材料表面技术 第一讲 材料表面新技术概论
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现代表面工程与技术概述
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表面技术概论表面技术是直接与各种表面现象或过程相关的，能为人类造福或被人们利用的技术----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、赋予材料表面功能特性。
3、实施特定的表面加工来制造构件、零部件和元器件。
途径：表面涂覆：各种涂层技术（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、表面技术的分类按作用原理原子沉积电镀、化学镀、物理、化学气相沉积颗粒沉积热喷涂、搪瓷涂敷整体覆盖包箔、贴片表面改性按使用方法电化学法电镀、电化学氧化（阳极氧化）化学法化学转化膜、化学镀真空法物理、化学气相沉积、离子注入热加工法热浸镀、热喷涂、化学热处理、堆焊其它方法涂装、机械镀、激光表面处理三、表面技术的应用广泛性和重要性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、稳定性•满足特殊要求（必不可少或唯一途径）•生产各种新材料、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和生产的基础）在结构材料及构件和零部件上的应用表面技术作用：防护、耐磨、强化、修复、装饰在功能材料和元器件上的应用制造装备中具独特功能的核心部件。
表面处理技术概论-绪论
因为，没有抗高温 涂层技术，载人飞船不 可能穿过大气层安全还 航；没有抗辐射薄膜技 术，太阳能电池不可能 在太空正常工作。
可见，从古代文明到现代文明，人 类离不开表面工程。
一、表面工程学的产生背景
20世纪80年代，电子、信息、 海洋、航天、先进制造等高科技的 急剧发展和对传统工业改造的迫切 需要，英国抢先提出表面工程概念。
表面工程技术日益得到重视的主要原因：
1） 社会生产、生活的需要 2） 通过表面处理大幅度提高产品质量 3） 节约贵重材料 4） 实现材料表面复合化，解决单一材料 无法解决的问题 5） 良好的节能、节材效果 6） 促进了新兴工业的发展
1983年英国伯明翰大学成立国际上的第 一个表面工程研究所—沃尔森表面工程研究 所； 1985年国际刊物《表面工程》发行；同 年召开第一次国际表面工程会议； 1986年国际热处理联合会改名为国际热 处理与表面工程联合会。
世界各发达国家均对表面工程 高度重视：
如美国工程科学院早在几年前为美 国国会提供的2000年前集中力量加 强发展的9项新科学技术中，有关材 料方面的仅有材料表面科学与表面 技术的研究。
三、使用表面技术的目的
（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、分离等等 各种物理和化学性能。
Modern Surface Engineering and Technology
教学目的
通过本课程学习
系统地掌握现代表面处理技术的基本原理； 能合理选择表面工程技术； 解决材料表面硬度、强度、耐磨性与心部强韧性之 间的矛盾； 充分发挥材料性能的潜力； 延长产品使用寿命和提高产品质量。
五、表面技术的分类
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。
新材料技术：第一章 材料概论
核材料除用于制造核武器外，也用于造福 人类，如各种同位素的应用、核医学等。
28
三、新材料是社会可持续发展的保证
布伦特兰夫人在《我们共同的未来》中对可持续 发展的经典表述为：“可持续发展是在满足当代人的 需要的同时，不损害后代人满足其自身需要的能力。” 具体来说就是节省资源、清洁生产、提高能源利用率 及开发新能源与再生资源、改善生态环境和持续农林 生产、减少污染及降低温室效应、提高人口素质等。
12
6.硅时代
1950年 ①二极管、三极管的发明，进入电 子管时代 。 ②硅、锗半导体材 料的出现，使 晶体管取代电子管，进入硅时代 。 ③单晶硅生产集成电路，开始向微 型化方向发展 。
13
以硅材料为核心的集成电路在过去40年里得到 迅速发展，它占集成电路的90％以上。可以预 见，在21世纪，它的核心地位仍不会动摇。自 1958年问世以来，硅集成电路器件集成度提高 了l00万倍，单位价格下降为100万分之一。这 主要是靠光刻线宽缩小和成品率的提高，而单 晶硅的尺寸增大和质量提高起到了重要作用。
High Pressure Turbine Core Air
Fan
50年代后涡轮 喷气发动机
Low Pressure Compressor or Booster
Low Pressure Turbine Combustor
25 High Pressure Compressor
Slide 5
高推重比发动机对材料要求
27
3.核技术与核材料
20世纪最惊人的科技成就之一是人类实现 了原子核内部巨大能量的释放，原子弹和氢弹 的成功爆炸正是这一成就的体现。
50年代以来，人类开始利用核能源，以我 国大亚湾核电站为例，它的核心是燃料棒和燃 料组件，这些组件都是由锆合金制成的，以满 足苛刻的工作环境条件和应用要求。至今，世 界各核大国还在研制新型的锆合金。
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三、新材料是社会可持续发展的保证
布伦特兰夫人在《我们共同的未来》中对可持续 发展的经典表述为：“可持续发展是在满足当代人的 需要的同时，不损害后代人满足其自身需要的能力。” 具体来说就是节省资源、清洁生产、提高能源利用率 及开发新能源与再生资源、改善生态环境和持续农林 生产、减少污染及降低温室效应、提高人口素质等。
12
6.硅时代
1950年 ①二极管、三极管的发明，进入电 子管时代 。 ②硅、锗半导体材 料的出现，使 晶体管取代电子管，进入硅时代 。 ③单晶硅生产集成电路，开始向微 型化方向发展 。
13
以硅材料为核心的集成电路在过去40年里得到 迅速发展，它占集成电路的90％以上。可以预 见，在21世纪，它的核心地位仍不会动摇。自 1958年问世以来，硅集成电路器件集成度提高 了l00万倍，单位价格下降为100万分之一。这 主要是靠光刻线宽缩小和成品率的提高，而单 晶硅的尺寸增大和质量提高起到了重要作用。
High Pressure Turbine Core Air
Fan
50年代后涡轮 喷气发动机
Low Pressure Compressor or Booster
Low Pressure Turbine Combustor
25 High Pressure Compressor
Slide 5
高推重比发动机对材料要求
27
3.核技术与核材料
20世纪最惊人的科技成就之一是人类实现 了原子核内部巨大能量的释放，原子弹和氢弹 的成功爆炸正是这一成就的体现。
50年代以来，人类开始利用核能源，以我 国大亚湾核电站为例，它的核心是燃料棒和燃 料组件，这些组件都是由锆合金制成的，以满 足苛刻的工作环境条件和应用要求。至今，世 界各核大国还在研制新型的锆合金。
材料表界面 第一章 绪论
喷砂、变形和磨损等
化学作用界面：由于表面反应、粘接、氧化、腐蚀等化学作用形成 固体结合界面：两个பைடு நூலகம்体相直接接触，通过真空、加热、加压、界
面扩散和反应等途径所形成的界面。
液相或气相沉积界面：物质以原子尺寸形态从液态或气相析 出而在固体表面形成的膜层或块体。 凝固共生界面：两个固体同时从液相中凝固析出，且共同生 长所形成的界面。 粉末冶金界面：通过粉末工艺将粉末材料转变为块体所形成 的界面。 粘结界面：由无机或有机粘结剂使两个固体相结合而形成的 界面。 熔焊界面：固体表面造成熔体相，两者在凝固过程中形成冶 金结合的界面。
表面
d0
d0
内部
内部
d0
台阶化
表面不是平面， 由规则或不规则 台阶组成。
表面
化学组成变化
偏析
指溶液或溶质在相界、 晶界或缺陷上的聚集。
吸附
气相原子或分子在气 －固界面上的聚集。
（3） 吸附表面
在清洁表面上有来自体内扩散到表面的杂质和来自 表面周围空间吸附在表面上的质点所构成的表面。
吸附表面可分为四种吸附位置：顶吸附、桥吸附 、填充吸附、中心吸附
1.1.3 表面吸附
( a) 物理吸附：外来原子在固体表面上形成吸附层，由范德 华力(Van der Waals)作用力引起，则此吸附称为物理吸附。 特点：物理吸附过程中没有没有电子转移、没有化学键的生 成和破坏，没有原子重排等等，产生吸附的只是范德华力。 物理吸附的作用力是范德华力，包括：定向力/偶极力、诱 导力、色散力；作用力。其本质为静电相互作用力.吸附热约 为：4.2 KJ/mol，一般在较低的温度下才能发生，无激活能， 无选择。
25
水泥基表面的树脂涂层
26
彩色钢板涂层示意图
化学作用界面：由于表面反应、粘接、氧化、腐蚀等化学作用形成 固体结合界面：两个பைடு நூலகம்体相直接接触，通过真空、加热、加压、界
面扩散和反应等途径所形成的界面。
液相或气相沉积界面：物质以原子尺寸形态从液态或气相析 出而在固体表面形成的膜层或块体。 凝固共生界面：两个固体同时从液相中凝固析出，且共同生 长所形成的界面。 粉末冶金界面：通过粉末工艺将粉末材料转变为块体所形成 的界面。 粘结界面：由无机或有机粘结剂使两个固体相结合而形成的 界面。 熔焊界面：固体表面造成熔体相，两者在凝固过程中形成冶 金结合的界面。
表面
d0
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内部
内部
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台阶化
表面不是平面， 由规则或不规则 台阶组成。
表面
化学组成变化
偏析
指溶液或溶质在相界、 晶界或缺陷上的聚集。
吸附
气相原子或分子在气 －固界面上的聚集。
（3） 吸附表面
在清洁表面上有来自体内扩散到表面的杂质和来自 表面周围空间吸附在表面上的质点所构成的表面。
吸附表面可分为四种吸附位置：顶吸附、桥吸附 、填充吸附、中心吸附
1.1.3 表面吸附
( a) 物理吸附：外来原子在固体表面上形成吸附层，由范德 华力(Van der Waals)作用力引起，则此吸附称为物理吸附。 特点：物理吸附过程中没有没有电子转移、没有化学键的生 成和破坏，没有原子重排等等，产生吸附的只是范德华力。 物理吸附的作用力是范德华力，包括：定向力/偶极力、诱 导力、色散力；作用力。其本质为静电相互作用力.吸附热约 为：4.2 KJ/mol，一般在较低的温度下才能发生，无激活能， 无选择。
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水泥基表面的树脂涂层
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彩色钢板涂层示意图
新材料技术概论 第一章__综论
材料科学与工程四面体 材料工程
性能
通过结构设计和加工 以达到利用材料的某 一特殊性质的目的
结构/成份
合成/制备
• 合成/制备 •结构/成份 • • 性质 性能
性质
材料科学
研究材料的结构和性 质之间的关系
材料科学有三个重要属性：
一是多学科交叉，它是物理学、化学、冶金学、金 属学、陶瓷、高分子化学及计算科学相互融合与交 叉的结果，如生物医用材料要涉及医学、生物学及 现代分子生物学等学科； 二是一种与实际使用结合非常密切的科学，发展材 料科学的目的在于开发新材料，提高材料的性能和 质量，合理使用材料，同时降低材料成本和减少污 染等； 三是材料科学是一个正在发展中的科学，不像物理 学、化学已经有一个很成熟的体系，材料科学将随 各有关学科的发展而得到充实和完善。
多孔硅的可见光发射
电化学阳极氧化多孔硅及其室温可见光发射
块状的硅是间接能隙材料，只能发射微弱的红外光，因而虽在微电子学材料中独占鳌头 ，而在光电子学中一直无立足之地。多孔硅可见光发射的发现，改变了这一情况，引起 研发硅基材料光电子学器件的热潮。１９９６年底美国演示了在硅片上制成的电致发光 器件列阵的原型。
人工合成的金刚石
高分子分离膜已被用来制造高 效家庭净水器
人工肾脏
生物陶瓷人造关节
可调节的太阳镜
耐高温纤维制成的消防人员的服装
新材料在电光器件中的应用
MOSFET小型化进程中的瓶颈及材料解决方案
1.2 nm
基于纳米碳管的纳米电机
纳米激光器
ZnO 纳米线激光器
量子阱结构的应用：蓝－绿半导体激光二极管
课程设置的目的：对材料科学与工程建 立整体与全貌的认识，了解现有材料的 分类、特性、应用范围及其与相关学科 领域的关系，把握高技术新型先进材料 的发展趋势 。 课程考察方法：
01第一章--现代表面工程技术PPT课件
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。
2021/6/4
36
表面工程有关的表面性能
分类
一般机械性能
可加工性
项
目
韧性、强度、塑性、抗疲劳性、硬度、疏松度（空 隙度）、残余应力
精密加工性、可修补性、可焊接性、冷作硬化性
抗磨性 保护性 热特性 电特性
抗磨料磨损性、抗粘着磨损性、抗腐蚀磨损性、抗 冲蚀磨损性、抗微动磨损性、润滑性
姿/轨控发动机推力室
2021/6/4
来源：西北有色金属研2究0 院
具体应用实例-高温抗氧化涂层
难熔金属 Nb 在高温下易发生氧化，其高 温氧化物不具备保护作用，使材料的力学 性能急剧下降，严重影响性能。
铌在180℃开始发生缓慢氧化，450 ℃以下的氧化物具有保护 作用，450 ℃ ~600 ℃ 氧化膜的晶体体积发生变化（从4.36变 到5.17)，开始出现粉化，600 ℃ ~700 ℃ 其氧化速度与氧压成 正比关系，700 ℃ ~850 ℃内层氧化膜起控制作用，850 ℃以 上氧化产物完全为Nb2O5
5.1 电镀、化学镀 5.2 表面涂敷 5.3 表面改性 5.4 气相沉积 5.5 复合表面处理技术
2021/6/4
3
教材及参考资料
教材：现代表面工程技术，姜银方主编， 北京：机械工业出版社
参考书目：
现代表面技术，钱苗根等编著，北京：机械工业出版社 金属材料表面新技术，赵文珍，西安：西安交通大学出版 社 面向二十一世纪的表面工程，徐滨士，北京：机械工业出 版社 表面工程手册，李国英主编，北京：机械工业出版社 表面涂层技术，陈学定，韩文政，北京：机械工业出版社 表面工程与维修，徐滨士，朱绍华等，北京：机械工业出 版社
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表面工程有关的表面性能
分类
一般机械性能
可加工性
项
目
韧性、强度、塑性、抗疲劳性、硬度、疏松度（空 隙度）、残余应力
精密加工性、可修补性、可焊接性、冷作硬化性
抗磨性 保护性 热特性 电特性
抗磨料磨损性、抗粘着磨损性、抗腐蚀磨损性、抗 冲蚀磨损性、抗微动磨损性、润滑性
姿/轨控发动机推力室
2021/6/4
来源：西北有色金属研2究0 院
具体应用实例-高温抗氧化涂层
难熔金属 Nb 在高温下易发生氧化，其高 温氧化物不具备保护作用，使材料的力学 性能急剧下降，严重影响性能。
铌在180℃开始发生缓慢氧化，450 ℃以下的氧化物具有保护 作用，450 ℃ ~600 ℃ 氧化膜的晶体体积发生变化（从4.36变 到5.17)，开始出现粉化，600 ℃ ~700 ℃ 其氧化速度与氧压成 正比关系，700 ℃ ~850 ℃内层氧化膜起控制作用，850 ℃以 上氧化产物完全为Nb2O5
5.1 电镀、化学镀 5.2 表面涂敷 5.3 表面改性 5.4 气相沉积 5.5 复合表面处理技术
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3
教材及参考资料
教材：现代表面工程技术，姜银方主编， 北京：机械工业出版社
参考书目：
现代表面技术，钱苗根等编著，北京：机械工业出版社 金属材料表面新技术，赵文珍，西安：西安交通大学出版 社 面向二十一世纪的表面工程，徐滨士，北京：机械工业出 版社 表面工程手册，李国英主编，北京：机械工业出版社 表面涂层技术，陈学定，韩文政，北京：机械工业出版社 表面工程与维修，徐滨士，朱绍华等，北京：机械工业出 版社
表面科学与技术第1章
第1章绪论1.1 表面技术的意义、目的、途径与应用1.1.1 表面技术的意义人们使用表面技术已有悠久的历史。
我国早在战国时代已进行钢的淬火，使钢的表面获得坚硬层。
欧洲使用类似的技术也有很长的历史。
但是，表面技术的迅速发展还是从19世纪工业革命开始的，尤其是近几十年发展更为迅速，特别在以下方面显示出巨大的生命力。
1) 材料的疲劳断裂、磨损、腐蚀、氧化、烧损以及辐照损伤等，一般都是从表面开始的，而它们带来的破坏和损失是十分惊人的。
2) 随着经济和科学技术的迅速发展，人们对各种产品抵御环境作用能力和长期运行的可靠性、稳定性等提出了越来越高的要求。
3) 许多产品的性能主要取决于表面的特性和状态，而表面(层)很薄，用材十分少，因此表面技术可节约材料、节约能源等，以最低的经济成本来生产优质产品。
4) 使用表面技术有可能在更广阔的领域中制备各种新材料和新器件。
1.1.2 表面技术的目的与途径1．对于固体材料来说，使用表面技术的主要目的1) 提高材料抵御环境作用的能力。
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。
3) 实施特定的表面加工来制造构件、零部件和元器件等。
2．表面技术赋予材料表面某种功能特性的主要途径1) 施加各种覆盖层，主要采用各种涂层技术。
2) 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，即采用各种表面改性技术。
1.1.3 表面技术的应用表面技术的应用遍及各行各业，包含的内容十分广泛，可以用于耐蚀、耐磨、修复、强化、装饰等，也可以是光、电、磁、声、热、化学、生物等方面的应用。
表面技术所涉及的基体材料不仅有金属材料，也包括无机非金属材料、有机高分子材料及复合材料。
把这些技术恰当地应用于构件、零部件和元器件，可以获得巨大的经济和社会效益。
1. 表面技术在结构材料以及工程构件和机械零部件上的应用结构材料主要用来制造工程建筑中的构件、机械装备中的零部件以及工模具等，在性能上以力学性能为主，同时在许多场合又要求兼有良好的耐蚀性和装饰性。
第一章 现代表面工程技术
3）材料表面的研究是许多高新技术的理化基 础等。
世界各发达国家均对表面工程 高度重视：
如美国工程科学院早在十多年前为 美国国会提供的2000年前集中力量 加强发展的9项新科学技术中，有关 材料方面的仅有材料表面科学与表 面技术的研究。
一、使用表面技术的目的
（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、分离等等 各种物理和化学性能。
思考题
1 材料表面工程技术为什么能得到社会 的重视获得迅速发展？ 2 表面工程技术的目的和作用是什么？ 3 为什么说表面工程是一个多学科的边 缘学科？
树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20.11.420.11.4Wednesday, November 04, 2020 人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。11:58:4311:58:4311:5811/4/2020 11:58:43 AM 安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20.11.411:58:4311:58Nov-204-N ov-20 加强交通建设管理，确保工程建设质 量。11:58:4311:58:4311:58Wednesday, November 04, 2020 安全在于心细，事故出在麻痹。20.11.420.11.411:58:4311:58:43November 4, 2020 踏实肯干，努力奋斗。2020年11月4日 上午11时58分 20.11.420.11.4 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11月4日 星期三 上午11时58分 43秒11:58:4320.11.4 严格把控质量关，让生产更加有保障 。2020年11月 上午11时58分20.11.411:58November 4, 2020 作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。2020年11月4日 星期三 11时58分43秒 11:58:434 November 2020 好的事情马上就会到来，一切都是最 好的安 排。上 午11时58分43秒上午11时58分11:58:4320.11.4 一马当先，全员举绩，梅开二度，业 绩保底 。20.11.420.11.411:5811:58:4311:58:43Nov- 20 牢记安全之责，善谋安全之策，力务 安全之 实。2020年11月4日星 期三11时58分 43秒 Wednesday, November 04, 2020 相信相信得力量。20.11.42020年11月4日星期 三11时 58分43秒20.11.4
世界各发达国家均对表面工程 高度重视：
如美国工程科学院早在十多年前为 美国国会提供的2000年前集中力量 加强发展的9项新科学技术中，有关 材料方面的仅有材料表面科学与表 面技术的研究。
一、使用表面技术的目的
（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、分离等等 各种物理和化学性能。
思考题
1 材料表面工程技术为什么能得到社会 的重视获得迅速发展？ 2 表面工程技术的目的和作用是什么？ 3 为什么说表面工程是一个多学科的边 缘学科？
树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20.11.420.11.4Wednesday, November 04, 2020 人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。11:58:4311:58:4311:5811/4/2020 11:58:43 AM 安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20.11.411:58:4311:58Nov-204-N ov-20 加强交通建设管理，确保工程建设质 量。11:58:4311:58:4311:58Wednesday, November 04, 2020 安全在于心细，事故出在麻痹。20.11.420.11.411:58:4311:58:43November 4, 2020 踏实肯干，努力奋斗。2020年11月4日 上午11时58分 20.11.420.11.4 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11月4日 星期三 上午11时58分 43秒11:58:4320.11.4 严格把控质量关，让生产更加有保障 。2020年11月 上午11时58分20.11.411:58November 4, 2020 作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。2020年11月4日 星期三 11时58分43秒 11:58:434 November 2020 好的事情马上就会到来，一切都是最 好的安 排。上 午11时58分43秒上午11时58分11:58:4320.11.4 一马当先，全员举绩，梅开二度，业 绩保底 。20.11.420.11.411:5811:58:4311:58:43Nov- 20 牢记安全之责，善谋安全之策，力务 安全之 实。2020年11月4日星 期三11时58分 43秒 Wednesday, November 04, 2020 相信相信得力量。20.11.42020年11月4日星期 三11时 58分43秒20.11.4
材料表面与界面-第一章
润湿性
指液体在固体表面上扩散 和附着的能力。
影响因素
表面吸附和润湿性受表面 张力、表面能、物质性质 等因素的影响。
表面形貌与结构
表面形貌
指固体表面的几何形状和 外观特征。
表面结构
指固体表面的化学组成和 分子排列结构。
影响因素
表面形貌和结构受物质性 质、制备方法和环境条件 等因素的影响。
03 材料界面的基本概念
材料表面与界面-第一章
目录
• 引言 • 材料表面的基本性质 • 材料界面的基本概念 • 材料表面与界面的应用 • 总结与展望
01 引言
表面与界面的定义与重要性
定义
表面是指物质的最外层，而界面 则是指两种不同物质之间的接触 面。
重要性
表面与界面在许多物理、化学和 生物过程中起着关键作用，如催 化反应、电子传输、生物分子相 互作用等。
04 材料表面与界面的应用
表面技术在材料制备中的应用
表面涂层技术
通过在材料表面涂覆一层具有特 殊性能ห้องสมุดไป่ตู้涂层，以提高材料的耐
腐蚀、耐磨、隔热等性能。
表面合金化技术
通过改变材料表面的元素组成和 相结构，使其具有优异的耐高温、
抗氧化、抗疲劳等性能。
表面微纳结构制备
利用微纳加工技术，在材料表面 制备出具有微纳尺度结构的表面， 以提高材料的表面能、润湿性、
摩擦学性能等。
界面技术在复合材料中的应用
界面设计
01
通过优化界面结构和性质，提高复合材料的力学性能、电性能、
热性能等。
界面增强
02
利用界面层对复合材料的增强作用，提高复合材料的强度、韧
性、耐疲劳等性能。
界面相容性
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材料表面新技术概论
一、表面工程技术概况
材料表面新技术概论
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，利用表面涂覆、表面改性或多 种表面工程技术复合处理，改变材料表面的形 态、化学成分、组织结构和应力状态等，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。
讲解章节
1. 概论
2. 基础理论
3. 电镀、化学镀新技术
4. 涂覆新技术：热喷涂、堆焊
5. 物理气相沉积：蒸镀、溅射和离子镀
6. 化学气相沉积
7. 改性/加工：激光、电子和离子束
8. 纳米表面工程
材料表面新技术概论
本节主要内容
一、表面工程技术概况 二、表面工程技术的分类 三、表面工程技术的应用 四、表面工程技术的发展趋势
镀等
热喷涂、电镀、 化学镀、气相沉
积、涂装等
激光、电子束热 处理技术以及喷
丸、辊压等
材料表面新技术概论
按表面改质的目的或性质分类
• 表面耐磨和减摩技术 • 表面耐蚀和抗氧化技术 • 表面强化技术 • 表面装饰技术 • 功能表面技术 • 表面修复技术
材料表面新技术概论
按作用原理分类（Matton分类）
材料表面新技术 概论
考核方式
• 总评成绩＝平时成绩+大型作业成绩＋ 期末考查成绩
• 平时成绩占10％ • 大型作业占30％ • 期末考查(PPT+报告)成绩占60％
主要参考书目
姜银方，王宏宇，现代表面工程技术， 化学工业出版社，2014
徐滨士，刘世参，表面工程新技术， 国防工业出版社，2002
郦振声，杨明安，现代表面工程技术， 机械工业出版社，2007
• 工艺进一步改进，到了周朝出 现了琉璃，即多种彩色的釉。
• 发展到唐朝，成了世界闻名的 “唐三彩”。
材料表面新技术概论
近现代的表面处理技术发展
• 1983年，英国T.Bel教授首先提出表面工程的概念，同年， 英国伯明翰大学沃福森表面工程研究所建立，
• 1985年，国际刊物《表面工程》发行。1986年国际热处理联 合会更名为国际热处理与表面工程联合会，表面工程技术成 为20世纪80年代世界10大关键技术之一。
材料表面新技术概论
表面工程的广泛涵义:
• 表面工程基础和应用理论； • 表面处理技术； • 表面加工技术； • 表面分析和测试技术； • 表面工程技术设计。
材料表面新技术概论
表面处理技术 按工艺特点分
为13类
材料表面新技术概论
按学科特点分类
表面 处理
表面合金化技术
表面覆盖技术
表面组织转化技术
堆焊、离子注入、 激光熔覆、热渗
• 1987年中国机械工程学会表面工程研究所成立，1988年《中 国表面工程》杂志在中国创刊。1989年第一届表面工程学术 交流会召开，第一届及第二届表面工程国际会议于1997年11 月和1999年10月在上海召开。
• 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”。
• 大量以“表面工程”或“表面技术”冠名的研究机构建 立。
材料表面新技术概论
表面工程技术得到重视的原因
• 社会生产、生活的需要； • 可大幅提高产品质量； • 可节约贵重材料； • 实现材料表面复合化； • 可节能、节材； • 促进了新兴工业的发展。
材料表面新技术概论
表面工程技术的目的
① 提高材料抵御环境作用能力，如提高材料及其制品耐腐 蚀、耐磨减摩及抗疲劳性能等。
• 第一阶段，传统的单一表面工程阶段，包括热喷 涂、电刷镀、气相沉积、“三束”改性等；
• 第二阶段，复合表面工程阶段，即将两种或多种 传统的表面技术复合应用，起到“1+1>2”的协同 效果。例如，热喷涂与激光（或电子束）重熔的 复合等。技术的复合成为表面性能的“倍增器”；
• 第三阶段，即目前的纳米表面工程阶段，将纳米 材料和纳米技术与传统表面工程进行有机结合与 应用，进一步提高材料的表面性能。
10μm的含铬的氧化层。
春 秋 时
期
越
中
两千多年，青铜，毫无锈蚀，锋利无 王
青
比，闪烁着炫目的青光，寒气逼人！ 勾
铜
是我国收藏的第一号名剑，享有“天 践
剑
下第一剑”的美誉。
剑
完全隔绝空气，长期中性地下水浸泡。
环境条件所致，而不是其它。
材料表面新技术概论
无机涂层工艺
• 3000多年前的商代青釉，石灰 石和粘土制成的无机涂层。
利用宏观尺度的熔化液滴或细小固体
颗粒，在外力作用下于基体材料表原面 子沉积欲的涂方覆法。
表面 的形焊例 搪通化以子或材成等如瓷过学原尺薄料所。，涂离处子度膜于需热敷子理、的的同薄喷等处等离粒技一膜涂。理方子子术时的、、法、形，间方冷热处分态包施法喷处理子来括加。涂理表和沉了于如、、面粒积液基热静机，子所相体浸电械直集需沉表镀喷处接团表积面、涂理形等面和，堆、及成原层气
材料表面新技术概论
古代的表面工程技术
• 3000年前，我国就已采用表面保护技术， 如用大漆美化和保护器具的表面，在木材 表面涂刷桐油来增强木材的强度、抗水性 和防虫蛀，下图为大漆彩绘圆盒。
材料表面新技术概论
铬盐氧化处理
秦 始 皇 墓
两千多年，光亮如新、锋利如初，甚 至可以切断一根发丝。表面有一层厚
颗粒沉积
所相需沉特积性两的类表。面前层者。如如电化镀学、转化化学、镀表、
工程 溶面胶喷-丸凝、胶离等子，渗而氮后(者碳则、有碳物氮理)、气阳相极沉
整体覆盖 积氧(P化VD、)、磷化化学、气硫相化沉、积三(束C改VD性)、等分。子
束外延(MBE)三大类别。
表面改性
材料表面新技术概论
表面工程的发展历程
论问题，开发新的表面工程技术。
材料表面新技术概论
二、表面工程技术分类
• 材料表面工程是一门新兴的边缘学科，不 但涉及到诸如表面物理学、表面化学、金 属学、陶瓷学、高分子学、传热学、传质 学等多个学科的理论，而且其本身也溶入 了诸多学科的新技术。它的学科体系还在 进行探讨和完善中，可从不同角度进行归 纳分类。
② 赋予材料及其制品表面某种功能特性，包括机械功能、 光、电、磁、热、声等各种物理和化学功能。
③ 赋予材料制品表面色彩、图纹、优美外观。 ④ 实施特定的表面加工来制造构件、零部件和元器件等。 ⑤ 修复磨损或腐蚀损坏的零件，挽救加工超差的产品，实
现再制造工程。 ⑥ 研究各类材料表面的失效机理与表面工程技术的应用理
一、表面工程技术概况
材料表面新技术概论
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，利用表面涂覆、表面改性或多 种表面工程技术复合处理，改变材料表面的形 态、化学成分、组织结构和应力状态等，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。
讲解章节
1. 概论
2. 基础理论
3. 电镀、化学镀新技术
4. 涂覆新技术：热喷涂、堆焊
5. 物理气相沉积：蒸镀、溅射和离子镀
6. 化学气相沉积
7. 改性/加工：激光、电子和离子束
8. 纳米表面工程
材料表面新技术概论
本节主要内容
一、表面工程技术概况 二、表面工程技术的分类 三、表面工程技术的应用 四、表面工程技术的发展趋势
镀等
热喷涂、电镀、 化学镀、气相沉
积、涂装等
激光、电子束热 处理技术以及喷
丸、辊压等
材料表面新技术概论
按表面改质的目的或性质分类
• 表面耐磨和减摩技术 • 表面耐蚀和抗氧化技术 • 表面强化技术 • 表面装饰技术 • 功能表面技术 • 表面修复技术
材料表面新技术概论
按作用原理分类（Matton分类）
材料表面新技术 概论
考核方式
• 总评成绩＝平时成绩+大型作业成绩＋ 期末考查成绩
• 平时成绩占10％ • 大型作业占30％ • 期末考查(PPT+报告)成绩占60％
主要参考书目
姜银方，王宏宇，现代表面工程技术， 化学工业出版社，2014
徐滨士，刘世参，表面工程新技术， 国防工业出版社，2002
郦振声，杨明安，现代表面工程技术， 机械工业出版社，2007
• 工艺进一步改进，到了周朝出 现了琉璃，即多种彩色的釉。
• 发展到唐朝，成了世界闻名的 “唐三彩”。
材料表面新技术概论
近现代的表面处理技术发展
• 1983年，英国T.Bel教授首先提出表面工程的概念，同年， 英国伯明翰大学沃福森表面工程研究所建立，
• 1985年，国际刊物《表面工程》发行。1986年国际热处理联 合会更名为国际热处理与表面工程联合会，表面工程技术成 为20世纪80年代世界10大关键技术之一。
材料表面新技术概论
表面工程的广泛涵义:
• 表面工程基础和应用理论； • 表面处理技术； • 表面加工技术； • 表面分析和测试技术； • 表面工程技术设计。
材料表面新技术概论
表面处理技术 按工艺特点分
为13类
材料表面新技术概论
按学科特点分类
表面 处理
表面合金化技术
表面覆盖技术
表面组织转化技术
堆焊、离子注入、 激光熔覆、热渗
• 1987年中国机械工程学会表面工程研究所成立，1988年《中 国表面工程》杂志在中国创刊。1989年第一届表面工程学术 交流会召开，第一届及第二届表面工程国际会议于1997年11 月和1999年10月在上海召开。
• 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”。
• 大量以“表面工程”或“表面技术”冠名的研究机构建 立。
材料表面新技术概论
表面工程技术得到重视的原因
• 社会生产、生活的需要； • 可大幅提高产品质量； • 可节约贵重材料； • 实现材料表面复合化； • 可节能、节材； • 促进了新兴工业的发展。
材料表面新技术概论
表面工程技术的目的
① 提高材料抵御环境作用能力，如提高材料及其制品耐腐 蚀、耐磨减摩及抗疲劳性能等。
• 第一阶段，传统的单一表面工程阶段，包括热喷 涂、电刷镀、气相沉积、“三束”改性等；
• 第二阶段，复合表面工程阶段，即将两种或多种 传统的表面技术复合应用，起到“1+1>2”的协同 效果。例如，热喷涂与激光（或电子束）重熔的 复合等。技术的复合成为表面性能的“倍增器”；
• 第三阶段，即目前的纳米表面工程阶段，将纳米 材料和纳米技术与传统表面工程进行有机结合与 应用，进一步提高材料的表面性能。
10μm的含铬的氧化层。
春 秋 时
期
越
中
两千多年，青铜，毫无锈蚀，锋利无 王
青
比，闪烁着炫目的青光，寒气逼人！ 勾
铜
是我国收藏的第一号名剑，享有“天 践
剑
下第一剑”的美誉。
剑
完全隔绝空气，长期中性地下水浸泡。
环境条件所致，而不是其它。
材料表面新技术概论
无机涂层工艺
• 3000多年前的商代青釉，石灰 石和粘土制成的无机涂层。
利用宏观尺度的熔化液滴或细小固体
颗粒，在外力作用下于基体材料表原面 子沉积欲的涂方覆法。
表面 的形焊例 搪通化以子或材成等如瓷过学原尺薄料所。，涂离处子度膜于需热敷子理、的的同薄喷等处等离粒技一膜涂。理方子子术时的、、法、形，间方冷热处分态包施法喷处理子来括加。涂理表和沉了于如、、面粒积液基热静机，子所相体浸电械直集需沉表镀喷处接团表积面、涂理形等面和，堆、及成原层气
材料表面新技术概论
古代的表面工程技术
• 3000年前，我国就已采用表面保护技术， 如用大漆美化和保护器具的表面，在木材 表面涂刷桐油来增强木材的强度、抗水性 和防虫蛀，下图为大漆彩绘圆盒。
材料表面新技术概论
铬盐氧化处理
秦 始 皇 墓
两千多年，光亮如新、锋利如初，甚 至可以切断一根发丝。表面有一层厚
颗粒沉积
所相需沉特积性两的类表。面前层者。如如电化镀学、转化化学、镀表、
工程 溶面胶喷-丸凝、胶离等子，渗而氮后(者碳则、有碳物氮理)、气阳相极沉
整体覆盖 积氧(P化VD、)、磷化化学、气硫相化沉、积三(束C改VD性)、等分。子
束外延(MBE)三大类别。
表面改性
材料表面新技术概论
表面工程的发展历程
论问题，开发新的表面工程技术。
材料表面新技术概论
二、表面工程技术分类
• 材料表面工程是一门新兴的边缘学科，不 但涉及到诸如表面物理学、表面化学、金 属学、陶瓷学、高分子学、传热学、传质 学等多个学科的理论，而且其本身也溶入 了诸多学科的新技术。它的学科体系还在 进行探讨和完善中，可从不同角度进行归 纳分类。
② 赋予材料及其制品表面某种功能特性，包括机械功能、 光、电、磁、热、声等各种物理和化学功能。
③ 赋予材料制品表面色彩、图纹、优美外观。 ④ 实施特定的表面加工来制造构件、零部件和元器件等。 ⑤ 修复磨损或腐蚀损坏的零件，挽救加工超差的产品，实
现再制造工程。 ⑥ 研究各类材料表面的失效机理与表面工程技术的应用理