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1、主讲人：刘艳丽 材料学院 院楼 506室,表面工程学,刘艳丽 副教授 2005.7，湖南大学化学生物传感与计量国家重点实验室获博士学位；,刘艳丽 副教授 2009.32009.12，美国密西根州立大学化学系，研究助理；,刘艳丽 副教授 Tel：13117314499 Email: 与北京大学、上海硅酸盐研究所、上海交通大学、上海大学等有长期合作，欢迎大家报考！,总学时: 32 h , 其中 课堂教学: 26-28 h，报告：2 h-4 h，复习: 2 h,概述、绪论 （2h） 表面技术的基础理论（4h） 表面工程的预处理工艺 (2h) 热喷涂 (4h) 堆焊 (2h) 电镀和化学镀（4h） 金
2、属转化膜技术 （2h） 气相沉积技术 （2h） 高能束表面改性技术 （2h）,热扩渗（2h） 涂装技术（2h）,总成绩 = 平时成绩（30%）+ 专题综述（20%）+ 笔试（50%） 平时成绩 = 出勤 出勤: 每迟到一次或早退一次扣 5 分 (百分制) 每旷课一次扣 10 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,关于专业综述,Group Project: 1. Prepare a Report reviewing one of the hot topics rel
3、evant to surface engineering ; 2. Make an Oral Presentation in 15 minutes (PPT). 备选题目： 表面工程技术在汽车行业的应用 (Suspension Plasma Spraying) 自洁净涂层及其制备技术 (self cleaning coating) 运动装备中的表面工程技术（sports equipment, surface treatment) 非晶、纳米晶涂层的制备技术及其应用 （amorphous, nano-crystalline, coating） 其它（题目可自拟，但需老师确认）,一些有用的资源,教
4、学用书,表面科学与工程 主编： 高志 潘红良 华东理工大学出版社,Internet 表面科学与技术姚寿山，李戈扬，胡文彬 编，机械工业出版社，2005 表面工程学曾晓雁，吴懿平 主编，机械工业出版社， 2001 材料表面工程徐滨士，朱绍华，刘世参编著，哈尔滨工业大学出版社， 2005 表面工程徐滨士，刘世参，机械工业出版社,参考教材,第一章 绪论,1.1 表面工程学的意义 1.2 表面工程学的定义与内涵 1.3 表面工程的特点 1.4 表面工程技术的分类,1.1 表面工程的意义：金属腐蚀的危害,专家说，有关数据统计显示： 1吨/天； 5000亿元人民币/年； 6%,四川省宜宾市城区的南门大桥断
5、裂,1.1 表面工程的意义：断裂的危害,16,仅仅四个月时间，丰田公司接连爆出油门踏板、刹车等部件缺陷，先后宣布在全球范围内召回多款车辆合计 850 万辆。 丰田汽车上月在美国召回的直接损失高达20亿美金，有分析师表示，丰田汽车公司需要承担几十起诉讼费用，未来一年其财务方面的损失总计可能超过50亿美元。,1.1 表面工程的意义：磨损的危害,18,28,000,000,000 $ - 0.02 $,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
6、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；,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,表面工程有关的表面性能,1.1 表面工程的意义,1.1 表面工程的意义,10%与6% 的关系,典型的铸铁汽车发动机,典型的铸铝汽车发动机,？,32,1.1 表面工程的意义,3
7、3,（1）在保护、优化环境中的应用,净化大气CVD、sol-gel 净化水质CVD、阳极氧化、sol-gel 绿色能源,1.1 表面工程的意义,34,（2）在结构材料中的应用,表面防护,耐磨性,35,表面强化 表面装饰,镜面涂层,亚光涂层,不同色彩涂层,立体花纹涂层,仿贵金属涂层,（3）在功能材料和元器件中的应用,41,电学特性 磁学特性,42,光学特性 声学特性 热学特性,43,生物学特性 各种转换功能,44,（4）在再制造工程中的应用,46,（6）在研究开发新型材料中的应用 . . . . . .,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
8、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,“Surface Engineering is treatment of the surface and near-surface regions of a material to allow the surface to perform functions that are distinct from those functions demanded from the bulk of the material” -from ASM Metal Handb
9、ook “Solids are composed of a bulk material covered by a surface. The surface which bounds the bulk material is called the Surface phase. Surface engineering involves altering the properties of the Surface Phase in order to reduce the degradation over time. ” - from Wikipedia “材料表面工程是材料表面处理技术的总称”-赵文
10、轸,1.2 表面工程 （Surface Engineering）,表面工程技术源远流长,49,“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,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,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
11、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.,1.2 表面工程,1.2、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）等因素，是多学科交叉、综合，以复合系统为特色，逐步发展的新兴学科，以“表面” “界面”为研究核心。,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。,1.2 表面工程,Raw material,energy,Product,Product,Surfa
12、ce Engineering,Good product,+,1.3 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,基于工艺的分类,1.3 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
13、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,57,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”,1.3 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,原子沉积：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，如电镀、化学镀、物理气相沉积、化学气相沉积等。 颗粒沉积：沉积物以宏观尺度的颗粒形态在材料表面上形成覆盖层，如热喷涂、搪瓷涂覆等。 整体覆盖：它是将涂覆材料于同一时间施加于材料表面，如包箔、贴片、热浸镀、涂刷、堆焊等。 表面改性：用各种物理、化学等方法处理表面，使之
14、组成、结构发生变化，从而改变性能，如表面处理、化学热处理、电子束表面处理、离子注入等。,1.3 材料表面工程技术的功能与分类,“由Bunshah. F 和 Mattox. D提出”,基于技术作用原理的分类,1.3 材料表面工程技术的功能与分类,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,1.4 表面工程技术的发展趋势,63,1.4.1传统表面工程技术的创新,电弧喷涂：高速电弧喷涂，使喷涂质量大大提高； 等离子喷涂：射频感应藕合式等离子喷涂、反应等离子喷涂、用三阴极枪等离子喷枪喷涂及微等离子喷涂； 电刷镀：摩擦电喷镀及复合电刷镀技术。 涂装技术：粉末涂料技术。 粘结技术
15、：高性能环保型粘结技术、纳米胶粘结技术、微胶囊技术。 高能束应用：激光或电子束表面熔覆、表面淬火、表面合金化、表面熔凝等技术。 离子注入：强流氮离子注入技术、强流金属离子注人技术和金属等离子体浸没注人技术。,64,复合表 面 工程技术的研究和应用已取得了重大进展，如热喷涂和激光重熔的复合、热喷涂与刷镀的复合、化学热处理与电镀的复合等。,1.4.2 复合表面工程技术的研究,1.4.3 纳米表面工程,纳米表面工程是指充分利用纳米材料的优异特性提升和改善传统的表面工程，通过特定方法使材料表面纳米化、纳米结构或功能化，从而使材料表面性能提高或赋予其全新功能的系统工程。关键技术主要包括：纳米热喷涂技术、纳米电刷镀技术、纳米减摩自修复添加剂技术、金属材料表面自身纳米化、纳米表面粘结技术、纳米涂装、纳米薄膜气相沉积技术等。,65,1.4.4 研究开发新型功能材料1.4.5 向自动化、智能化的方向迈进1.4.6 追求环保零排放1.4.7 大力发展绿色再制造工程,66,思考题,表面工程技术可以用来制造复合材料么？ 找找看，在我们身边有哪些使用了表面工程技术的物品？图行天下 你认为哪一种表面工程技术分类法比较合理？为什么？,
