材料表面工程课件PPT推荐.pptx

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考试方式：

闭卷统考。

6,材料：

是指经过某种加工，具有一定结构、成分和性能，并可应用于一定用途的物质。

一般把来自采掘工业和农业的劳动对象称为“原料”，把经过工业加工的原料成为“材料”。

哥伦比亚号航天飞机,7,材料是人类生产和生活所必须的物质基础。

8,材料科学是一个跨物理、化学等的学科。

材料科学的核心问题是材料的成分（Composition）、组织结构（Structure）、工艺（ProcessingTechnology）和性能（Property）以及它们之间的关系。

右图为材料科学与工程四要素。

9,第一章绪论,表面工程技术的定义定义：

表面工程是指利用各种表面处理、表面涂层和表面改性技术作用于材料或工件的表面以获得预想的性能。

表面工程包含了从设计、选材、表面处理工艺、表层质量控制与检测、工程应用以及失效分析等，是一个系统工程。

10,表面工程技术的目的,表面工程技术的主要目的：

就是在于通过表面处理使材料表面按人们希望的性能进行改变。

具体说：

表面工程技术是在不改变基体材料的成分、不削弱基体材料的强度的条件下，通过物理手段或化学手段赋予材料表面以特殊的性能，从而满足工程技术上对材料提出的要求的技术。

11,表面工程技术的重要性,1.表面技术可以减缓和消除金属材料和零部件表面的变化和损伤,在自然界和工程实践中，金属机器设备和零部件需要承受各种外界负荷，并产生形式多样、程度不一的表面变化及损伤。

工程材料和零部件的表面往往存在微观缺陷或宏观缺陷。

表面缺陷和损伤处成为降低材料力学性能、耐蚀性能及耐磨性能的发源地。

使用表面技术减缓材料表面变化及损伤，掩盖表面缺陷，可以提高材料及其零部件使用的可靠性，延长服役寿命。

12,2.普通的廉价的材料经过表面技术处理后可以获得具有特殊功能的表面,使用表面技术在普通的廉价的材料表面获得某些稀贵金属（如金、铂、钽等）和战略元素（如镍、钴、铬）具有的特殊功能，从而可以节约这些金属材料。

比如在Cu中加入Cr可以提高铜的耐腐蚀性能。

从Cr-Cu相图可知，用一般的冶金方法不可能产生出Cr浓度高于1%的单相铜合金。

用激光表面合金化工艺可以在Cu表面获得原子浓度为8%、厚约240nm的表面合金层，使耐蚀性大大提高。

表面工程技术的重要性,13,3.表面技术可用于节约能源，降低成本，改善环境,在工件表面制备具有优良性能的涂层，可以达到提高热效率，降低能源消耗的目的。

用先进的表面技术代替污染大的一些技术，可以改善作业环境质量。

零件的磨损、腐蚀和疲劳现象发生在表面，通过表面的修复、强化，而不必整体改变材料，使材料物尽其用，可以显著地节约材料。

表面工程技术可以补救加工超差废品，节约能源和材料,表面工程技术的重要性,14,4.表面技术是再制造工程不可缺少的手段,再制造工程：

对因磨损、腐蚀、疲劳、断裂等原因造成的重要零部件的局部失效部位，采用先进的表面工程技术，优质、高效、低成本、少污染地恢复其尺寸并改善其性能的系统性的技术工作。

再制造工程可以大量地节省因购置新品、库存备件和管理以及停机等所造成的对能源、原材料和经费的浪费，并极大地减少了环境污染及废物的处理。

表面工程技术的重要性,15,5.表面技术在发展新兴技术和学术研究中起着不可忽视的作用,发展新兴技术需要大量具有特殊功能的材料，包括薄膜材料和复合材料，如薄膜光电器件、导电涂层、光电探测器、液晶显示装置、超细粉末、高纯材料、高强高韧性的结构陶瓷等。

在这些方面，现代表面技术可以发挥重大的作用。

表面工程新技术的发展，不仅有重大的经济意义，而且具有重大的学术价值。

表面技术的开发与完善有力地促进了材料科学、冶金学、机械学、机械制造工艺学以及物理学、化学等基础学科的发展。

表面工程技术的重要性,16,改善或赋予表面各种性能表面工程以最经济和最有效的方法改变材料表面及近表面区的形态、化学成分和组织结构，或赋予材料一种全新的表面。

一方面它可有效地改善和提高材料和产品的性能（耐蚀、耐磨、装饰性），确保产品使用的可靠性和安全性，延长使用寿命，节约资源和能源，减少环境污染；

另一方面还可赋予材料和器件特殊的物理和化学性能。

A:

节约材料：

黄金奖杯镀金镀TiN薄膜化学染黄模具：

提高寿命整体合金化表面处理B:

难加工：

纯陶瓷模具极难加工表面涂层C:

性能差：

纯陶瓷模具韧性不足表面涂层D:

耐磨损：

TiN,TiC燃气轮机叶片的高温微粒流磨损E:

耐腐蚀：

NiP世界上钢铁腐蚀报废量惊人F:

耐高温、抗氧化：

Al2O3、（Ti,Al）N，发电机组，600以上每提高10其热效率提高15-20%左右。

G:

太阳能吸热器：

Co-Al2O3，吸收率达95%。

H:

氧传感器：

TiO2、ZrO2，汽车尾气净化与发动机油-气控制。

国外发展趋势：

薄膜化、小型化。

I:

装饰：

TiN系列：

金黄桔红-粉红；

茶色玻璃。

其应用已经深入到我们的日常生活，无处不在。

表面工程技术的作用,17,表面工程技术的分类,一、电化学方法

（一）电镀如镀铜、镀镍等。

（二）氧化如钢铁的发蓝处理。

二、化学方法

（一）化学转化膜处理如金属表面的磷化、钝化、铬盐处理等。

（二）化学镀如化学镀镍、化学镀铜等。

三、热加工方法

（一）热浸镀如热镀锌、热镀铝等。

（二）热喷涂如热喷涂锌、热喷涂涂铝等。

（三）热烫印如热烫印铝箔等。

（四）化学热处理如渗氮、渗碳等。

（五）堆焊如堆焊耐磨合金等。

四、真空法

（一）物理气相沉积（PVD）如蒸发镀、溅射镀、离子镀等。

（二）离子注入如注硼等。

（三）化学气相沉积（CVD）如气相沉积氧化硅、氮化硅等。

五、其它方法主要是机械的、化学的、电化学的、物理的方法。

其中的主要方法是。

（一）涂装

（二）冲击镀（三）激光表面处理（四）超硬膜技术（五）电泳及静电喷涂电泳,18,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。

表面工程技术的分类,19,按工艺特点分,电镀、化学镀、热渗镀、热喷涂、堆焊、化学转化膜、涂装、表面彩色、气相沉积、“三束”改性以及表面热处理、形变强化和衬里等13类,表面工程技术的分类,20,基于技术特点的分类,21,22,金属材料层；

陶瓷材料层；

高分子材料层复合材料层,基于材料的分类,23,表面工程技术发展概况,24,24,“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,表面工程技术源远流长,25,春秋晚期越国青铜兵器（出土于湖北江陵楚墓）长55.7厘米剑锷锋芒犀利锋能割断头发,26,越王勾践,27,28,日本刀的覆土烧刃,世界三大名刃之一,表面工程技术源远流长,29,1.古代的表面处理中国中心之国两千年前，秦兵马俑已应用了渗碳、镀铬技术。

越王勾践，卧薪尝胆。

其剑现仍锋利无比，表面处理？

2.传统与现代固体渗碳气体渗碳可控气氛渗碳真空离子渗碳火焰淬火高频淬火激光淬火电子束淬火3.等离子技术1928年，郎缪尔（Langmirr）发现等离子体1963年，离子镀膜技术得到应用,表面工程技术发展概况,30,表面工程技术发展概况,31,表面工程技术发展概况,32,表面工程技术发展概况,33,1983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”。

表面工程形成一门独立的学科,34,材料表面工程是一门新兴的边缘学科,材料表面工程是一门很新的边缘学科，它不但涉及到诸如表面物理学表面化学金属学陶瓷、高分子学传热学传质学等多个学科的理论，而且其本身也融入了诸多学科的新技术。

35,第三章热喷涂技术,定义：

热喷涂是将喷涂材料加热到熔融或半熔融状态，用高速气流将其雾化、加速，使其高速喷射到工件表面形成具有特殊性能的涂层。

36,热喷涂TiC,37,第一节热喷涂的原理及分类,1.1热喷涂的基本原理一、基本过程加热、加速、熔化（颗粒状）雾化（10-100m），再加速-形成高速粒子流。

熔融与半熔融的高速粒子流撞击到基材，变形、凝固，形成涂层。

38,涂层的形成,39,二、涂层与基体间的结合强度1机械结合：

高速粒子撞击粒子微变形咬合可见，表面粗化有利于结合强度提高。

2金属键结合：

当颗粒与基体表面达到原子间距时，会产生金属键结合。

-理论上的确存在，实际上作用极小3微扩散结合：

高速、高温、熔融或半熔融的粒子撞击到基体表面，在界面上会造成微小的扩散，使结合力增加。

但，此结合力贡献不大，因为基体温度只有200左右。

机械结合-为主金属键结合很小一般而言，热喷涂涂层结合强度较低！

微扩散结合很小只相当于其母体材料的530%。

4冶金结合：

Ni-Al粉，T=660时自反应放热基体表面T形成冶金结合结合力最好。

特指中间过渡层！

总之，热喷涂涂层结合力，但工艺简单。

40,1.2热喷涂涂层的质量及影响因素一、热喷涂涂层常见的缺陷及预防措施涂层剥落原因：

冷却时涂层与基体收缩不一致，涂层中产生拉应力。

结合强度低于涂层拉应力时，剥落。

措施：

工件表面-清洁、粗糙喷涂颗粒速度、T工件预热-涂层应力涂层保护点在工件边缘预置小槽，或堆焊一周。

41,裂纹原因：

同上，涂层中拉应力小于膜基结合强度而又大于涂层的抗拉强度时，涂层开裂。

每次喷涂，薄而均匀（0.15mm）。

太厚，收缩应力涂层T不要太高，否则收缩应力（矛盾！

因T，结合力，涂层易剥落。

）工件预热，缓慢冷却，收缩应力多孔疏松原因：

孔隙率：

2-20%。

-是喷涂难题之一措施：

粉末T，全熔最好但应力又垂直喷射事实上不可能,42,二、影响热喷涂涂层质量的主要因素喷涂工艺的影响工艺方法：

粉体在加热介质中的运行时间t-t，T粉体在加速介质中的运行时间t-t，v、都取决于工件与喷嘴间的距离s，总而言之，喷涂工艺问题就是T、v问题,43,2.喷涂材料的影响材料成分-决定材料的热扩散系数DrDmax=3.65（Drt）1/2其中Dmax为粉末在喷涂过程中能达到距表面90%深度处于熔融状态（半熔融）时的最大直径；

t为加热时间显然，若粉末直径相同时，Dmax越大，粉末熔融程度越高。

几种典型材料的Dr及Dmax显然，TaC最易喷涂-实际上仍是Dr所决定材料的粒径：

D-