表面工程学教学大纲.docx

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表面工程学教学大纲

《表面工程学》课程教学大纲

课程代码：

050241025

课程英文名称：

Surfaceengineering

课程总学时：

40讲课：

40实验：

0上机：

0

适用专业：

金属材料工程

大纲编写（修订）时间：

2017.11

一、大纲使用说明

（一）课程的地位及教学目标

1．课程地位：

表面工程学是必修、专业学位课。

2．教学目标：

通过本课程的学习使学生了解现代表面技术基本知识。

掌握有关材料表面的基本概念和某些重要理论，对现代表面技术的形成、分类、涵义和内容有一定深度的了解。

通过一些典型的表面技术来掌握其主要设备、技术路线、工艺实施、分析检验和具体应用等，从而使学生对现代表面技术的形成、现状和发展有基本的了解。

积极培养学生理论联系实际以及开拓创新的能力，为学习其它有关专业课程和将来从事生产技术工作奠定必要的理论基础。

（二）知识、能力及技能方面的基本要求

1.知识方面的基本要求：

掌握表面工程学的定义和内涵、表面工程技术的特点与意义、表面工程技术的分类。

掌握典型固体表面与界面；掌握金属腐蚀原理和防护技术，材料磨损原理及其耐磨性。

掌握表面工程技术的预处理工艺。

掌握表面淬火技术的原理与特点；掌握感应加热淬火技术、火焰加热表面淬火技术、激光淬火、电阻加热表面淬火技术、表面形变强化技术的原理。

掌握热扩渗技术的基本原理；掌握热扩渗工艺的分类、等离子体热扩渗。

掌握电镀、化学镀的基本原理与工艺；掌握常用单金属电镀、合金电镀、复合镀技术。

掌握磷化、铬酸盐钝化膜；掌握转化膜的基本特性及用途、化学氧化、草酸盐钝化、电化学氧化、着色技术。

掌握涂料的基本组成及其作用、涂料成膜机理、涂装材料；掌握涂装工艺。

掌握物理气相沉积方法中蒸发镀、溅射镀和离子镀的原理及特点；掌握各类化学气相沉积方法的原理及特点，分子束外延制膜方法。

了解常用工业激光器及激光加工系统，掌握激光表面改性技术；掌握离子束表面改性技术、电子束表面改性技术的特点及应用。

掌握常用微细加工技术、纳米工艺、生物芯片技术。

了解溶胶一凝胶工艺、搪瓷涂覆技术、粘涂技术。

2.能力方面的基本要求

初步掌握各种表面工程技术的基本特点，能够根据工程需要，快速、有效、经济地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最佳工艺来解决工程问题，并具有研究与开发表面工程新技术的能力。

3.技能方面的基本要求

了解各种设备的结构和原理，初步掌握各种设备的操作规程。

（三）实施说明

根据素质教育的要求，在大纲实施中除了教授学生掌握书本理论知识外，还要注意教授学生学会分析、解决问题的方法。

处理好重点与难点，将各种生产中的实际应用纳入教学过程，使学生能够利用所学知识解决实际问题。

在教学方法上，要注意现代教学手段与理念的应用，教与学的互动，做到讲授、讨论有机结合。

通过实例和作业，重点巩固学生运用知识的能力，通过以讲授教材为主，辅之实验、作业、讨论、答疑来达到教学大纲要求。

（四）对先修课的要求

学习本课程前学生应先修完《物理化学》、《材料科学基础》、《材料性能学》、《热处理原理与工艺》等课程，可为后续实践环节以及毕业设计等提供理论指导。

（五）对习题课、实践环节的要求

适量、适当的习题可以检验学生对所学内容的掌握程度，使授课教师及时了解教学效果，对教师组织下一步的教学工作，改进教学方法具有直接帮助作用。

同时，还可督促学生熟悉掌握所学内容。

（六）课程考核方式

1.考核方式：

考试

2.考核目标：

培养学生理论联系实际以及开拓创新的能力，为学习其它有关专业课程和将来从事生产技术工作奠定必要的理论基础。

3.成绩构成：

本课程的总成绩主要由两部分组成：

平时成绩（包括作业情况、出勤情况等）占20%，期末考试成绩占80%。

平时成绩由任课教师视具体情况按百分制给出，期末考试成绩按百分制给出，总成绩按百分制给出。

（七）主要参考数目：

《表面工程学》曾晓雁编，机械工业出版社，出版日期2017.06

二、中文摘要：

表面工程学包括表面工程技术的物理、化学基础、表面预处理工艺、表面淬火和表面形变强化技术、热扩渗、热喷涂、喷焊与堆焊技术、电镀和化学镀、转化膜与着色技术、 涂装技术、气相沉积技术、高能束表面改性技术、表面微细加工技求等基本知识。

使学生初步掌握各种表面工程技术的基本特点，能够根据工程需要，快速、有效、经济地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最佳工艺来解决工程问题，并具有研究与开发表面工程新技术的能力。

三、课程学时总体分配表

序号

教学内容

学时

讲课

实验

上机

1

绪论

2

2

1.1

表面工程学的定义和内涵

2

1.2

表面工程技术的特点与意义

1.3

表面工程技术的分类

2

表面工程技术的物理、化学基础

5

5

2.1

典型固体表面与界面

2

2.2

材料磨损原理及其耐磨性

2

2.3

金属腐蚀原理和防护技术

1

3

表面工程技术的预处理工艺与作业环境

2

2

3.1

表面预处理工艺

2

3.2

表面工程技术的作业环境

4

表面淬火和表面形变强化技术

4

4

4.1

表面淬火技术的原理与特点

1

4.2

感应加热淬火技术

1

4.3

火焰加热表面淬火技术

1

4.4

激光淬火

4.5

电阻加热表面淬火技术

1

4.6

表面形变强化技术的原理

5

热扩渗

2

2

5.1

热扩渗技术的基本原理

1

5.2

热扩渗工艺的分类

5.3

等离子体热扩渗

1

6

热喷涂、喷焊与堆焊技术

3

3

6.1

热喷涂的原理、分类和特点

1

6.2

热喷焊工艺与特点

1

6.3

堆焊工艺及特点

1

7

电镀和化学镀

4

4

7.1

电镀的基本原理与工艺

1

7.2

单金属电镀、合金电镀

1

7.3

化学镀的基本原理与工艺

1

7.4

复合镀技术

1

8

转化膜与着色技术

4

4

8.1

转化膜的基本特性及用途

1

8.2

磷化、铬酸盐钝化膜

8.3

着色技术

1

8.4

化学氧化、草酸盐钝化、电化学氧化

2

9

涂装技术

2

2

9.1

涂料的基本组成及其作用

1

9.2

涂料成膜机理

9.3

涂装材料

1

9.4

涂装工艺与设备

10

气相沉积技术

5

5

10.1

物理气相沉积

3

10.2

化学气相沉积

1

10.3

分子束外延制膜方法

1

11

高能束表面改性技术

4

4

11.1

常用工业激光器及激光加工系统

2

11.2

激光表面改性技术

11.3

离子束表面改性技术

2

11.4

 电子束表面改性技术的特点及应用

12

表面微细加工技求

2

2

12.1

常用微细加工技术

2

12.2

纳米工艺

12.3

生物芯片技术

13

其它表面工程技术

1

1

13.1

溶胶一凝胶工艺

1

13.2

搪瓷涂覆技术

13.3

粘涂技术

合计

40

40

四、教学内容及基本要求

第1部分绪论

总学时（单位：

学时）:

2讲课:

2实验:

0上机:

0

第1部分绪论

具体内容：

  1）掌握表面工程学的定义和内涵

  2）掌握表面工程技术的特点与意义

3）掌握表面工程技术的分类

重点：

表面工程学的内涵和特点

难点：

表面工程学的内涵

习题：

表面工程学这门课对本专业的意义；如何学好这门课程；表面工程技术的特点与意义

第2部分表面工程技术的物理、化学基础

总学时（单位：

学时）:

5讲课:

5实验:

0上机:

0

第2.1部分典型固体表面与界面（讲课2学时）

具体内容：

1）掌握理想表面

2）掌握洁净表面和清洁表面

3）掌握机械加工过的表面

4）掌握一般表面

5）掌握固相晶粒尺寸和微观结构差异形成的界面

6）掌握固相组织或晶体结构差异形成的界面

7）掌握固相宏观成分差异形成的界面

重点：

典型固体界面；固相宏观成分差异形成的界面

难点：

固相宏观成分差异形成的界面

习题：

机械加工过表面的特点；洁净表面和清洁表面的主要区别；如何获得洁净表面

第2.2部分材料磨损原理及其耐磨性（讲课2学时）

具体内容：

1）掌握固体材料的摩擦与磨损

2）掌握粘着磨损、润滑和固体润滑

3）掌握磨粒磨损

4）掌握其它磨损方式

重点：

材料的摩擦原理；材料的磨损原理

难点：

材料的摩擦磨损与固体润滑

习题：

磨损学的三定律；磨粒磨损过程的影响因素；磨粒磨损过程中的去除机理；粘着磨损机理

第2.3部分金属腐蚀原理和防护技术（讲课1学时）

具体内容：

1）掌握金属腐蚀原理

2）掌握金属表面的极化、钝化和活化

3）掌握腐蚀的主要形式

4）掌握腐蚀的控制和防护方法

重点：

金属材料的腐蚀原理及防护方法

难点：

  金属材料的腐蚀原理及防护方法

习题：

腐蚀原电池和腐蚀微电池的联系和区别；金属表面钝化的特点；金属腐蚀的主要方式

    典型固体界面、磨损和腐蚀方面的论述题

第3部分表面工程技术的预处理工艺与作业环境

总学时（单位：

学时）:

2讲课:

2实验:

0上机:

0

第3部分表面预处理工艺和表面工程技术的作业环境

具体内容:

1）掌握表面预处理工艺

2）掌握表面工程技术的作业环境

重点：

表面预处理工艺；表面工程技术的作业环境

难点：

  表面预处理工艺

习题：

  表面预处理工艺论述题；机械性清理和脱脂的优缺点

第4部分表面淬火和表面形变强化技术

总学时（单位：

学时）:

4讲课:

4实验:

0上机:

0

第4.1表面淬火技术的原理与特点和感应加热淬火技术（讲课2学时）

具体内容:

1）掌握表面淬火技术的原理与特点

2）掌握表面淬火技术与普通淬火技术的联系与区别

3）掌握表面淬火层的组织和性能

4）掌握感应加热淬火技术的基本原理

5）掌握感应加热淬火技术的工艺流程

6）掌握感应加热淬火技术的优缺点

重点：

表面淬火技术的原理与特点；表面淬火技术与普通淬火技术联系与区别；感应加热淬火技术

难点：

表面淬火技术的原理与特点；表面淬火技术与普通淬火技术的联系与区别

习题：

表面淬火技术与普通淬火技术的联系与区别；表面工程技术应满足怎样的作业环境；表面淬火技术的原理

第4.2部分：

其它表面淬火技术（讲课2学时）

具体内容：

1）掌握火焰加热表面淬火技术

2）掌握激光淬火

3）掌握电阻加热表面淬火技术

4）掌握表面形变强化技术的原理

重点：

火焰加热表面淬火技术；表面形变强化技术的原理

难点：

表面形变强化技术的原理

习题：

  几种典型表面淬火工艺特点的比较

第5部分热扩渗

总学时（单位：

学时）:

2讲课:

2实验:

0上机:

0

第5部分热扩渗

具体内容：

1）热扩渗技术的基本原理

2）热扩渗工艺的分类

3）等离子体热扩渗

重点：

热扩渗技术的基本原理；等离子体热扩渗

难点：

热扩渗技术的基本原理；等离子体热扩渗

习题：

 几种热扩渗工艺特点的比较；热扩渗层形成的基本条件；热扩渗层形成的基本条件

第6部分热喷涂、喷焊与堆焊技术

总学时（单位：

学时）:

3讲课:

3实验:

0上机:

0

第6.1部分热喷涂、喷焊（讲课2学时）

具体内容:

1）掌握热喷涂的原理和特点

2）掌握热喷涂涂层形成过程及结构

3）掌握热喷涂涂层的应力及结合强度

4）掌握热喷涂的分类

5）掌握喷焊工艺的原理和特点

重点：

热喷涂的原理、分类和特点；热喷焊工艺与特点

难点：

热喷涂的原理、分类和特点；热喷焊工艺与特点

习题：

热喷涂涂层形成过程及结构；热喷涂涂层的应力及结合强度；喷焊工艺的原理和特点

第6.2部分堆焊工艺及特点（讲课1学时）  

  具体内容：

1）掌握堆焊技术的原理

2）掌握堆焊技术的工艺方法

3）掌握常用的堆焊材料 

重点：

  堆焊工艺及特点

难点：

  堆焊工艺及特点

习题：

堆焊技术的工艺方法

第7部分电镀和化学镀

总学时（单位：

学时）:

4讲课:

4实验:

0上机:

0

第7.1部分电镀的基本原理与工艺和单金属电镀、合金电镀（讲课2学时）

具体内容:

1）掌握电镀的基本原理

2）掌握电镀的基本工艺

3）掌握单金属电镀

4）掌握合金电镀

重点：

电镀的基本原理与工艺

难点：

电镀的基本原理与工艺

习题：

电镀溶液的基本组成；电镀的实施方法

第7.2部分化学镀的基本原理与工艺和复合镀技术（讲课2学时）

具体内容：

1）掌握化学镀的基本原理和特点

2）掌握化学镀镍、铜和银

3）掌握复合镀技术的基本原理

4）掌握复合镀层的种类及应用

重点：

化学镀的基本原理与工艺；复合镀技术

难点：

 化学镀的基本原理与工艺

习题：

化学镀的基本原理和特点；复合镀技术的基本原理

第8部分转化膜与着色技术

总学时（单位：

学时）:

4讲课:

4实验:

0上机:

0

第8.1部分转化膜和着色技术（讲课2学时）

具体内容:

1）掌握转化膜的基本特性及用途

  2）掌握磷化、铬酸盐钝化膜  

3）掌握着色技术

重点：

转化膜特性和用途；自然显色法

难点：

转化膜特性和用途；自然显色法

习题：

吸附着色和电解着色的联系和区别；转化膜技术的性质和用途

第8.2部分化学氧化、草酸盐钝化、电化学氧化（讲课2学时）

具体内容：

1）掌握化学氧化

2）掌握草酸盐钝化

3）掌握电化学氧化

重点：

草酸盐钝化；电化学氧化

难点：

草酸盐钝化；电化学氧化

习题：

草酸盐钝化的原理；电化学氧化原理

第9部分涂装技术

总学时（单位：

学时）:

2讲课:

2实验:

0上机:

0

第9部分涂装技术（讲课2学时）

具体内容:

1）掌握涂料的基本组成及其作用

2）掌握涂料成膜机理

3）掌握涂装材料

4）掌握涂装工艺与设备

重点：

  涂料成膜机理

难点：

涂料成膜机理

习题：

涂料成膜机理及涂装材料的习题

第10部分气相沉积技术

总学时（单位：

学时）:

5讲课:

5实验:

0上机:

0

第10.1部分物理气相沉积（讲课3学时）

具体内容:

1）掌握真空蒸发镀

2）掌握真空溅射镀

3）掌握电弧离子镀

重点：

真空蒸发镀；真空溅射镀；电弧离子镀

难点：

真空蒸发镀；真空溅射镀；电弧离子镀

习题：

真空蒸发镀、真空溅射镀、电弧离子镀原理和应用

第10.2部分化学气相沉积和分子束外延制膜方法（讲课2学时）

具体内容：

1）化学气相沉积的基本原理

2）等离子体增强化学气相沉积

3）金属有机化合物化学气相沉积

4）分子束外延制膜方法的基本原理和特点

重点：

  化学气相沉积；分子束外延制膜方法

难点：

 化学气相沉积；分子束外延制膜方法

习题：

化学气相沉积的基本原理；分子束外延制膜方法的基本原理

第11部分高能束表面改性技术

总学时（单位：

学时）:

4讲课:

4实验:

0上机:

0

第11.1部分常用工业激光器及激光加工系统和激光表面改性技术（讲课2学时）

具体内容:

1）了解常用工业激光器

2）了解激光加工系统

3）掌握激光表面改性技术

重点：

激光表面改性技术

难点：

激光表面改性技术

习题：

激光加工的主要技术参数；激光熔凝技术；激光表面合金化技术

第11.2部分离子束表面改性技术和电子束表面改性技术

具体内容：

1）掌握离子注入技术的基本特点

2）掌握离子注入的动力学过程

3）掌握离子注入新技术

4）掌握电子束表面改性技术的基本特点

5）掌握电子束表面改性技术的应用

重点：

离子束表面改性技术；电子束表面改性技术

难点：

离子束表面改性技术；电子束表面改性技术

习题：

离子注入技术的基本特点；电子束表面改性技术的基本特点及应用

第12部分表面微细加工技术

总学时（单位：

学时）:

2讲课:

2实验:

0上机:

0

第12部分表面微细加工技术（讲课2学时）

具体内容:

1）掌握常用微细加工技术

2）掌握纳米工艺（讲课:

1）

3）掌握生物芯片技术

重点：

常用微细加工技术

难点：

常用微细加工技术

习题：

电子束与离子束微细加工的特点；激光微细加工的特点

第13部分其它表面工程技术

总学时（单位：

学时）:

1讲课:

1实验:

0上机:

0

第13部分其它表面工程技术（讲课1学时）

具体内容:

1）了解溶胶一凝胶工艺

2）了解搪瓷涂覆技术

3）了解粘涂技术

重点：

溶胶一凝胶工艺

难点：

溶胶一凝胶工艺

习题:

溶胶一凝胶工艺及应用