窝状结构。 这种多孔结构可使膜层对各类有机物（如涂料、胶 粘剂、染料等）表现出良好的吸附能力，故可作为 涂镀层的底层；也易于将氧化膜染成各种不同的颜 色（即着色能力），而具有装饰特性。
（2）耐蚀性 铝氧化膜在大气中很稳定，因而 具有耐蚀特性，为进一步保持或提高耐蚀效果，不 论氧化膜是否染色，均需对其进行封闭处理（如热 水封闭、蒸汽封闭、重铬酸盐封闭、有机物质封闭 等）。
电镀
（一）单金属电镀
单金属电镀是指电镀液中只含一种金属离子， 电沉积后形成单一金属镀层的方法。常用的单金属 电镀有镀锌、镀铜、镀镍、镀铬、镀锡和镀镉等，
镀铬层具有高的硬度与耐磨性、耐蚀性和美观 的表面，故常用于耐磨、耐蚀和装饰场合，如冷作 模具镀铬、发动机活塞环镀铬、自行车零件镀铬、 照相机零件及餐具镀铬等。镀铬液主要由含有少量 硫酸的铬酐（CrO3）组成。
材料表面技术的应用
（二）在功能材料及元器件上的应用
表面技术能有效地赋予材料表面优良的特殊物 理、化学和生物等性能及其相互转化的功能，可用 来制备或改进一系列功能材料及元器件。如导电玻 璃、太阳能选择吸收膜、电磁屏蔽材料、吸声涂层、 吸热及散热材料、分离膜材料等。尤应受到重视的 是具有功能转换特性的功能材料与器件，如薄膜太 阳能电池、电致发光器件、薄膜发热材料、光磁记 录材料等。
【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。
第七章气相沉积技术
离子镀膜的基本过程
蒸发 材料
蒸发材料 被电离
离子加速
基片 (工件)
气体光辉放电
镀膜材料的蒸发、材料离子化、离子加速、离子轰击 工件表面沉积成膜。
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离子镀膜的特点
膜层的附着力强，不易脱落，这是离子镀膜的重要特性。
如在不锈钢上镀制2050m厚的银膜，可以达到300MPa的 粘附强度，钢上镀镍，粘附强度也极好。
1
负偏压
靶
plasma
基片
物理 气相沉积
反应性气体 CH4
基片
化学 气相沉积
2
7.1 气相沉积的过程
气相沉积基体过程包括三个步骤： （1）提供气相镀料；
蒸发镀膜: 使镀料加热蒸发； 溅射镀膜: 用具有一定能量的离子轰击，从靶材上击出镀料原子。 （2）镀料向所镀制的工件（或基片）输送 （在真空中进行，这主要是为了避免过多气体碰撞） 高真空度时（真空度为 10-2Pa）： 镀料原子很少与残余气体分子碰撞，基本上是从镀源直线前进至基片； 低真空度时（如真空度为 10Pa）： 则镀料原子会与残余气体分子发生碰撞而绕射，但只要不过于降低镀膜 速率，还是允许的。 真空度过低，镀料原子频繁碰撞会相互凝聚为微粒，则镀膜过程无法进 行。
22
3）溅射镀膜工艺与应用
溅射薄膜按其不同的功能和应用可大致分为机械功能膜和 物理功能膜两大类。
前者包括耐磨、减摩、耐热、抗蚀等表面强化薄膜材料、 固体润滑薄膜材料；后者包括电、磁、声、光等功能薄膜 材料等。
23
采用Cr、Cr-CrN等合金靶或镶嵌靶，在N2、CH4等气氛 中进行反应溅射镀膜，可以在各种工件上镀Cr、CrC、 CrN等镀层。纯铬膜的显微硬度为425～840HV，CrN膜 为1000～350OHV，不仅硬度高且摩擦系数小，可代替水 溶液电镀铬。
第七章 表面形变强化技术
渗碳钢经喷丸后的残余压应力
• 常用的渗碳钢经喷丸后，表层的残留奥 氏体有相当大的一部分将转变成马氏体， 因相变时体积膨胀而产生压应力，从而 使得表层残余应力场向着更大的压应力 方向变化。
• 在相同喷丸压力下： • 大直径弹丸喷丸后的压应力较低，压应 力层较深； • 小直径弹丸喷丸后表面压应力较高，压 应力层较浅，且压应力值随深度下降很 快。 • 对于表面有凹坑、凸台。划痕等缺陷或 表面脱碳的工件，通常选用较大的弹丸， 以获得较深的压应力层，使表面缺陷造 成的应力集中减小到最低程度。
喷丸产生的残余压应力
• 经喷丸和滚压 后，金属表面产生 的残余压应力的大 小，不但与强化方 法、工艺参数有关， 还与材料的晶体类 型、强度水平以及 材料在单调拉伸时 的硬化率有关。
残余压应力
• 具有高硬化率的面心立方晶体的镍基或铁 基奥氏体热强合金，表面产生的压应力高， 可达材料自身屈服点的2－4倍。
喷丸强度
• 当弧高度f达到饱和值，试片表面达到全覆 盖率时，以此弧高度f定义为喷九强度。 • 喷丸强度的表示方法是0.25C或fc=0.25， 字母或脚码代表试片种类，数字表示弧高 度值（单位为mm）。
（2）表面覆盖率试验
• 喷丸强化后表面弹丸坑占有的面积与总面 积的比值称为表面覆盖率。 • 一般认为，喷丸强化零件要求表面覆盖率 达到表面积的100％即全面覆盖时，才能有 效地改善疲劳性能和抗应力腐蚀性能。
（4）玻璃弹丸
• 近十几年发展起来的新型喷丸材料， 已在国防工业和飞机制造业中获得广泛应 用。 • 脆性较大 。
（5）陶瓷弹丸
• 弹丸硬度很高，但脆性较大。喷丸后表层 可获得较高的残余应力。
（6）聚合塑料弹丸
• 是一种新型的喷丸介质，以聚合碳酸酯为 原料，颗粒硬而耐磨，无粉尘，不污染环 境，可连续使用，成本低，而且即使有棱 边的新丸也不会损伤工件表面。
自然科学知识：材料和工程的表面处理技术
自然科学知识：材料和工程的表面处理技术表面处理技术是材料和工程领域中非常关键的技术之一，其主要目的是改善材料或产品的表面性能，使其具有更好的耐用性、强度、耐磨性、耐腐蚀性等特性，同时也能够实现更美观的外观效果。
本文将从表面处理技术的定义、类别、应用领域以及未来发展等角度进行探讨。
一、表面处理技术的定义表面处理技术是指通过改变材料表面物理、化学或机械性质的方法，从而获得所需要的表面性能的技术。
表面处理技术可以涉及到对材料表面物理性质的改变，如表面清洁、打磨、抛光等；可以涉及到对材料表面化学性质的改变，如电镀、喷涂、涂层、氧化等；也可以涉及到对材料表面机械性质的改变，如增强表面硬度、耐磨性等。
二、表面处理技术的类别1.清洗类表面处理技术清洗类表面处理技术是指利用各种清洗剂或机械力量清除材料表面附着物的方法。
这种技术广泛应用于半导体、电子、汽车等行业，能够减少表面缺陷，提高材料表面的可靠性和稳定性。
2.表面涂层类表面处理技术表面涂层类表面处理技术是指利用各种化学或物理涂层方法在材料表面形成一定厚度和特定性质的薄层。
涂层材料可以是金属、非金属、光敏物质等。
这种技术广泛应用于航空航天、汽车、机械等行业，能够显著提高材料表面的耐磨、耐腐蚀等性能。
3.表面改性类表面处理技术表面改性类表面处理技术是指在材料表面产生一定的化学物理变化，从而改变材料原有的性质。
本类技术主要包括注塑、电镀、氧化、阳极化等技术，其主要应用于汽车、电子、半导体等行业，能够大大提高材料的表面硬度、抗腐蚀性、机械强度等性质。
三、表面处理技术的应用领域表面处理技术广泛应用于各种领域，具有很高的经济效益和社会效益。
下面列举了一些典型的应用领域。
1.电子行业电子行业中的芯片、集成电路、显示屏等产品，表面处理技术是不可或缺的关键环节。
通过表面清洗、氧化、电镀等技术的应用，能够提高产品稳定性和可靠性。
2.汽车行业汽车构成多种材料，如铝、钢、玻璃等，通过表面处理技术能够提高车身外观效果，同时也是提高汽车耐用性和安全性的重要手段。
材料表面技术
电镀的基本原理电镀的基本过程电镀的基本过程（以镀镍为例）是将零件浸在金属盐的（如NiSO4）溶液中作为阴极，金属板件作为阳极，接通电源后，在零件表面就会沉积出金属镀层。
如右图所示：例如在硫酸镍电镀溶液中镀镍在阴极上发生还原的反应：Ni2++2e-→Ni （2-1）另外，镀液中的氢也会还原为氢的副反应：2H++2e-→H2↑（2-2）析氢副反应可能会引起电镀零件的氢脆，造成电镀效率降低等不良后果。
在镍阳极上发生金属镍失去电子变为镍离子的氧化反应：Ni→Ni2++2e- （2-3）有时还有可能发生如下的副反应：4OH-→2H2O+O2+4e- （2-4）在电镀过程中，电极反应是电流通过电极/溶液界面的必要条件，正因如此，阴极上的还原沉积过程由以下几个过程构成：①溶液中的金属离子（如水化金属离子或络合离子）通过电迁移、对流、扩散等形式到达阴极表面附近；②金属离子在还原之前在阴极附近或表面发生化学转化；③金属离子从阴极表面得到电子还原成金属原子；④金属原子沿表面扩散到达生长点进入晶格生长，或与其他离子相遇形成晶核长大成晶体。
影响镀层质量的因素⑴镀前处理质量⑵电镀溶液的本性⑶基体金属的本性⑷电镀过程电流密度、温度和搅拌等因素⑸析氢反应——在电镀过程中，大多数镀液的阴极反应都伴随着有氢气的析出，在不少情况下析氢对镀层质量有恶劣的影响，主要有针孔或麻点，鼓泡氢脆等。
如当析出的氢气黏附在阴极表面会产生针孔或麻点，当一部分还原的氢原子渗入基体金属或镀层中，使基体金属或镀层的韧性下降而变脆叫氢脆。
为了消除氢脆的不良影响，应在镀后应在镀后进行高温除氢处理。
⑹镀后处理电镀锌工艺分为氰化物镀锌和无氰镀锌两类。
氰化物镀锌工艺特点：电镀液具体较好的分散能力和深镀能力，对杂质的敏感性小，工艺容易控制，操作及维护简单，电流密度与温度范围宽。
电极反应阴极主反应：[Zn(CN)4]2-+4OH-→[Zn(OH)4]2-+4CN-[Zn(CN)4]2- →Zn(OH)2+2OH-Zn(OH)2+2e- →Zn+2OH-阴极副反应：2H2O+2e- →H2↑+2OH-阳极主反应：Zn →Zn2++2e-Zn2+再分别与CN-和OH-络合Zn2++4CN- →[Zn(CN)4]2-Zn2++4OH- →[Zn(OH)4]2-当阳极钝化时，还将发生析出氧气的副反应：4OH- →2H2O+O2+4e-氰化物镀锌镀液的组成及作用：氧化锌是提供锌离子的物质，为主盐，氰化钠是主络合剂，氢氧化钠是辅助络合剂；硫化钠是一种主要的添加剂，使重金属杂质沉淀以保证镀层质量，还有使镀层产生光亮的作用。
材料表面工程技术
5) 涂料涂装
用一定的方法将涂料涂覆于工件表面而形成涂 膜的全过程。涂料分为溶剂性涂料、水溶性涂料、 固体分子涂料和粉末涂料。主要应用在高级轿车、 机械的非工作裸露表面、家电产品、船舶、钢结构 的装饰、防锈涂装。
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物理气相沉积（PVD）
蒸镀 离子镀
溅射镀
化学气相沉积（CVD）
将等离子体引入化学气相沉积形成
3
4
表面技术在国民经济中起着不可估量的作用，表 面技术作为材料科学与工程的前沿，是人类进步的 里程碑，是尖端技术发展的基本条件。
表面技术的应用，能使产品不断更新、物美价 廉、占领市场并明显提高经济效益。产品的更新换 代要求物美价廉、各种机件、构件、管道和设备要 求延长寿命它促进和推动传统产业的技术进步，并 引起产业结构的变化，是知识密集、技术密集、保 密性强的新兴产业。
5
1） 表面润湿与反润湿技术 2） 表面催化技术 3） 膜技术 4） 表面化学技术
6
Байду номын сангаас
表面技术有着广泛的涵义，综合来看大致可分
为： ①表面技术的基础和应用理论②复合表面处理
技术、表面改性和表面涂覆技术③表面加工技术④
表面分析和测试技术⑤表面工程技术设计。
7
1) 金属化学沉积涂镀层 a. 电镀是利用电解作用，使具有导电性能的工件表
10) 溶胶-凝胶膜
将溶胶用喷涂或浸渍等方法涂于基材上，经反应形成凝 胶，经干燥或烧结等处理，制成所需要薄膜层，性能好，可 裁剪，适于制备多功能或大面积薄膜层，如超导薄膜、高效 吸波材料、磁性薄膜等，但成本较高。
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运用现代技术，改变
材料表面、亚表面的成分、
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材料表面技术日益得到重视：
社会生产、生活的需要 通过表面处理大幅度提高产品质量 节约贵重材料 实现材料表面复合化，解决单一材料无法 解决的问题 良好的节能、节材效果 促进了新兴工业的发展
二、 材料表面技术的分类
（一）按技术特征分类 1）表面涂覆（Surface Coating)：
Fe F+ Fe3CⅢ
C%
Fe3C
1）在淬火前要先正火消除网状渗碳体； 2）球化退火，预备组织为P球(粒状Fe3C + -F) 3）A1Acm之间加热保温，淬火, (粒状Fe3C + M) 4）低温回火，组织（M回+粒状Fe3C）
正火
球化退火
淬火+低温回火
解释下列概念，说明微观机制）：
加工硬化 细晶强化 固溶强化 弥散强化
应用例：太阳能装备
在太阳能的利用中，必须利用涂层来吸收 太阳光谱中所有波段的能量。
如用电子束蒸镀的金属陶瓷层Co-Al2O3作 为太阳能吸热器，使对太阳能的吸收率可 达95%。
航空航天、能源等高端装备的需求
小结：材料表面技术的目的
（1） 提高材料抵御环境作用能力。
（2） 赋予材料表面某种功能特性。包括 光、电、磁、热、声、吸附、分离等各种 物理和化学性能。
方法有气体渗、液体渗、固体渗、等离子体渗等
五、表面渗
（一）钢的表面渗碳
低碳钢通过表面渗碳来提高表面含碳量，然 后通过淬火处理，使表面得到高碳马氏体， 表面具有高硬度，心部具有高韧性。
渗碳后淬火分为： 1）直接淬火，成本低，但因渗碳时间长， 晶粒粗大，性能较差。 2）一次淬火法，重新加热可细化晶粒。 3）二次淬火法，第一次淬火加热温度，A3 + 30-50C, 消除网状渗碳体。第二次淬火 加热温度，A1 + 30-50C。
关键部件表面摩擦磨损、腐蚀、疲劳、高温氧化、高温 燃气冲刷、热应力裂纹…
材料表面技术
不改变基体材料的成分和性能的条件下， 通过某些物理手段或化学手段来赋予材 料表面特殊性能，以满足产品或零件使 用需要的技术或工艺。
材料表面技术的特点：
① 对材料表面进行处理（涂，镀，渗，覆 层等），使材料表面获得所需功能（耐 磨，抗蚀，耐热，耐高温，抗疲劳，耐 辐射，抗氧化，以及光，热，磁，电等 特殊性能），以满足实际应用需要。
3）在功能材料和元器件 上的应用
光学特性、电学特 性、磁学特性、热学特 性、化学特性、功能转 换、磁记录材料、双金 属、防护涂层。 4）在人类适应、保护和 优化环境方面的应用如 抗菌灭菌 TiO2 , 生物医 学材料。
应用例：空天飞行器
火箭发动机尾喷管内壁和燃烧室：需承受2000-3300℃ 高温和强热焰流冲击；飞船头部锥体和翼前沿，在几十 倍音速下与大气层摩擦（即所谓气动加热），其温度高 达4000-5000℃。
（二）表面处理技术：不改变基体材料表面化学 成分，但改变基体材料组织和结构，从而改变性 能。如喷丸强化，表面淬火，冲击强化）
（三）表面改性技术：即改变基体材料表面化学 成分，也改变基体材料表面组织和结构，从而改 变性能。如化学热处理，等离子扩渗处理，离子 注入等。
第二节 材料表面技术工艺示例
一、喷丸处理
破坏从表面开始（机械零部件80%以上）
磨损，腐蚀，疲劳… 表面
材料主体
通过改善材料表面性能来提高使用性
材料表面破坏导致的后果
➢ 2010年和2011年澳大利亚航空公司A380飞机因发动机 故障两次紧急迫降；
➢ 2009年，我国某飞机在起飞时尾喷管喷火的超高温瞬间 导致其燃气涡轮一、二级叶片断裂；
➢ 2010年，我国某发动机钛合金转子叶片，地面开车检查 时一叶片自叶根完全断裂，其余叶片被严重打伤。
用于轴类或小模数齿轮表面硬化
二、表面淬火
（二）火焰加热淬火 灵活，适于形状复杂件
二、 表面淬火
（三）载能束表面淬火 包括：激光束，电子束等
激光束：能量密度高(106W/cm2) 电子束：能量密度高(109W/cm2),
机械臂+光纤传输加工头
光学系统原理图
激光扫描处理低碳钢横截面
参数：单道扫描速度3500 mm/min, 光斑直径6mm
② 虽然涂层薄，却能起到比昂贵体材料难 以达到的效果。
③ 节约能源，节约资源。
材料表面技术的应用…
1） 材料表面技术应用广泛，涉及材料有： 金属，无机非金属，有机高分子，复合材料。
2） 在结构材料以及工程构件和机械零部件 上的应用，以及工具、模具等防护、耐磨、 强化、修复、装饰作用。
材料表面技术的应用…
根据共析钢过冷奥氏体的等温转变曲线（绿色）和连续转变曲线
（黄色）以及实际冷却曲线（白色），判断图中各点的微观组织
细A 均匀A
A1
温
.1
度
.
.4
2 等温退火
退火
正火
淬火
淬火 .
(水冷) 8
MS
P
Mf
.7
等温淬火
9.
.6
. 10
5 .. 3
时间
第六章 材料表面技术
第一节 概述
一、材料表面技术的必要性
Fe-C合金平衡冷却到室温----组织与成分一一对应
A
L+
H
B
温N
度
J
A+
L
D
L+A
A
E
C
L+ Fe3C F
A+ Fe3C
G
A+
Le
F
A+F S Fe3CⅡ A+ Fe3CⅡ+Le
P
P
F+ Fe3C
Le+ Fe3CⅠ
K
Q P+F
P+ Fe3CⅡ
Le’
P+ Fe3CⅡ+Le’
Le’+ Fe3CⅠ
三、热喷涂
热喷涂的分类
➢ 按加热和结合方式分为：喷涂、喷焊 ➢ 按照加热喷涂材料的热源种类分为：火焰喷涂、
电弧喷涂、等离涂和线材
喷涂。
（一）火焰喷涂
依靠氧-乙炔燃烧产生高温将涂层用粉末熔化
（二）电弧喷涂
电弧喷涂原理示意图 1-直流电源，2-丝状涂层材料，3-送丝轮，4-导电块，5-导电管， 6-喷气嘴，7-电弧焦点，8-喷涂射流，9-涂层，10-基体
喷丸处理
微观组织
应变
二、 表面淬火
（一）感应加热淬火
高频: 250-300KHz, 淬硬层深度：0.5-2 mm; 中频: 2.50-8.00KHz, 淬硬层深度：2.0-10 mm; 工频: 50 Hz, 淬硬层深度：10-15 mm; 特点： 1）表面氧化脱碳轻，变形小； 2）表面马氏体产生大的残余压 应力，疲劳强度高 3）表面马氏体组织细小，强度 高，脆性低。
（二）表面渗氮 通过形成金属化合物及间隙固溶来强化表面
Fe-N相图
表面相分布
气体渗氮设备
等离子体渗氮设备
与渗碳相比，渗氮温度为500-570C， 温度低，变形小，而且不用 后续处理。耐蚀。
六、离子注入
课堂讨论
结合Fe-Fe3C二元平衡转变图，说明含碳 1.2%的过共析钢从高温缓慢冷却后的微 观组织。 如果用上述材料做工具（高强度、高耐 磨性），请设计一下加工工序，说明其 中的热处理工艺的理由。
2）表面改性技术 (Surface Modification)
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。
（二）按对基体材料影响分类
（国家自然科学基金委员会的分类）
（一）表面涂镀层技术：即不改变基体材料成分， 也不改变基体材料组织。如表面涂覆、电镀等；
问题：绝大多数的金属和合金不能承受如此 高的温度；
解决方法：
依靠各种形式的隔热涂层、防火涂层和烧 蚀涂层----
隔热防火涂层是热导率低的氧化物（氧化铝、 氧化锆、氧化钍等）；
烧蚀涂层包括有机材料加石英纤维、陶瓷纤维 或碳纤维。
应用例：空天飞行器
航天飞机外壳的防热材料和涂层 美国洛克希德导弹与航天公司开发了一种LI900全氧化硅绝热毡，特性：： 1）重量轻，整个体积的95%都是空的。 2）为防水、耐蚀以及散热，表面加涂了一种 碳化硅涂层，该涂层可把90%的入射热反射掉， 而剩下10%几乎都被氧化硅毡所隔绝。
四、表面氧化
（一）钢铁的化学氧化
150C 氧化性溶液中，钢表面会形成致密的 Fe3O4膜, 呈蓝色或黑色，称为发蓝或发黑处理。
（二）有色金属表面氧化
阳极氧化过程示意图 纯钛微弧氧化处理后典型表面形貌
五、表面渗
改变表面成分及微观组织 1）产生活性原子； 2）原子在工件表面吸附； 3）原子向内部扩散
喷料（丝）作为两个电极接近时，在电压下达到 熔化，被气体随后喷到样品上。温度可达4000C, 一般喷金属。
（二）等离子喷涂
等离子喷涂原理示意图 1-阴极，2-阳极，3-工作气，4-喷涂粉末，5-等离子弧区， 6-喷涂束流，7-涂层，8-基体
设备固定两级产生直流电弧把工作气体（氩气或氮 气）电离后形成等离子体弧作为热源，温度可超过 10000度，可以熔化几乎任何粉末。