现代表面工程学概述全文案例分析电子版

昆明理工大学冶金与能源工程学院FacultyofMetallurgicalandEnergyEngineering,KMUSTSurfaceEngineering表面工程黄惠副教授[e-mail]landEnergyEngineering,KMUST总学时:32,其中前言章节内容学时1绪论22表面工程基础理论43电镀技术84化学镀技术45化学转化膜技术46银产品表面处理技术47金属表面改性技术48增值冶金技术2FacultyofMetallurgicalandEnergyEngineering,KMUST总成绩=平时成绩（40%）+专题综述（10%）+笔试（50%）平时成绩=课堂（20%）+出勤(20%)出勤:每迟到一次或早退一次扣2分每旷课一次扣3分，超过3次不能参加考试专题综述：每人自选一题，独立写出专题综述。自愿报名上台进行10分钟ppt演讲,同时回答老师同学的问题(限两个),演讲和回答的好的加分,不演讲不扣分.课程基本要求前言FacultyofMetallurgicalandEnergyEngineering,KMUST教材及参考资料首选教材：表面工程新技术,徐滨士，刘世参，北京：国防工业出版社二选教材：表面科学与技术，姚寿山，李戈扬，胡文斌主编机械工业出版社表面工程学曾晓雁，吴懿平主编机械工业出版社现代表面技术，机械工业出版社，钱苗根等编著参考书目：金属材料表面新技术，赵文珍，西安交通大学出版社，1992面向二十一世纪的表面工程，徐滨士，北京：机械工业出版社，1997表面工程手册，李国英主编，北京：机械工业出版社，1998表面涂层技术，陈学定，韩文政，北京：机械工业出版社，1994FacultyofMetallurgicalandEnergyEngineering,KMUST一些有用的资源FacultyofMetallurgicalandEnergyEngineering,KMUST“SurfaceEngineeringistreatmentofthesurfaceandnear-surfaceregionsofamaterialtoallowthesurfacetoperformfunctionsthataredistinctfromthosefunctionsdemandedfromthebulkofthematerial”-----fromASMMetalHandbook“Solidsarecomposedofabulkmaterialcoveredbyasurface.ThesurfacewhichboundsthebulkmaterialiscalledtheSurfacephase.SurfaceengineeringinvolvesalteringthepropertiesoftheSurfacePhaseinordertoreducethedegradationovertime.”-----fromWikipedia“材料表面工程是材料表面处理技术的总称”-----------赵文轸第一章表面工程（SurfaceEngineering）FacultyofMetallurgicalandEnergyEngineering,KMUST表面工程技术源远流长7“承旋”，酒器，东汉建武年间，现藏于北京故宫博物院兽形盒砚，东汉制，出土于1980年陕西临潼姜寨新石器时代墓葬品，由石砚、盒身、盒盖三部分组成中国古代的鎏金工艺FacultyofMetallurgicalandEnergyEngineering,KMUST表面工程形成一门独立的学科是近20来年的事：1983年表面工程的概念被首次提出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1987年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《中国表面工程》2000年全国焊接学会原“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”。目前，全世界范围内，表面工程的应用已取得巨大的经济效益，而且也逐渐发展成为横跨多个学科的边缘性、综合性、复合型学科第一章表面工程FacultyofMetallurgicalandEnergyEngineering,KMUST薄膜技术其它涂、镀层技术表面改性技术表面工程表面工程的简单分类FacultyofMetallurgicalandEnergyEngineering,KMUST第一节：表面工程学的定义与内涵1.1、表面工程技术发展概况磨损、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。数据磨损美国：美国国家材料政策委员会向美国国会提出的一份报告：摩擦磨损引起的损失1000亿美元/年；德国：1983年，前联邦德国调查，摩擦磨损损失287亿马克；英国：摩擦磨损损失51500英镑/年；FacultyofMetallurgicalandEnergyEngineering,KMUST腐蚀美国：国家标准局1978年调查：1975年腐蚀损失达820亿美元，占国民生产总值的4.9%；1995年腐蚀损失达3000亿美元；中国：1983年调查：腐蚀损失400亿元/年腐蚀和磨损均是发生于机件表面的材料流失过程，其他形式的失效过程有许多也是从表面开始延缓和控制表面破坏的方法促进了表面工程学的发展与形成FacultyofMetallurgicalandEnergyEngineering,KMUST1.2、表面工程学的定义表面工程学围绕腐蚀、摩擦与磨损和功能特性（声，光，磁，电的转换）三大因素，成为80年代后期重点发展的关键技术之一，形成表面工程学。定义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，结构和性能(或功能)的化学，物理方法与工艺。何谓表面工程材料的性能与表面结构性材料：要求以力学性能为主，其它性能为辅，主要用于承载结构。功能性材料：要求以特殊性能为主，力学性能为辅，主要用于制造功能性零件。表面工程概念是指表面预处理后，通过表面涂覆，表面改性或多种表面工程技术复合处理，改变固体金属表面或非金属表面的形态、化学成分、组织结构和应力状态，以获得所需表面性能的系统工程。FacultyofMetallurgicalandEnergyEngineering,KMUSTFacultyofMetallurgicalandEnergyEngineering,KMUST1.3、表面工程学的内涵表面改性技术：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、磁性能和光电性能等）1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、离子注入等3表面加工技术：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、离子刻蚀技术等2表面加工三维合成技术：快速成型制造4上述几种的组合或综合；5FacultyofMetallurgicalandEnergyEngineering,KMUST内涵扩展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。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领域，涵盖材料科学、物理、化学、冶金、机械、电子与生物等领域，成为新型的、名副其实的交叉学科。FacultyofMetallurgicalandEnergyEngineering,KMUST3）兼有装饰和防护功能；4）化学气相沉积，物理气相沉积，掩模，光刻等表面薄膜沉积技术和表面细微加工是制造大规模集成电路的基础；5）生成型制造法是以表面加工为基础；1）作用于表面，对基材组织与性能影响不大；2）采用表面技术替代整体合金化；第二节表面工程的特点与意义6）可以在表面制备整体合金化难以做到的特殊性能合金。FacultyofMetallurgicalandEnergyEngineering,KMUST第三节表面工程技术的分类按学科特点：1）表面合金化技术利用外来元素与基材元素相混合，形成成分不同于基材和添加材料的表面新材料。喷焊、堆焊、离子注入、激光熔覆、热渗镀。2）表面覆盖和覆膜技术3）表面组织转化不改变基材的成分，利用外加涂层或镀层的性能使基材表面性能优化。热喷镀、电镀、化学转化处理、化学镀、气相沉积、涂装、金属染色。不改变材料的表面成分，只是通过改变其组织结构特性或应力状况来改变材料的性能。激光表面淬火、电子束热处理、喷丸、滚压。FacultyofMetallurgicalandEnergyEngineering,KMUSTFacultyofMetallurgicalandEnergyEngineering,KMUST3）1985年第一届表面工程国际会议；4）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。1）1983年英国伯明翰大学沃福森表面工程研究所的建立；2）1985年英国的SurfaceEngineering国际刊物的出版；第四节表面工程的发展历程国际FacultyofMetallurgicalandEnergyEngineering,KMUST3）1988.12《表面工程》杂志发行4）1993年成立了中国机械工程学会表面工程分会；5）2000.7中国焊接学会堆焊专业委员会更名为中国焊接学会堆焊与表面工程专业委员会1）1987.12中国机械工程学会表面工程研究所成立2）1988.11首届表面工程学术研讨会第四节表面工程的发展历程中国目前国内从事表面工程研究的单位清华大学北京科技大学解放军装甲兵工程学院北京航空航天大学天津大学哈尔滨工业大学武汉大学昆明理工大学上海交通大学复旦大学厦门大学武汉材料保护研究所广州二轻研究所等。昆明理工大学于90年代初也开展了表面工程技术的研究，尤其在复合电沉积和化学沉积方面在国内外具有一定的知名度，发表相关学术论文150多篇，于2003年获全国优秀博士学位论文奖。FacultyofMetallurgicalandEnergyEngineering,KMUST表面工程的学科体系FacultyofMetallurgicalandEnergyEngineering,KMUST表面层材料的选择表面层成分、组织结构与性能的确定工艺参数的确定使用寿命的估算表面工程技术有关知识与数据各种表面工程技术的原理与工艺各种表面工程技术的优缺点与适用性各种表面材料的物理化学性能各种表面工程技术对基体表面的要求表面层的检测方法失效分析有关知识与数据失效分析方法磨损失效分析腐蚀失效分析断裂失效分析失效机理与影响因素材料的磨损腐蚀与断裂机理表面工程的技术设计表面工程技术的选择表面工程的设计技术体系FacultyofMetallurgicalandEnergyEngineering,KMUST（1）表面层材料设计(耐蚀、耐磨、减摩、防滑、减振、耐高温材料等)（2）表面层结构设计(膜层总厚度、层数、每层的材料和厚度、各层的匹配等)（3）表面层工艺设计(形成膜层的工艺方法、工艺参数、工艺规程等)（4）工装设计(辅具、夹具、量具、控制台、工程车等)（5）技术经济分析(自然寿命、技术寿命、经济寿命、费效比等)表面工程的设计技术体系FacultyofMetallurgicalandEnergyEngineering,KMUST3）复合表面技术4）完善表面工程技术标准体系5）表面涂层材料研究1）基础理论研究：表面与界面，结构与性能，分析与表征包括测试技术2）关键技术研究和重大工程的应用表面工程的研究方向6）设备研发7）社会化的应用推广FacultyofMetallurgicalandEnergyEngineering,KMUST第五节表面工程技术的分类5.1.电镀、化学镀及化学转化膜、表面着色技术5.2.表面扩散渗入处理技术5.3.热喷涂表面覆盖新技术5