表面工程-01

北京工业大学材料科学与工程学院CollegeofMaterialsScienceandEngineering,BJUTMaterialsSurfaceEngineering材料表面工程李辉材料学院328室[e-mail]nceandEngineering,BJUT总学时:32h,其中课堂教学:26h，报告：4h，实验:2h1.概述、绪论（2h）2.表面、表面状态和表面特性（2h）3.表面的失效与防护(2h)4.表面清洗和预处理(2h)5.表面工程技术(14h)4.表面分析和测试(4h)5.1电镀、化学镀5.2热喷涂5.3堆焊5.4高能束表面改性5.5气相沉积前言CollegeofMaterialsScienceandEngineering,BJUT总成绩=平时成绩（30%）+专题综述（20%）+笔试（50%）平时成绩=出勤（10%）+作业(10%)+随堂测验(10%)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次不能参加考试作业:1.以小组为单位，完成一份专题综述。2.每人翻译一篇英文专业论文(至少要包括题目、摘要、简介、结论四部分)课程基本要求前言CollegeofMaterialsScienceandEngineering,BJUT关于专业综述GroupProject:1.PrepareaReportreviewingoneofthehottopicsrelevanttosurfaceengineering2.MakeanOralPresentationin15minutes1.结晶器表面防护材料及相关技术（castingmold,electroplatecoating）2.表面工程技术在汽车行业的应用(SuspensionPlasmaSpraying)3.微弧氧化技术及其在有色金属上的应用(Microarcanodizing)4.堆焊和复合制造在冶金业的发展与应用(hardfacing,overlaying)5.激光熔覆（堆焊）技术及激光快速成型技术(lasercladding)6.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(selfcleaningcoating)8.运动装备中的表面工程技术（sportsequipment,surfacetreatment)9.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）CollegeofMaterialsScienceandEngineering,BJUT一些有用的资源CollegeofMaterialsScienceandEngineering,BJUT主要参考书Internet金属表面工程学.刘江南，兵器工业出版社材料表面工程导论.赵文轸，西安交通大学出版社表面工程.刘新田，河南大学出版社表面工程.徐滨士，刘世参，机械工业出版社SurfaceEngineering.ASMHandbook,Vol.5,1994.CollegeofMaterialsScienceandEngineering,BJUT第一章：材料表面工程概述主要内容：1.1表面工程1.2表面工程技术的功能与分类CollegeofMaterialsScienceandEngineering,BJUT“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1.1表面工程（SurfaceEngineering）CollegeofMaterialsScienceandEngineering,BJUT表面工程技术源远流长9“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CollegeofMaterialsScienceandEngineering,BJUT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CollegeofMaterialsScienceandEngineering,BJUT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1.1表面工程CollegeofMaterialsScienceandEngineering,BJUT1.1表面工程RawmaterialenergyProductProductSurfaceEngineeringGoodproduct+CollegeofMaterialsScienceandEngineering,BJUT工程意义*提高材料和工件的可靠性，延长其使用寿命*制备具有特殊功能的表面*对节能降耗与再制造的特殊贡献*满足人们精神文化生活的需要科学价值*材料制备与合成的新技术*为新技术发展提供工艺和材料支持*多学科交叉，促进新的学术研究课题1.1表面工程CollegeofMaterialsScienceandEngineering,BJUT1.1.1表面工程的工程意义零件在服役过程中,主要失效的形式为：腐蚀(Corrosion)、磨损(Wear)、疲劳(Fatigue)、断裂(Fracture)背景：现代工业要求产品能在更高参数(如高温,高压,高速)、高度自动化和更恶劣的工况条件下更长期稳定运转.这就必然对工件表面的抗磨损、耐腐蚀等性能提出了更高的要求。CollegeofMaterialsScienceandEngineering,BJUT来源：西北有色金属研究院嫦娥探月工程高温钛合金铌合金（带高温抗氧化涂层）姿/轨控发动机推力室实例-高温抗氧化涂层CollegeofMaterialsScienceandEngineering,BJUT难熔金属Nb在高温下易发生氧化，其高温氧化物不具备保护作用，使材料的力学性能急剧下降，严重影响性能。来源：西北有色金属研究院铌在180℃开始发生缓慢氧化，450℃以下的氧化物具有保护作用，450℃~600℃氧化膜的晶体体积发生变化（从4.36变到5.17)，开始出现粉化，600℃~700℃其氧化速度与氧压成正比关系，700℃~850℃内层氧化膜起控制作用，850℃以上氧化产物完全为Nb2O5实例-高温抗氧化涂层CollegeofMaterialsScienceandEngineering,BJUT1、飞机发动机用高温抗氧化涂层：使用温度：1200~1400℃，使用寿命大于100h。使用温度：1800℃，使用寿命大于100h。2、航天火箭发动机用高温抗氧化涂层：使用温度：1800℃以上，最高要求达到2000℃使用寿命较短，几分钟——十几分钟。来源：西北有色金属研究院实例-高温抗氧化涂层CollegeofMaterialsScienceandEngineering,BJUT材料表面是普遍存在的，它的物理、化学性质、结构、性能与材料内部均不一样，过去材料科学研究对象主要集中于块体材料，近来则更加重视对表面与界面的研究，如纳米结构材料的研究。伴随着表面技术的开发和完善，又会有很多新的科学问题出现。1.1.2表面工程相关的科学问题背景：美国工程学会为美国国会提供的2000年前集中力量发展的9项科学技术中，有关材料方面的仅有材料表面科学与表面技术的研究。CollegeofMaterialsScienceandEngineering,BJUT1986年诺贝尔物理奖获得者实例-STM和AFM的发明CollegeofMaterialsScienceandEngineering,BJUT实例-STM和AFM的发明石墨表面纯铝表面CollegeofMaterialsScienceandEngineering,BJUT1.研究和发展材料表面工程技术，对于推动新技术的发展，对于提高生产效率、节约资源、降低能耗具有重要的意义。2.表面科学的研究可为表面新技术的研究提供一定的理论指导,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、化学等基础学科的交叉发展。1.1小结CollegeofMaterialsScienceandEngineering,BJUT1.2材料表面工程技术的功能与分类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：表面工程技术的基础和应用理论表面处理技术，主要包括表面涂层制备技术、表面改性技术和表面复合技术三部分表面分析和测试技术表面工程技术设计CollegeofMaterialsScienceandEngineering,BJUT表面工程有关的表面性能分类项目一般机械性能韧性、强度、塑性、抗疲劳性、硬度、疏松度（空隙度）、残余应力可加工性精密加工性、可修补性、可焊接性、冷作硬化性抗磨性抗磨料磨损性、抗粘着磨损性、抗腐蚀磨损性、抗冲蚀磨损性、抗微动磨损性、润滑性保护性防锈性、耐各种水质腐蚀性、耐候性、耐药品性、抗酸碱盐腐蚀性、防污染性热特性热障性、导热性、高温氧化性、高温软化性、高温蠕变性、抗热冲击性电特性导电性、绝缘性、电阻特性、半导体特性电磁性磁化性、电磁屏蔽性光特性反光性、选择吸收性、消光性装饰性着色性、染色性、光泽性、可修饰性CollegeofMaterialsScienceandEngineering,BJUT基于工艺的分类1.2材料表面工程技术的功能与分类CollegeofMaterialsScienceandEngineering,BJUT1.2材料表面工程技术的功能与分类基于工艺的分类电镀，化学镀，热渗镀；热喷涂，堆焊，化学转化膜，表面涂装，表面氧化着色；高能束表面改性，气相沉积，表面热处理，化学热处理，形变强化还有一些复合的表面处理技术，如：等离子喷涂与激光辐照复合；热喷涂与喷丸复合；化学热处理与电镀复合；激光淬火与化学热处理复合；化学热处理与气相沉积复合等等CollegeofMaterialsScienceandEngineering,BJUT26基于学科特点的分类“国家自然科学基金委《金属材料科学》战略报告”1.2材料表面工程技术的功能与分类表面处理技术表面改性技术表面涂覆技术CollegeofMaterialsScienceandEngineering,BJUTTechniquesforproducingsurfacelayerThermalThermo-ChemicalElectro-chemicalandchemicalPhysicalMechani