表格模板-第一章金属表面处理技术 精品.ppt

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1、1材料表面工程技术材料表面工程技术材料科学与工程学院材料科学与工程学院2总学时总学时: 36 h , 其中其中 课堂教学课堂教学: 24 h，报告：，报告：12 h1. 概述、绪论概述、绪论2. 表面、表面状态和表面特性表面、表面状态和表面特性3.表面清洗和预处理表面清洗和预处理 4.表面工程技术表面工程技术 热喷涂热喷涂堆焊堆焊电镀、化学镀电镀、化学镀高能束表面改性高能束表面改性转化膜转化膜前前 言言前前 言言3 总成绩总成绩 = 平时成绩（平时成绩（30%）+ 专题综述（专题综述（20%）+ 笔试（笔试（50%） 平时成绩平时成绩 =课堂（课堂（15%）+ 作业作业 (15%) 出勤出勤:

2、 每迟到一次或早退一次扣每迟到一次或早退一次扣 2 分分 每旷课一次扣每旷课一次扣 3 分，分，超过超过 3 次不能参加考试次不能参加考试 作业作业: 每人翻译一篇表面工程的英文专业论文每人翻译一篇表面工程的英文专业论文(自选，自选，2000年年以后以后) (至少要包括题目、摘要、简介、结论几部分至少要包括题目、摘要、简介、结论几部分) 专题综述：每人自选一题，独立写出专题综述，上台进行专题综述：每人自选一题，独立写出专题综述，上台进行10分钟分钟ppt演讲，同时回答老师同学的问题演讲，同时回答老师同学的问题(限两个限两个)。 课程基本要求课程基本要求4 1. Prepare a Report

3、 reviewing one of the hot topics relevant to surface engineering 2. Make an Oral Presentation in 10 minutes1. 结晶器表面防护材料及相关技术结晶器表面防护材料及相关技术 （casting mold, electroplate coating）2. 表面工程技术在汽车行业的应用表面工程技术在汽车行业的应用 (Suspension Plasma Spraying)3. 微弧氧化技术及其在有色金属上的应用微弧氧化技术及其在有色金属上的应用 (Micro arc anodizing )4. 堆焊

4、和复合制造在冶金业的发展与应用堆焊和复合制造在冶金业的发展与应用 (hard facing, overlaying)5. 激光熔覆（堆焊）技术及激光快速成型技术激光熔覆（堆焊）技术及激光快速成型技术 (laser cladding)6. 锅炉水冷壁耐高温腐蚀磨损涂层的现状及发展锅炉水冷壁耐高温腐蚀磨损涂层的现状及发展 (boiler, wall, protection) 7. 自洁净涂层及其制备技术自洁净涂层及其制备技术 (self cleaning coating)8. 运动装备中的表面工程技术（运动装备中的表面工程技术（sports equipment, surface treatment

5、)9. 非晶、纳米晶涂层的制备技术及其应用非晶、纳米晶涂层的制备技术及其应用 （amorphous, nano-crystalline, coating）10. 其它（题目可自拟，但需老师确认）其它（题目可自拟，但需老师确认）关于专题综述关于专题综述5一些有用的资源一些有用的资源6主要参考书主要参考书nInternetn金属表面工程学金属表面工程学. 刘江南，兵器工业出版社刘江南，兵器工业出版社n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n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n表面工程表面工程. 徐滨士，刘世参，机械工业

6、出版社徐滨士，刘世参，机械工业出版社nSurface Engineering. ASM Handbook, Vol. 5, 1994.n金属表面处理技术的含义和意义金属表面处理技术的含义和意义n金属表面处理技术的分类金属表面处理技术的分类n金属表面处理技术的产生和发展金属表面处理技术的产生和发展n金属表面处理技术的应用金属表面处理技术的应用第一章第一章 金属表面处理技术概述金属表面处理技术概述1.1金属表面处理技术的含义和意义金属表面处理技术的含义和意义n金属表面处理技术金属表面处理技术是指通过一些物理、化学、机械是指通过一些物理、化学、机械或复合方法使金属表面具有与基体不同的组织结构、或复合

7、方法使金属表面具有与基体不同的组织结构、化学成分和物理状态，从而使经过处理后的表面具化学成分和物理状态，从而使经过处理后的表面具有与基体不同的性能。有与基体不同的性能。n经过表面处理后的金属材料，其基体的化学成分和经过表面处理后的金属材料，其基体的化学成分和力学性能并未发生变化力学性能并未发生变化(或未发生大的变化或未发生大的变化)，但其，但其表面却拥有了一些特殊性能，如高的耐磨性、耐蚀表面却拥有了一些特殊性能，如高的耐磨性、耐蚀性、耐热性、导电性、电磁特性、光学性能等。性、耐热性、导电性、电磁特性、光学性能等。 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。为什么

8、研究金属表面处理技术？为什么研究金属表面处理技术？n所有的金属材料都不可避免与环境相接触所有的金属材料都不可避免与环境相接触,而与而与环境真正接触的是金属的表面，如各种机械零环境真正接触的是金属的表面，如各种机械零件和工程构件。件和工程构件。n金属表面发生破坏或失效，进而引起整个设备金属表面发生破坏或失效，进而引起整个设备或零（构）件的破坏或失效。或零（构）件的破坏或失效。n发展金属表面防护和强化技术，是各国普遍关发展金属表面防护和强化技术，是各国普遍关心的重大课题。心的重大课题。 问题的提出问题的提出n零件在服役过程中，失效的主要形式为：零件在服役过程中，失效的主要形式为： 腐蚀腐蚀 (Co

9、rrosion)、磨损、磨损 (Wear)、 疲劳疲劳(Fatigue)、 断裂断裂 (Fracture)n随着现代工业的迅猛发展，对机械工业产品提随着现代工业的迅猛发展，对机械工业产品提出了更高的要求，要求产品能在高参数出了更高的要求，要求产品能在高参数( (如高温、如高温、高压、高速高压、高速) )和恶劣工况条件下长期稳定运转或和恶劣工况条件下长期稳定运转或服役，这就必然对材料表面的耐磨、耐蚀等性服役，这就必然对材料表面的耐磨、耐蚀等性能以及表面装饰提出了更高的要求，使其成为能以及表面装饰提出了更高的要求，使其成为防止产品失效的第一道防线。防止产品失效的第一道防线。n火箭发动机的尾喷管内壁

10、和燃烧火箭发动机的尾喷管内壁和燃烧室需承受室需承受20003300温度和温度和巨大的热焰流冲击。巨大的热焰流冲击。n飞船或者洲际导弹的头部锥体和飞船或者洲际导弹的头部锥体和翼前沿：由于具有几十倍的音速，翼前沿：由于具有几十倍的音速，并与大气层摩擦，即所谓气动加并与大气层摩擦，即所谓气动加热，其温度高达热，其温度高达40005000。n长江三峡工程中挖泥船的发动机长江三峡工程中挖泥船的发动机曲轴损坏，当时如从日本购买新曲轴损坏，当时如从日本购买新轴，加上运费和进口关税等需人轴，加上运费和进口关税等需人民币民币120万元，从订购到交货需万元，从订购到交货需三个月以上，停产损失更大？三个月以上，停产

11、损失更大？n19世纪工业革命以来，为了适应高强度、高硬世纪工业革命以来，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，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。但这些合金材料往往价格昂贵。n在许多情况下也很难找到一种能够同时满足整在许多情况下也很难找到一种能够同时满足整体和表面要求的材料。体和表面要求的材料。n试图采用各种表面技术对普通金属表面进行处试图采用各种表面技术对普通金属表面进行处理，以改变其表面性能，使其适应复杂的工作理，以改变其表面性能，使其适应复杂的工作环境。环

12、境。措措 施施n表面处理技术则可以用极少量的材料就起到大表面处理技术则可以用极少量的材料就起到大量、昂贵的整体材料难以起到的作用，在不增量、昂贵的整体材料难以起到的作用，在不增加或不增加太多成本的情况下使产品表面受到加或不增加太多成本的情况下使产品表面受到保护和强化，从而提高产品的使用寿命和可靠保护和强化，从而提高产品的使用寿命和可靠性，改善机械设备的性能、质量、增强产品的性，改善机械设备的性能、质量、增强产品的竞争能力。竞争能力。 n研究和发展金属材料的表面处理技术，对于推研究和发展金属材料的表面处理技术，对于推动高新技术的发展、对于节约材料、节约能源动高新技术的发展、对于节约材料、节约能源

13、等都具有重要意义。而表面处理技术也在这种等都具有重要意义。而表面处理技术也在这种需求的推动下获得了飞速的发展和提高。需求的推动下获得了飞速的发展和提高。意意 义义n通过表面处理大幅度提高产品质量。通过表面处理大幅度提高产品质量。n节约贵重材料。节约贵重材料。n实现材料表面复合化，解决单一材料无法解决的问实现材料表面复合化，解决单一材料无法解决的问题。题。n修复整体优势，良好的节能、节材效果。修复整体优势，良好的节能、节材效果。16表面工程技术有着广泛的涵义，综合来看，大致上可表面工程技术有着广泛的涵义，综合来看，大致上可分为以下几个部分：分为以下几个部分：n表面工程技术的表面工程技术的 基础基

14、础 和和 应用应用 理论理论n表面处理技术，主要包括表面处理技术，主要包括 表面涂层制备表面涂层制备 技术、技术、表面表面改性技术改性技术和和表面复合表面复合技术三部分技术三部分 n表面表面 分析分析 和和 测试测试 技术技术 n表面工程技术表面工程技术设计设计 1.2 金属表面处理技术的分类金属表面处理技术的分类n表面涂层技术：通过表面涂层技术在基体表面表面涂层技术：通过表面涂层技术在基体表面制备各种镀、涂覆层，包括电镀、化学镀、制备各种镀、涂覆层，包括电镀、化学镀、（电）化学转化膜技术、气相沉积技术、堆焊、（电）化学转化膜技术、气相沉积技术、堆焊、热喷涂等；热喷涂等；n表面改性技术：用机械

15、、物理、化学等方法，表面改性技术：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。如表面淬火、观结构、缺陷状态或应力状态。如表面淬火、化学热处理、喷丸、高能束表面改性等。化学热处理、喷丸、高能束表面改性等。n表面改性技术和表面涂层技术的最大区别是，表面改性技术和表面涂层技术的最大区别是，其所形成的表面在材料和组织上均与基体有一其所形成的表面在材料和组织上均与基体有一定的联系，而不像表面涂层技术那样，涂层的定的联系，而不像表面涂层技术那样，涂层的材料和组织与基体是完全不同的。材料和组织与基体是完全不同的。表面处

16、理技术表面处理技术表面表面组织组织 转化转化激光表面淬火激光表面淬火感应感应加热淬火加热淬火表面喷丸表面喷丸/滚压滚压不改变表不改变表面面 化学成化学成分分气气相沉积相沉积化学沉积化学沉积(如电镀如电镀)化学化学转化膜转化膜(如磷化如磷化)涂装技术涂装技术 (涂漆等涂漆等)热喷涂和喷焊热喷涂和喷焊表面表面涂镀涂镀热热扩渗扩渗:渗碳渗碳/氮化等氮化等激光表面合金化激光表面合金化离子注入离子注入单晶硅中单晶硅中掺杂掺杂硼硼/磷等磷等表面表面合金合金化化基材不参基材不参与或很少与或很少参与涂层参与涂层的反应的反应表面处理技术表面处理技术形成成分不同于形成成分不同于基材和添加材料基材和添加材料的表面合金化层的表面合金化层按照作用原理，表面技术可以分为以下四种基本类型按照作用原理，表面技术可以分为以下四种基本类型（Matton分类法）分类法）n原子沉积：原子沉积：沉积物以原子、离子、分子和粒子集团沉积物以原子、离子、分子和粒子集团等原子尺度的粒子形态在材料表面上形成覆盖层，等原子尺度的粒子形态在材料表面上形成覆盖层，如电镀、化学镀、物理气相沉积、化学气相沉积等。如电镀、化学镀、物理气相沉积、化学