表格模板-01第一章表面工程技术张湘辉 精品.ppt

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1、Materials Surface EngineeringMaterials Surface Engineering材料表面工程材料表面工程张湘辉张湘辉ZZ2012014 4.09.09.0505Company L1.材料表面工程技术材料表面工程技术. 王振延，哈尔滨工业大学出版社王振延，哈尔滨工业大学出版社. 2.材料表面工程导论材料表面工程导论. 赵文轸，西安交通大学出版社赵文轸，西安交通大学出版社. 4.表面工程表面工程. 徐滨士，刘世参，机械工业出版社徐滨士，刘世参，机械工业出版社.3.表面工程表面工程. 刘新田，河南大学出版社刘新田，河南大学出版社.5. Surface Engine

2、ering. ASM Handbook, Vol. 5, 1994.参考文献参考文献Company L一些有用的资源一些有用的资源Company L1234567Company L学习本课程的目的和要求学习本课程的目的和要求1. 学习学习掌握掌握表面工程技术的表面工程技术的基本理论基本理论和和基本特基本特点点。2. 能够根据工程的需要选择相应的表面工程技能够根据工程的需要选择相应的表面工程技术或几种技术的组合，选择所用材料和制定术或几种技术的组合，选择所用材料和制定最佳工艺，最佳工艺，解决工程问题解决工程问题。3. 具备具备基本的研究与开发表面工程新技术的基本的研究与开发表面工程新技术的能能力

3、力。Company L材料表面工程材料表面工程 Company L第一章第一章 材料表面工程概论材料表面工程概论主要内容主要内容：1.1 表面工程的概述表面工程的概述1.2 表面工程技术的功能与分类表面工程技术的功能与分类1.3表面工程的科学体系表面工程的科学体系1.4表面工程技术的应用表面工程技术的应用1.5表面工程技术的发展趋势表面工程技术的发展趋势Company L1.1 表面工程表面工程 （Surface Engineering）“Surface Engineering is treatment of the surface and near-surface regions of a

4、material to allow the surface to perform functions that are distinct from those functions demanded from the bulk of the material” -from ASM Metal Handbook“Solids are composed of a bulk material covered by a surface. The surface which bounds the bulk material is called the Surface phase. Surface engi

5、neering involves altering the properties of the Surface Phase in order to reduce the degradation over time. ” - from Wikipedia“材料表面工程是材料表面处理技术的总称”-赵文轸Company L9“承旋承旋”，酒器，东汉建武年，酒器，东汉建武年间，现藏于北京故宫博物院间，现藏于北京故宫博物院兽形盒砚，东汉制，出土于兽形盒砚，东汉制，出土于19801980年陕西临潼姜寨新石器时代墓葬年陕西临潼姜寨新石器时代墓葬品，由石砚、盒身、盒盖三部分品，由石砚、盒身、盒盖三部分组成组成

6、 中国古代的鎏金工艺中国古代的鎏金工艺 Company L世界三大名刃之一世界三大名刃之一日本刀的覆土烧刃日本刀的覆土烧刃 Company L1.1 表面工程表面工程v1.1.1表面技术及其发展背景 19世纪工业革命以来，为适应高强度、高硬度世纪工业革命以来，为适应高强度、高硬度和耐磨、耐蚀、耐高温等特殊要求，需不断开发和耐磨、耐蚀、耐高温等特殊要求，需不断开发各种特殊的合金材料，但这些材料往往各种特殊的合金材料，但这些材料往往价格昂贵价格昂贵。因此，人们试图采用各种表面技术对普通钢材表因此，人们试图采用各种表面技术对普通钢材表面进行加工，面进行加工，改变其表面性能改变其表面性能，以适应复杂的

7、工，以适应复杂的工作环境。作环境。 另外，另外，磨损、腐蚀磨损、腐蚀等失效都是首先发生在材料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，可极大地表面，通过对材料表面进行有效处理，可极大地提高材料寿命。基于这样的背景，逐步形成了一提高材料寿命。基于这样的背景，逐步形成了一门新兴学科门新兴学科表面工程学表面工程学。Company L1.1.1 表面工程技术发展背景表面工程技术发展背景 磨损、腐蚀、断裂是机械零件工程构建的三大主要磨损、腐蚀、断裂是机械零件工程构建的三大主要破坏形式。前二者造成经济损失占很大比重。破坏形式。前二者造成经济损失占很大比重。数数 据据磨磨损损美国：美国国家材

8、料政策委员会向美国国美国：美国国家材料政策委员会向美国国 会提出的一份报告：会提出的一份报告： 摩擦磨损引起的损失摩擦磨损引起的损失10001000亿美元亿美元/ /年；年；德国：德国：19831983年，前联邦德国调查，摩擦磨年，前联邦德国调查，摩擦磨损损失损损失287287亿马克；亿马克；英国：摩擦磨损损失英国：摩擦磨损损失5150051500英镑英镑/ /年；年；Company L腐腐蚀蚀美国：国家标准局美国：国家标准局19781978年调查：年调查： 1975 1975年腐蚀损失达年腐蚀损失达820820亿美元，占亿美元，占国民生产总值的国民生产总值的4.9%4.9%； 1995 19

9、95年腐蚀损失达年腐蚀损失达30003000亿美元；亿美元；中国：中国：19831983年调查：腐蚀损失年调查：腐蚀损失400400亿元亿元/ /年年腐蚀和磨损均是腐蚀和磨损均是发生于机件表面发生于机件表面的材料流失过程，的材料流失过程，其他形式的失效其他形式的失效过程有许多也是过程有许多也是从从表面表面开始开始延缓和延缓和控制表控制表面破坏面破坏的方法的方法促进促进了表了表面工面工程学程学的发的发展与展与形成形成Company L表面工程技术的背景表面工程技术的背景v 表面工程概念的提出始于表面工程概念的提出始于20世纪世纪80年代。年代。1983年年英国英国TBel教授教授首先提出了表面工

10、程的概首先提出了表面工程的概念。念。v表面工程学科发展的重要标志是表面工程学科发展的重要标志是1983年英国伯年英国伯明翰大学沃福森表面工程研究所的建立和明翰大学沃福森表面工程研究所的建立和1985年国际刊物年国际刊物表面工程表面工程的发行。的发行。v1986年年10月国际热处理联合会决定接受表面工月国际热处理联合会决定接受表面工程的概念，并把自己的会名改为国际热处理及程的概念，并把自己的会名改为国际热处理及表面工程联合会。表面工程联合会。Company L表面工程技术的背景表面工程技术的背景v表面工程形成一门独立的学科是近表面工程形成一门独立的学科是近 20 来年的事：来年的事： 1983年

11、年 表面工程的概念被首次提出表面工程的概念被首次提出 1986年年 国际热处理联合会更名为国际热处理与表面工国际热处理联合会更名为国际热处理与表面工程联合会程联合会 1987年年 中国机械工程学会表面工程研究所成立中国机械工程学会表面工程研究所成立 1988年表面工程杂志创刊，后更名为中国表面年表面工程杂志创刊，后更名为中国表面工程工程 2000年年 全国焊接学会原全国焊接学会原“堆焊与热喷涂专业委员会堆焊与热喷涂专业委员会”正式更名为正式更名为“堆焊及表面工程专业委员会堆焊及表面工程专业委员会”。v目前，全世界范围内，表面工程的应用已取得巨大的经目前，全世界范围内，表面工程的应用已取得巨大的

12、经济效益，而且也逐渐发展成为横跨多个学科的边缘性、济效益，而且也逐渐发展成为横跨多个学科的边缘性、综合性、复合型学科综合性、复合型学科Company L表面技术的定义表面技术的定义 Raw materialenergyProductProductSurface EngineeringGood product+Company L1.1.2 表面技术的定义表面技术的定义表面工程学围绕表面工程学围绕腐蚀腐蚀、摩擦与磨损摩擦与磨损和和功能功能特性特性（声，光，磁，电的转换）三大因素（声，光，磁，电的转换）三大因素，成为，成为80年代后期重点发展的关键技术之年代后期重点发展的关键技术之一，形成表面工程学

13、。一，形成表面工程学。定义定义为满足特定的工程需求，使材料表面或为满足特定的工程需求，使材料表面或零部件表面具有特殊的成分，结构和性零部件表面具有特殊的成分，结构和性能能(或功能或功能)的化学，物理方法与工艺。的化学，物理方法与工艺。Company Lv从广义上讲，表面技术是直接与各种表面现象或过程有从广义上讲，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。关的，能为人类造福或被人们利用的技术。v任何表面在通常情况下实际上都是界面。两种不同相之间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的交界，称为界面，在任

14、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。物理或化学现象，总称为表面现象。v固体材料的界面有三种：固体材料的界面有三种：v表面表面 固体材料与气体或液体的分界面。固体材料与气体或液体的分界面。v晶界（或亚晶界）晶界（或亚晶界） 多晶体内部成分、结构相同而取向多晶体内部成分、结构相同而取向不同晶粒（或亚晶）之间的界面。不同晶粒（或亚晶）之间的界面。v相界相界 固体材料中成分、结构不同的两相之间的界面。固体材料中成分、结构不同的两相之间的界面。v表面技术主要包括：表面覆盖（在材料的表面施加各种覆表面技术主要包括：表面覆盖（在材料的表面施加各种覆盖层）、表面改性、表面加工以及表面湿

15、润、表面催化、盖层）、表面改性、表面加工以及表面湿润、表面催化、膜技术等。膜技术等。Company L1.1.3 表面工程学的内涵表面工程学的内涵表面改性技术；表面改性技术；1表面合成材料技术；表面合成材料技术；3表面加工技术；表面加工技术；2u提高耐磨性、耐蚀性、抗高温氧化性能、装提高耐磨性、耐蚀性、抗高温氧化性能、装饰性，或具有特殊功能（如电性能、磁性能和饰性，或具有特殊功能（如电性能、磁性能和光电性能等）光电性能等）u能够在材料表面加工或制作各种功能结构元能够在材料表面加工或制作各种功能结构元器件的有关技术。如光刻技术、离子刻蚀技术器件的有关技术。如光刻技术、离子刻蚀技术等等 表面加工三

16、维合成技术；表面加工三维合成技术；4u即借助各种手段在材料表面合成新材料的技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、术，如纳米粒子制备过程中的表面工程技术、离子注入等离子注入等u快速成型制造快速成型制造上述几个要点的组合或综合；上述几个要点的组合或综合；5Company L内涵扩展内涵扩展表面工程技术所涉及的基材包括几乎所有的工表面工程技术所涉及的基材包括几乎所有的工程材料，如金属、陶瓷、半导体材料、高分子程材料，如金属、陶瓷、半导体材料、高分子材料、混凝土、木材和各类复合材料等，所涉材料、混凝土、木材和各类复合材料等，所涉及的工艺方法数以百计，各具特点。及的工艺方法数以百计，各具特点。经过内涵扩展以后的表面工程技术，由单纯经过内涵扩展以后的表面工程技术，由单纯的表面改性扩展到表面加工和合成新材料等的表面改性扩展到表面加工和合成新材料等领域，涵盖领域，涵盖材料科学、物理、化学、冶金、材料科学、物理、化学、冶金、机械、电子与生物机械、电子与生物等领域，成为新型的、名等领域，成为新型的、名副其实的交叉学科。副其实的交叉学科。Company L1.1.3