表面工程技術(shù)及其應(yīng)用課件

表面工程技術(shù)及其應(yīng)用丁彰雄武漢理工大學(xué)能源與動力工程學(xué)院2013年4月1表面工程技術(shù)及其應(yīng)用1表面工程技術(shù)及其應(yīng)用1.表面工程概述機械設(shè)備的失效方式表面工程的概念表面工程的特點表面工程的意義表面工程技術(shù)的發(fā)展表面工程技術(shù)的分類2.表面工程技術(shù)的應(yīng)用2表面工程技術(shù)及其應(yīng)用1.表面工程概述2機械設(shè)備的主要的失效方式腐蝕：氣、水及化學(xué)介質(zhì)的作用使零部件表面產(chǎn)生腐蝕。磨損：工件之間的相互運動產(chǎn)生磨損。氧化：零部件工作在高溫中表面會產(chǎn)生氧化。侵蝕：工件因接觸高溫金屬熔體或其它熔體而被侵蝕。疲勞斷裂：工件承受扭轉(zhuǎn)或彎曲等交變載荷作用而產(chǎn)生疲勞斷裂。3機械設(shè)備的主要的失效方式腐蝕：氣、水及化學(xué)介質(zhì)的作用使零部件

腐蝕和磨損造成的損失各種機電產(chǎn)品的失效中約70%是由腐蝕和磨損造成的。2002年我國因腐蝕所造成的經(jīng)濟損失達6000億元，占國民生產(chǎn)總值(GDP)的5%。2006年我國因磨損所造成的經(jīng)濟損失達9500億元，占國民生產(chǎn)總值(GDP)的4.5%。

國外腐蝕和磨損造成損失占國民生產(chǎn)總值(GDP)的4.5%。4腐蝕和磨損造成的損失4軸流式引風(fēng)機葉片磨損后的形貌

5軸流式引風(fēng)機葉片磨損后的形貌

5油缸拉傷表面(H=3.3m，d=1.12m，W=18t)6油缸拉傷表面(H=3.3m，d=1.12m，W=18t)6脫硫裝置漿液循環(huán)泵葉輪

7脫硫裝置漿液循環(huán)泵葉輪

7漿液循環(huán)泵葉輪失效后的形貌

8漿液循環(huán)泵葉輪失效后的形貌

8漿液循環(huán)泵葉輪9漿液循環(huán)泵葉輪9

失效后的循環(huán)漿液泵葉輪10失效后的循環(huán)漿液泵葉輪10

失效后的循環(huán)漿液泵葉輪11失效后的循環(huán)漿液泵葉輪11脫硫裝置漿液循環(huán)泵口環(huán)12脫硫裝置漿液循環(huán)泵口環(huán)12漿液循環(huán)泵口環(huán)失效后的形貌

13漿液循環(huán)泵口環(huán)失效后的形貌

13脫硫裝置吸收塔攪拌器葉輪

14脫硫裝置吸收塔攪拌器葉輪

14吸收塔攪拌器葉輪失效后的形貌

15吸收塔攪拌器葉輪失效后的形貌

15吸收塔攪拌器葉輪失效后的形貌

16吸收塔攪拌器葉輪失效后的形貌

16吸收塔攪拌器葉輪失效后的形貌

17吸收塔攪拌器葉輪失效后的形貌

17

腐蝕后的鍋爐水冷壁管18腐蝕后的鍋爐水冷壁管18圖1-4爆管后的鍋爐水冷壁管腐蝕失效的管子及拉桿套管19圖1-4爆管后的鍋爐水冷壁管腐蝕失效的管子及拉桿套管19

不銹鋼管爆裂部位的外觀全貌20不銹鋼管爆裂部位的外觀全貌20曲軸及斷裂部位21曲軸及斷裂部位21磨損后的船舶柴油機曲軸22磨損后的船舶柴油機曲軸22失效后的船舶柴油機氣缸套23失效后的船舶柴油機氣缸套23已損傷后的船舶柴油機氣缸套24已損傷后的船舶柴油機氣缸套24已損傷后的船舶柴油機氣缸蓋25已損傷后的船舶柴油機氣缸蓋25船舶螺旋槳26船舶螺旋槳26

鍋爐水冷壁現(xiàn)場噴涂NiCr合金防腐耐磨涂層27鍋爐水冷壁現(xiàn)場噴涂NiCr合金防腐耐磨涂層27

噴涂防腐耐磨涂層后的水冷壁管28噴涂防腐耐磨涂層后的水冷壁管28

超音速火焰噴涂制備納米WC-12Co防腐耐磨涂層29超音速火焰噴涂制備納米WC-12Co防腐耐磨

HVOF制備納米WC-12Co涂層后的漿液循環(huán)泵葉輪30HVOF制備納米WC-12Co涂層后的漿液循環(huán)泵葉輪3

防腐處理后的漿液循環(huán)泵葉輪31防腐處理后的漿液循環(huán)泵葉輪31表面工程的概念1.表面工程的概念:它是指將固體材料表面預(yù)處理后，通過表面涂覆、表面改性或多種表面技術(shù)復(fù)合處理，改變固體材料表面的形態(tài)、化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)，以獲得所需要的表面性能的系統(tǒng)工程。2.表面工程的學(xué)科體內(nèi)容：表面工程基礎(chǔ)理論；表面工程技術(shù)及復(fù)合表面技術(shù)；表面加工技術(shù)；表面質(zhì)量檢測與控制；表面工程技術(shù)設(shè)計等。3.表面工程基礎(chǔ)理論：表面失效分析、表面摩擦與磨損、表面腐蝕與防護、表面界面結(jié)合與復(fù)合。32表面工程的概念1.表面工程的概念:它是指將固體材料表面預(yù)表面工程的概念4.表面工程技術(shù)：1)表面改性技術(shù)：化學(xué)鍍、電鍍、熱滲鍍、堆焊、熱噴涂、涂裝、化學(xué)轉(zhuǎn)化膜、氣相沉積、表面彩色、激光束改性及表面熱處理、離子束改性及表面熱處理、電子束改性及表面熱處理、形變強化和襯里。2)表面加工技術(shù)：即能夠在材料表面加工或制作各種功能結(jié)構(gòu)元器件的有關(guān)技術(shù)，如：光刻技術(shù)、離子刻蝕技術(shù)。3)表面合成材料技術(shù)：如離子注入。4)表面加工三維合成技術(shù)。33表面工程的概念4.表面工程技術(shù)：33表面工程的特點

1.表面工程是由多個學(xué)科交叉、綜合發(fā)展起來的新興學(xué)科，它以“表面”為研究核心。2.表面工程的最大優(yōu)勢是能夠以多種方法制備出優(yōu)于本體材料性能的表面功能涂層，賦予零件耐高溫、防腐蝕、耐磨損、抗疲勞、防輻射等性能。3.表面工程技術(shù)是傳統(tǒng)技術(shù)和高新技術(shù)的結(jié)合和貫通。如：化學(xué)熱處理、熱噴涂技術(shù)、“三束”表面強化。4.表面工程技術(shù)的特色是多種表面技術(shù)的復(fù)合和綜合。如：熱噴涂與激光重熔的復(fù)合、化學(xué)處理與電鍍的復(fù)合、表面強化與固體潤滑膜的復(fù)合，金屬材料基體與非金屬材料涂層的復(fù)合等。5.表面工程具有學(xué)科的綜合性、廣泛的功能性、手段的多樣性、潛在的創(chuàng)新性、環(huán)境的保護性、很強的實用性、巨大的增效性等。34表面工程的特點1.表面工程是由多個學(xué)科交叉、綜合發(fā)展起來的表面工程的意義

1.滿足社會生產(chǎn)及人民生活的需要表面工程技術(shù)應(yīng)用在鐘表、手飾、燈具、餐具、家具及仿古建筑等方面。2.通過表面處理大幅度提高產(chǎn)品質(zhì)量1)柴油機氣缸套：表面處理后提高壽命顯著提高(Mo、WC/Co)。2)機械閥門：表面處理后提高壽命三倍以上（Co基、WC-Co）。3.節(jié)約貴重材料：許多零件可以采用復(fù)合結(jié)構(gòu)如閥門、高級模具。4.實現(xiàn)材料表面復(fù)合化，解決單一材料無法解決的問題。如：切削刀具：CVD鍍TiN、TiC薄膜。5.良好的節(jié)能、節(jié)材效果。如：發(fā)熱元件表面的遠紅外輻射涂層，能提高熱效率；汽車發(fā)動機全鋁化、鋁合金氣缸套的耐磨涂層使用。

35表面工程的意義1.滿足社會生產(chǎn)及人民生活的需要35表面工程的意義6.

促進了新興工業(yè)的發(fā)展。1)熱障涂層：ZrO2·Y2O3、ZrO2·MgO、ZrO2·CeO2等。2)燒蝕涂層：有機材料加石英纖維、陶瓷纖維或碳纖維。3)超大規(guī)模集成電路中的金剛石薄膜（CVD技術(shù)）、絕緣膜、導(dǎo)電涂層等。4)非晶態(tài)薄膜：氣相沉積、電鍍、刷鍍、激光、電子束等方法制造。5)原子核反應(yīng)器中的高溫抗氧化涂層。6)納米涂層：納米結(jié)構(gòu)ZrO2?Y2O3涂層、Al2O3涂層及WC-Co涂層。36表面工程的意義6.促進了新興工業(yè)的發(fā)展。36表面工程的意義7.表面工程促進了機械維修創(chuàng)新-再制造1984年美國“技術(shù)評論”提倡舊品翻新或再生并稱為“重新制造”，2005年美國再制造產(chǎn)值已超過1000億美元，100萬人就業(yè)。德國大眾從1941年開始再制造，到2004年已再制造發(fā)動機748萬臺，變速器240萬臺。以色列將一臺價值200萬美元廢舊波音747客機再制造成貨機后，售價達到8000萬美元。再制造成本節(jié)約50%，節(jié)能60%，節(jié)材70%。再制造目前已在我國得到了廣泛的重視。2009年11月，工業(yè)與信息化部啟動了包括工程機械、礦采機械、機床、船舶、再制造產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)等在內(nèi)的8大領(lǐng)域35家企業(yè)的再制造試點工作。2009年12月8日，國務(wù)院總理溫家寶就再制造作出了重要批示。37表面工程的意義7.表面工程促進了機械維修創(chuàng)新-再制造37表面工程技術(shù)的發(fā)展

1.傳統(tǒng)的表面工程技術(shù)：表面熱處理、表面滲碳及油漆技術(shù)。秦兵馬俑寶劍表面是采用鉻鹽氧化工藝處理；“唐三彩”及“景泰藍”的處理工藝。高分子涂裝技術(shù)：50年代油性涂料、天然樹脂涂料→合成樹脂→水系涂料。傳統(tǒng)的表面淬火：火焰加熱→高頻加熱→激光束、電子束淬火。滲碳工藝：自動控制、離子滲碳改善滲碳質(zhì)量和速度。電鍍及電刷鍍技術(shù)：純金屬鍍Zn、Cr、Ni、Cu(Cu-Ni-Cr)→鍍覆多種合金→復(fù)合金屬陶瓷鍍層→納米刷鍍層。熱噴涂技術(shù)：裝飾性和防護性涂層到制備各種功能性涂層，如：氣閥涂層、活塞環(huán)涂層等。38表面工程技術(shù)的發(fā)展1.傳統(tǒng)的表面工程技術(shù)：表面熱處理、表表面工程技術(shù)的發(fā)展2.

新的表面工程技術(shù)激光表面處理:激光表面淬火、激光熔敷、激光表面合金化、激光熔凝及激光非晶化等。電子束表面處理：電子束淬火、電子束表面合金化、電子束熔敷、電子束非晶化及熔凝。離子注入：可獲得過飽和固溶體、非晶態(tài)和某些化合物?；瘜W(xué)氣相沉積（CVD）。物理氣相沉積（PVD）法：真空蒸發(fā)、濺射、離子鍍等方法沉積成膜。39表面工程技術(shù)的發(fā)展2.新的表面工程技術(shù)39表面工程技術(shù)的發(fā)展3.表面工程概念的提出和發(fā)展的重要標志表面工程概念的提出始于20世紀80年代；重要標志：1983英國伯明翰大學(xué)表面工程研究所的建立；1985年《表面工程》國際刊物的發(fā)行。1985年召開了第一屆國際表面工程會議。1986年10月在布達佩斯召開的國際熱處理聯(lián)合會決定接受表面工程學(xué)科，并改名為國際熱處理及表面工程聯(lián)合會。1987年中國機械工程學(xué)會表面工程研究所成立。1988年中國《表面工程》創(chuàng)刊發(fā)行，1998年改名為《中國表面工程》。1993年中國機械工程學(xué)會表面工程分會成立。40表面工程技術(shù)的發(fā)展3.表面工程概念的提出和發(fā)展的重要標志4表面工程技術(shù)的分類

1.按工藝特點進行分類：電鍍、化學(xué)鍍、熱滲鍍、熱噴涂、堆焊、化學(xué)轉(zhuǎn)化膜、涂裝、表面彩色、氣相沉積、“三束”改性及表面熱處理，形變強化及襯里。2.按學(xué)科特點分類1)表面合金化技術(shù)：噴熔、堆焊、離子注入、激光熔敷、熱滲鍍等。2)表面覆層與覆膜技術(shù)：熱噴涂、電鍍、化學(xué)鍍、化學(xué)轉(zhuǎn)化處理、氣相沉積、涂裝、堆焊、金屬染色、熱滲鍍等。3)表面組織轉(zhuǎn)化技術(shù)：激光、電子束熱處理以及噴丸、輥壓等表面加工硬化技術(shù)。41表面工程技術(shù)的分類1.按工藝特點進行分類：電鍍、化學(xué)鍍、表面工程技術(shù)的分類3.按作用原理分類：1)原子沉積：電鍍、化學(xué)鍍、PVD用CVD等。2)顆粒沉積：熱噴涂、搪瓷涂敷等。3)整體涂層：包箔、貼片、熱浸鍍、涂刷、堆焊等。4)表面改性：噴丸、化學(xué)熱處理、激光表面處理、電子束表面處理、離子注入等。42表面工程技術(shù)的分類3.按作用原理分類：42表面工程技術(shù)的分類4.按表面改性的目的或性質(zhì)分類1)表面減摩和耐磨技術(shù)2)表面耐蝕抗氧化技術(shù)3)表面強化（提高疲勞強度）技術(shù)4)表面裝飾技術(shù)5)功能表面技術(shù)6)表面修復(fù)技術(shù)43表面工程技術(shù)的分類4.按表面改性的目的或性質(zhì)分類43表面工程技術(shù)的分類5.按表面工程技術(shù)的特點1)表面改性技術(shù)：激光淬火、感應(yīng)加熱淬火、噴丸、PVD、CVD、化學(xué)溶液沉積法、熱噴涂與噴熔、堆焊等。2)表面微細加工技術(shù)：光刻和腐蝕、離子束刻蝕。3)表面加工三維成型技術(shù)：快速原型制造、無?？焖僦圃旒夹g(shù)。4)表面合成新材料技術(shù)。44表面工程技術(shù)的分類5.按表面工程技術(shù)的特點44表面工程技術(shù)的分類6.按表面改性的機制分類：1)表面合金化：離子轟擊熱處理、化學(xué)熱處理、激光化學(xué)熱處理、離子注入、離子混合或重熔。2)表面相變改性：激光束加熱、電子束加熱、感應(yīng)加熱、火焰加熱。3)表面覆蓋層改性：物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、電鍍、化學(xué)鍍、熱噴涂、有機無機涂層4)表面形變改性：噴丸、噴砂、碾（滾）壓。45表面工程技術(shù)的分類6.按表面改性的機制分類：45表面工程技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

航天航空、機械、電子、冶金、能源、交通、石油、化工、食品、輕紡等，并在高科技領(lǐng)域得到了應(yīng)用。46表面工程技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域46表面工程技術(shù)的應(yīng)用—航天航空國產(chǎn)直-8AEW艦載預(yù)警直升機47表面工程技術(shù)的應(yīng)用—航天航空國產(chǎn)直-8AEW艦載預(yù)警直升機4表面工程技術(shù)的應(yīng)用—航天航空國產(chǎn)ARJ21支線客機48表面工程技術(shù)的應(yīng)用—航天航空國產(chǎn)ARJ21支線客機48表面工程技術(shù)的應(yīng)用—航天航空武直-1049表面工程技術(shù)的應(yīng)用—航天航空武直-1049表面工程技術(shù)的應(yīng)用—航天航空殲10戰(zhàn)斗機50表面工程技術(shù)的應(yīng)用—航天航空殲10戰(zhàn)斗機50表面工程技術(shù)的應(yīng)用—航天航空殲21戰(zhàn)斗機51表面工程技術(shù)的應(yīng)用—航天航空殲21戰(zhàn)斗機51表面工程技術(shù)的應(yīng)用—航天航空殲31型隱身戰(zhàn)機(2012.10.31)52表面工程技術(shù)的應(yīng)用—航天航空殲31型隱身戰(zhàn)機(2012.10表面工程技術(shù)的應(yīng)用—航天航空1.絕熱涂層（TBCs）；2.沖蝕涂層(高溫);3.封嚴涂層；4.腐蝕涂層（熱腐蝕）；5.燒蝕涂層；6.吸收涂層。53表面工程技術(shù)的應(yīng)用—航天航空1.絕熱涂層（TBCs）；53表面工程技術(shù)的應(yīng)用—景泰藍工藝品54表面工程技術(shù)的應(yīng)用—景泰藍工藝品54表面工程技術(shù)的應(yīng)用—水力發(fā)電長江三峽大壩55表面工程技術(shù)的應(yīng)用—水力發(fā)電長江三峽大壩55表面工程技術(shù)的應(yīng)用—鋼結(jié)構(gòu)防腐廣州電視塔56表面工程技術(shù)的應(yīng)用—鋼結(jié)構(gòu)防腐廣州電視塔56表面工程技術(shù)的應(yīng)用—鐵路交通和諧號高速列車57表面工程技術(shù)的應(yīng)用—鐵路交通和諧號高速列車57表面工程技術(shù)的應(yīng)用—鉆井平臺深水半潛式鉆井平臺COSLINNOVATOR(2011.10)58表面工程技術(shù)的應(yīng)用—鉆井平臺深水半潛式鉆井平臺COSLINN表面工程技術(shù)的應(yīng)用—艦船遼寧艦航母59表面工程技術(shù)的應(yīng)用—艦船遼寧艦航母59表面工程技術(shù)的應(yīng)用—艦船遼寧艦航母60表面工程技術(shù)的應(yīng)用—艦船遼寧艦航母60表面工程技術(shù)在船舶機械零件中的應(yīng)用表面工程技術(shù)在柴油機氣閥中的應(yīng)用。表面工程技術(shù)在曲軸等軸類零件中的應(yīng)用。表面工程技術(shù)在柴油機氣缸蓋閥座中的應(yīng)用。表面工程技術(shù)在尾軸耐磨襯套中的應(yīng)用。表面工程技術(shù)在柴油機燃燒室中的應(yīng)用。表面工程技術(shù)在船舶鋼構(gòu)件防腐中的應(yīng)用。表面工程技術(shù)在巴氏合金薄壁軸瓦中的應(yīng)用。表面工程技術(shù)在船舶其它機械零件中的應(yīng)用。

61表面工程技術(shù)在船舶機械零件中的應(yīng)用表面工程技術(shù)在柴油機氣閥中表面工程技術(shù)在柴油機氣閥中的應(yīng)用1.涂層功能：恢復(fù)尺寸、高溫耐磨及腐蝕。2.涂層材料：Ni、Co基合金、WC-Co-Cr等。3.工藝方法：等離子弧堆焊;激光熔敷火焰噴熔;真空熔燒;HVOF。62表面工程技術(shù)在柴油機氣閥中的應(yīng)用1.涂層功能：恢復(fù)尺寸、高表面工程技術(shù)在柴油機氣閥中的應(yīng)用63表面工程技術(shù)在柴油機氣閥中的應(yīng)用63表面工程技術(shù)在曲軸等軸類零件中的應(yīng)用

1.涂層功能：恢復(fù)尺寸、耐磨2.涂層材料：Cr、Ni、Fe基合金3.工藝方法：電鍍技術(shù)：鍍鐵、鍍鉻、刷鍍；熱噴涂技術(shù)：火焰噴涂、高速電弧噴涂、等離子弧噴涂、超音速火焰噴涂。激光表面技術(shù)處理：激光堆焊；塑性變形技術(shù)：滾壓。64表面工程技術(shù)在曲軸等軸類零件中的應(yīng)用1.涂層功能：恢復(fù)尺熱噴涂技術(shù)在曲軸等軸類零件中的應(yīng)用65熱噴涂技術(shù)在曲軸等軸類零件中的應(yīng)用65熱噴涂技術(shù)在曲軸等軸類零件中的應(yīng)用66熱噴涂技術(shù)在曲軸等軸類零件中的應(yīng)用66熱噴涂技術(shù)在曲軸等軸類零件中的應(yīng)用67熱噴涂技術(shù)在曲軸等軸類零件中的應(yīng)用67熱噴涂技術(shù)在曲軸等軸類零件中的應(yīng)用68熱噴涂技術(shù)在曲軸等軸類零件中的應(yīng)用68熱噴涂技術(shù)在曲軸等軸類零件中的應(yīng)用69熱噴涂技術(shù)在曲軸等軸類零件中的應(yīng)用69尾軸零件軸承位腐蝕后的狀況

7070高速電弧噴涂在尾軸零件中的應(yīng)用

7171尾軸零件涂層機加工后的狀況

7272表面工程技術(shù)在柴油機氣缸套中的應(yīng)用1.涂層功能：高溫耐磨及耐腐、抗汽蝕、恢復(fù)尺寸。2.涂層材料：Cr、Ni基及Co基合金、Mo、金屬陶瓷、高分子陶瓷等。3.工藝方法：電鍍技術(shù)：松孔鍍鉻、硬質(zhì)鍍鉻等。激光技術(shù)：激光淬火及激光熔覆技術(shù)。熱處理技術(shù)：等離子淬火、等離子多元共滲、氮化處理、感應(yīng)淬火。熱噴涂技術(shù)：HVOF、高速電弧噴涂、火焰噴涂、等離子噴涂等。粘結(jié)技術(shù)：涂刷環(huán)氧樹脂或尼龍等。73表面工程技術(shù)在柴油機氣缸套中的應(yīng)用1.涂層功能：高溫耐磨及表面工程技術(shù)在柴油機氣缸蓋閥座中的應(yīng)用1.涂層功能：恢復(fù)尺寸、高溫耐磨及耐腐2.涂層材料：Ni、Co基合金3.工藝方法：等離子弧堆焊；激光熔敷；火焰噴熔。74表面工程技術(shù)在柴油機氣缸蓋閥座中的應(yīng)用1.涂層功能：恢復(fù)尺熱噴涂技術(shù)在柴油機氣缸蓋閥座中的應(yīng)用75熱噴涂技術(shù)在柴油機氣缸蓋閥座中的應(yīng)用75表面工程技術(shù)在船舶尾軸耐磨襯套中的應(yīng)用1.涂層功能：耐磨、恢復(fù)尺寸2.涂層材料：Cr、Ni及Fe基合金3.工藝方法：高速火焰噴涂；高速電弧噴涂；線材火焰噴涂；等離子噴涂；硬質(zhì)鍍鉻。76表面工程技術(shù)在船舶尾軸耐磨襯套中的應(yīng)用1.涂層功能：耐磨、熱噴涂技術(shù)在船舶尾軸耐磨襯套中的應(yīng)用77熱噴涂技術(shù)在船舶尾軸耐磨襯套中的應(yīng)用77熱噴涂技術(shù)在船舶尾軸耐磨襯套中的應(yīng)用78熱噴涂技術(shù)在船舶尾軸耐磨襯套中的應(yīng)用78表面工程技術(shù)在柴油機燃燒室中的應(yīng)用1.涂層功能：絕熱2.涂層材料：

ZrO2、Al2O3、NiCr、NiCr/Al、NiCrAlY

3.工藝方法：等離子噴涂、高速火焰噴涂79表面工程技術(shù)在柴油機燃燒室中的應(yīng)用79表面工程技術(shù)在船舶及海洋鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用1.涂層功能：防腐2.涂層材料：Zn、Al；Zn-Al合金3.工藝方法：線材火焰噴涂；電弧噴涂80表面工程技術(shù)在船舶及海洋鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用80表面工程技術(shù)在巴氏合金薄壁軸瓦中的應(yīng)用1.涂層功能：恢復(fù)尺寸；耐磨2.涂層材料：巴氏合金3.工藝方法：火焰噴涂81表面工程技術(shù)在巴氏合金薄壁軸瓦中的應(yīng)用81表面工程技術(shù)在船舶其它機械零件中的應(yīng)用柴油機機座活塞及活塞環(huán)搖壁活塞銷泥泵殼及襯板挖泥船絞刀82表面工程技術(shù)在船舶其它機械零件中的應(yīng)用柴油機機座82我校開展表面工程的現(xiàn)狀我校從1981年開始從事熱噴涂技術(shù)的應(yīng)用研究工作。我校為全國熱噴涂協(xié)作組理事單位，湖北省熱噴涂協(xié)作組付組長單位。涂層制備設(shè)備：火焰粉未噴涂、火焰線材噴涂、亞超音速火焰噴涂、超音速火焰噴涂、電弧噴涂、等離子噴涂。從事研究范圍：耐磨涂層、熱障涂層及耐腐涂層。從事研究領(lǐng)域：船舶、能源、冶金及汽車等。83我校開展表面工程的現(xiàn)狀我校從1981年開始從事熱噴涂技術(shù)的應(yīng)表面工程技術(shù)及其應(yīng)用課件表面工程技術(shù)及其應(yīng)用丁彰雄武漢理工大學(xué)能源與動力工程學(xué)院2013年4月85表面工程技術(shù)及其應(yīng)用1表面工程技術(shù)及其應(yīng)用1.表面工程概述機械設(shè)備的失效方式表面工程的概念表面工程的特點表面工程的意義表面工程技術(shù)的發(fā)展表面工程技術(shù)的分類2.表面工程技術(shù)的應(yīng)用86表面工程技術(shù)及其應(yīng)用1.表面工程概述2機械設(shè)備的主要的失效方式腐蝕：氣、水及化學(xué)介質(zhì)的作用使零部件表面產(chǎn)生腐蝕。磨損：工件之間的相互運動產(chǎn)生磨損。氧化：零部件工作在高溫中表面會產(chǎn)生氧化。侵蝕：工件因接觸高溫金屬熔體或其它熔體而被侵蝕。疲勞斷裂：工件承受扭轉(zhuǎn)或彎曲等交變載荷作用而產(chǎn)生疲勞斷裂。87機械設(shè)備的主要的失效方式腐蝕：氣、水及化學(xué)介質(zhì)的作用使零部件

腐蝕和磨損造成的損失各種機電產(chǎn)品的失效中約70%是由腐蝕和磨損造成的。2002年我國因腐蝕所造成的經(jīng)濟損失達6000億元，占國民生產(chǎn)總值(GDP)的5%。2006年我國因磨損所造成的經(jīng)濟損失達9500億元，占國民生產(chǎn)總值(GDP)的4.5%。

國外腐蝕和磨損造成損失占國民生產(chǎn)總值(GDP)的4.5%。88腐蝕和磨損造成的損失4軸流式引風(fēng)機葉片磨損后的形貌

89軸流式引風(fēng)機葉片磨損后的形貌

5油缸拉傷表面(H=3.3m，d=1.12m，W=18t)90油缸拉傷表面(H=3.3m，d=1.12m，W=18t)6脫硫裝置漿液循環(huán)泵葉輪

91脫硫裝置漿液循環(huán)泵葉輪

7漿液循環(huán)泵葉輪失效后的形貌

92漿液循環(huán)泵葉輪失效后的形貌

8漿液循環(huán)泵葉輪93漿液循環(huán)泵葉輪9

失效后的循環(huán)漿液泵葉輪94失效后的循環(huán)漿液泵葉輪10

失效后的循環(huán)漿液泵葉輪95失效后的循環(huán)漿液泵葉輪11脫硫裝置漿液循環(huán)泵口環(huán)96脫硫裝置漿液循環(huán)泵口環(huán)12漿液循環(huán)泵口環(huán)失效后的形貌

97漿液循環(huán)泵口環(huán)失效后的形貌

13脫硫裝置吸收塔攪拌器葉輪

98脫硫裝置吸收塔攪拌器葉輪

14吸收塔攪拌器葉輪失效后的形貌

99吸收塔攪拌器葉輪失效后的形貌

15吸收塔攪拌器葉輪失效后的形貌

100吸收塔攪拌器葉輪失效后的形貌

16吸收塔攪拌器葉輪失效后的形貌

101吸收塔攪拌器葉輪失效后的形貌

17

腐蝕后的鍋爐水冷壁管102腐蝕后的鍋爐水冷壁管18圖1-4爆管后的鍋爐水冷壁管腐蝕失效的管子及拉桿套管103圖1-4爆管后的鍋爐水冷壁管腐蝕失效的管子及拉桿套管19

不銹鋼管爆裂部位的外觀全貌104不銹鋼管爆裂部位的外觀全貌20曲軸及斷裂部位105曲軸及斷裂部位21磨損后的船舶柴油機曲軸106磨損后的船舶柴油機曲軸22失效后的船舶柴油機氣缸套107失效后的船舶柴油機氣缸套23已損傷后的船舶柴油機氣缸套108已損傷后的船舶柴油機氣缸套24已損傷后的船舶柴油機氣缸蓋109已損傷后的船舶柴油機氣缸蓋25船舶螺旋槳110船舶螺旋槳26

鍋爐水冷壁現(xiàn)場噴涂NiCr合金防腐耐磨涂層111鍋爐水冷壁現(xiàn)場噴涂NiCr合金防腐耐磨涂層27

噴涂防腐耐磨涂層后的水冷壁管112噴涂防腐耐磨涂層后的水冷壁管28

超音速火焰噴涂制備納米WC-12Co防腐耐磨涂層113超音速火焰噴涂制備納米WC-12Co防腐耐磨

HVOF制備納米WC-12Co涂層后的漿液循環(huán)泵葉輪114HVOF制備納米WC-12Co涂層后的漿液循環(huán)泵葉輪3

防腐處理后的漿液循環(huán)泵葉輪115防腐處理后的漿液循環(huán)泵葉輪31表面工程的概念1.表面工程的概念:它是指將固體材料表面預(yù)處理后，通過表面涂覆、表面改性或多種表面技術(shù)復(fù)合處理，改變固體材料表面的形態(tài)、化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)，以獲得所需要的表面性能的系統(tǒng)工程。2.表面工程的學(xué)科體內(nèi)容：表面工程基礎(chǔ)理論；表面工程技術(shù)及復(fù)合表面技術(shù)；表面加工技術(shù)；表面質(zhì)量檢測與控制；表面工程技術(shù)設(shè)計等。3.表面工程基礎(chǔ)理論：表面失效分析、表面摩擦與磨損、表面腐蝕與防護、表面界面結(jié)合與復(fù)合。116表面工程的概念1.表面工程的概念:它是指將固體材料表面預(yù)表面工程的概念4.表面工程技術(shù)：1)表面改性技術(shù)：化學(xué)鍍、電鍍、熱滲鍍、堆焊、熱噴涂、涂裝、化學(xué)轉(zhuǎn)化膜、氣相沉積、表面彩色、激光束改性及表面熱處理、離子束改性及表面熱處理、電子束改性及表面熱處理、形變強化和襯里。2)表面加工技術(shù)：即能夠在材料表面加工或制作各種功能結(jié)構(gòu)元器件的有關(guān)技術(shù)，如：光刻技術(shù)、離子刻蝕技術(shù)。3)表面合成材料技術(shù)：如離子注入。4)表面加工三維合成技術(shù)。117表面工程的概念4.表面工程技術(shù)：33表面工程的特點

1.表面工程是由多個學(xué)科交叉、綜合發(fā)展起來的新興學(xué)科，它以“表面”為研究核心。2.表面工程的最大優(yōu)勢是能夠以多種方法制備出優(yōu)于本體材料性能的表面功能涂層，賦予零件耐高溫、防腐蝕、耐磨損、抗疲勞、防輻射等性能。3.表面工程技術(shù)是傳統(tǒng)技術(shù)和高新技術(shù)的結(jié)合和貫通。如：化學(xué)熱處理、熱噴涂技術(shù)、“三束”表面強化。4.表面工程技術(shù)的特色是多種表面技術(shù)的復(fù)合和綜合。如：熱噴涂與激光重熔的復(fù)合、化學(xué)處理與電鍍的復(fù)合、表面強化與固體潤滑膜的復(fù)合，金屬材料基體與非金屬材料涂層的復(fù)合等。5.表面工程具有學(xué)科的綜合性、廣泛的功能性、手段的多樣性、潛在的創(chuàng)新性、環(huán)境的保護性、很強的實用性、巨大的增效性等。118表面工程的特點1.表面工程是由多個學(xué)科交叉、綜合發(fā)展起來的表面工程的意義

1.滿足社會生產(chǎn)及人民生活的需要表面工程技術(shù)應(yīng)用在鐘表、手飾、燈具、餐具、家具及仿古建筑等方面。2.通過表面處理大幅度提高產(chǎn)品質(zhì)量1)柴油機氣缸套：表面處理后提高壽命顯著提高(Mo、WC/Co)。2)機械閥門：表面處理后提高壽命三倍以上（Co基、WC-Co）。3.節(jié)約貴重材料：許多零件可以采用復(fù)合結(jié)構(gòu)如閥門、高級模具。4.實現(xiàn)材料表面復(fù)合化，解決單一材料無法解決的問題。如：切削刀具：CVD鍍TiN、TiC薄膜。5.良好的節(jié)能、節(jié)材效果。如：發(fā)熱元件表面的遠紅外輻射涂層，能提高熱效率；汽車發(fā)動機全鋁化、鋁合金氣缸套的耐磨涂層使用。

119表面工程的意義1.滿足社會生產(chǎn)及人民生活的需要35表面工程的意義6.

促進了新興工業(yè)的發(fā)展。1)熱障涂層：ZrO2·Y2O3、ZrO2·MgO、ZrO2·CeO2等。2)燒蝕涂層：有機材料加石英纖維、陶瓷纖維或碳纖維。3)超大規(guī)模集成電路中的金剛石薄膜（CVD技術(shù)）、絕緣膜、導(dǎo)電涂層等。4)非晶態(tài)薄膜：氣相沉積、電鍍、刷鍍、激光、電子束等方法制造。5)原子核反應(yīng)器中的高溫抗氧化涂層。6)納米涂層：納米結(jié)構(gòu)ZrO2?Y2O3涂層、Al2O3涂層及WC-Co涂層。120表面工程的意義6.促進了新興工業(yè)的發(fā)展。36表面工程的意義7.表面工程促進了機械維修創(chuàng)新-再制造1984年美國“技術(shù)評論”提倡舊品翻新或再生并稱為“重新制造”，2005年美國再制造產(chǎn)值已超過1000億美元，100萬人就業(yè)。德國大眾從1941年開始再制造，到2004年已再制造發(fā)動機748萬臺，變速器240萬臺。以色列將一臺價值200萬美元廢舊波音747客機再制造成貨機后，售價達到8000萬美元。再制造成本節(jié)約50%，節(jié)能60%，節(jié)材70%。再制造目前已在我國得到了廣泛的重視。2009年11月，工業(yè)與信息化部啟動了包括工程機械、礦采機械、機床、船舶、再制造產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)等在內(nèi)的8大領(lǐng)域35家企業(yè)的再制造試點工作。2009年12月8日，國務(wù)院總理溫家寶就再制造作出了重要批示。121表面工程的意義7.表面工程促進了機械維修創(chuàng)新-再制造37表面工程技術(shù)的發(fā)展

1.傳統(tǒng)的表面工程技術(shù)：表面熱處理、表面滲碳及油漆技術(shù)。秦兵馬俑寶劍表面是采用鉻鹽氧化工藝處理；“唐三彩”及“景泰藍”的處理工藝。高分子涂裝技術(shù)：50年代油性涂料、天然樹脂涂料→合成樹脂→水系涂料。傳統(tǒng)的表面淬火：火焰加熱→高頻加熱→激光束、電子束淬火。滲碳工藝：自動控制、離子滲碳改善滲碳質(zhì)量和速度。電鍍及電刷鍍技術(shù)：純金屬鍍Zn、Cr、Ni、Cu(Cu-Ni-Cr)→鍍覆多種合金→復(fù)合金屬陶瓷鍍層→納米刷鍍層。熱噴涂技術(shù)：裝飾性和防護性涂層到制備各種功能性涂層，如：氣閥涂層、活塞環(huán)涂層等。122表面工程技術(shù)的發(fā)展1.傳統(tǒng)的表面工程技術(shù)：表面熱處理、表表面工程技術(shù)的發(fā)展2.

新的表面工程技術(shù)激光表面處理:激光表面淬火、激光熔敷、激光表面合金化、激光熔凝及激光非晶化等。電子束表面處理：電子束淬火、電子束表面合金化、電子束熔敷、電子束非晶化及熔凝。離子注入：可獲得過飽和固溶體、非晶態(tài)和某些化合物。化學(xué)氣相沉積（CVD）。物理氣相沉積（PVD）法：真空蒸發(fā)、濺射、離子鍍等方法沉積成膜。123表面工程技術(shù)的發(fā)展2.新的表面工程技術(shù)39表面工程技術(shù)的發(fā)展3.表面工程概念的提出和發(fā)展的重要標志表面工程概念的提出始于20世紀80年代；重要標志：1983英國伯明翰大學(xué)表面工程研究所的建立；1985年《表面工程》國際刊物的發(fā)行。1985年召開了第一屆國際表面工程會議。1986年10月在布達佩斯召開的國際熱處理聯(lián)合會決定接受表面工程學(xué)科，并改名為國際熱處理及表面工程聯(lián)合會。1987年中國機械工程學(xué)會表面工程研究所成立。1988年中國《表面工程》創(chuàng)刊發(fā)行，1998年改名為《中國表面工程》。1993年中國機械工程學(xué)會表面工程分會成立。124表面工程技術(shù)的發(fā)展3.表面工程概念的提出和發(fā)展的重要標志4表面工程技術(shù)的分類

1.按工藝特點進行分類：電鍍、化學(xué)鍍、熱滲鍍、熱噴涂、堆焊、化學(xué)轉(zhuǎn)化膜、涂裝、表面彩色、氣相沉積、“三束”改性及表面熱處理，形變強化及襯里。2.按學(xué)科特點分類1)表面合金化技術(shù)：噴熔、堆焊、離子注入、激光熔敷、熱滲鍍等。2)表面覆層與覆膜技術(shù)：熱噴涂、電鍍、化學(xué)鍍、化學(xué)轉(zhuǎn)化處理、氣相沉積、涂裝、堆焊、金屬染色、熱滲鍍等。3)表面組織轉(zhuǎn)化技術(shù)：激光、電子束熱處理以及噴丸、輥壓等表面加工硬化技術(shù)。125表面工程技術(shù)的分類1.按工藝特點進行分類：電鍍、化學(xué)鍍、表面工程技術(shù)的分類3.按作用原理分類：1)原子沉積：電鍍、化學(xué)鍍、PVD用CVD等。2)顆粒沉積：熱噴涂、搪瓷涂敷等。3)整體涂層：包箔、貼片、熱浸鍍、涂刷、堆焊等。4)表面改性：噴丸、化學(xué)熱處理、激光表面處理、電子束表面處理、離子注入等。126表面工程技術(shù)的分類3.按作用原理分類：42表面工程技術(shù)的分類4.按表面改性的目的或性質(zhì)分類1)表面減摩和耐磨技術(shù)2)表面耐蝕抗氧化技術(shù)3)表面強化（提高疲勞強度）技術(shù)4)表面裝飾技術(shù)5)功能表面技術(shù)6)表面修復(fù)技術(shù)127表面工程技術(shù)的分類4.按表面改性的目的或性質(zhì)分類43表面工程技術(shù)的分類5.按表面工程技術(shù)的特點1)表面改性技術(shù)：激光淬火、感應(yīng)加熱淬火、噴丸、PVD、CVD、化學(xué)溶液沉積法、熱噴涂與噴熔、堆焊等。2)表面微細加工技術(shù)：光刻和腐蝕、離子束刻蝕。3)表面加工三維成型技術(shù)：快速原型制造、無?？焖僦圃旒夹g(shù)。4)表面合成新材料技術(shù)。128表面工程技術(shù)的分類5.按表面工程技術(shù)的特點44表面工程技術(shù)的分類6.按表面改性的機制分類：1)表面合金化：離子轟擊熱處理、化學(xué)熱處理、激光化學(xué)熱處理、離子注入、離子混合或重熔。2)表面相變改性：激光束加熱、電子束加熱、感應(yīng)加熱、火焰加熱。3)表面覆蓋層改性：物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、電鍍、化學(xué)鍍、熱噴涂、有機無機涂層4)表面形變改性：噴丸、噴砂、碾（滾）壓。129表面工程技術(shù)的分類6.按表面改性的機制分類：45表面工程技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

航天航空、機械、電子、冶金、能源、交通、石油、化工、食品、輕紡等，并在高科技領(lǐng)域得到了應(yīng)用。130表面工程技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域46表面工程技術(shù)的應(yīng)用—航天航空國產(chǎn)直-8AEW艦載預(yù)警直升機131表面工程技術(shù)的應(yīng)用—航天航空國產(chǎn)直-8AEW艦載預(yù)警直升機4表面工程技術(shù)的應(yīng)用—航天航空國產(chǎn)ARJ21支線客機132表面工程技術(shù)的應(yīng)用—航天航空國產(chǎn)ARJ21支線客機48表面工程技術(shù)的應(yīng)用—航天航空武直-10133表面工程技術(shù)的應(yīng)用—航天航空武直-1049表面工程技術(shù)的應(yīng)用—航天航空殲10戰(zhàn)斗機134表面工程技術(shù)的應(yīng)用—航天航空殲10戰(zhàn)斗機50表面工程技術(shù)的應(yīng)用—航天航空殲21戰(zhàn)斗機135表面工程技術(shù)的應(yīng)用—航天航空殲21戰(zhàn)斗機51表面工程技術(shù)的應(yīng)用—航天航空殲31型隱身戰(zhàn)機(2012.10.31)136表面工程技術(shù)的應(yīng)用—航天航空殲31型隱身戰(zhàn)機(2012.10表面工程技術(shù)的應(yīng)用—航天航空1.絕熱涂層（TBCs）；2.沖蝕涂層(高溫);3.封嚴涂層；4.腐蝕涂層（熱腐蝕）；5.燒蝕涂層；6.吸收涂層。137表面工程技術(shù)的應(yīng)用—航天航空1.絕熱涂層（TBCs）；53表面工程技術(shù)的應(yīng)用—景泰藍工藝品138表面工程技術(shù)的應(yīng)用—景泰藍工藝品54表面工程技術(shù)的應(yīng)用—水力發(fā)電長江三峽大壩139表面工程技術(shù)的應(yīng)用—水力發(fā)電長江三峽大壩55表面工程技術(shù)的應(yīng)用—鋼結(jié)構(gòu)防腐廣州電視塔140表面工程技術(shù)的應(yīng)用—鋼結(jié)構(gòu)防腐廣州電視塔56表面工程技術(shù)的應(yīng)用—鐵路交通和諧號高速列車141表面工程技術(shù)的應(yīng)用—鐵路交通和諧號高速列車57表面工程技術(shù)的應(yīng)用—鉆井平臺深水半潛式鉆井平臺COSLINNOVATOR(2011.10)142表面工程技術(shù)的應(yīng)用—鉆井平臺深水半潛式鉆井平臺COSLINN表面工程技術(shù)的應(yīng)用—艦船遼寧艦航母143表面工程技術(shù)的應(yīng)用—艦船遼寧艦航母59表面工程技術(shù)的應(yīng)用—艦船遼寧艦航母144表面工程技術(shù)的應(yīng)用—艦船遼寧艦航母60表面工程技術(shù)在船舶機械零件中的應(yīng)用表面工程技術(shù)在柴油機氣閥中的應(yīng)用。表面工程技術(shù)在曲軸等軸類零件中的應(yīng)用。表面工程技術(shù)在柴油機氣缸蓋閥座中的應(yīng)用。表面工程技術(shù)在尾軸耐磨襯套中的應(yīng)用。表面工程技術(shù)在柴油機燃燒室中的應(yīng)用。表面工程技術(shù)在船舶鋼構(gòu)件防腐中的應(yīng)用。表面工程技術(shù)在巴氏合金薄壁軸瓦中的應(yīng)用。表面工程技術(shù)在船舶其它機械零件中的應(yīng)用。

145表面工程技術(shù)在船舶機械零件中的應(yīng)用表面工程技術(shù)在柴油機氣閥中表面工程技術(shù)在柴油機氣閥中的應(yīng)用1.涂層功能：恢復(fù)尺寸、高溫耐磨及腐蝕。2.涂層材料：Ni、Co基合金、WC-Co-Cr等。3.工藝方法：等離子弧堆焊;激光熔敷火焰噴熔;真空熔燒;HVOF。146表面工程技術(shù)在柴油機氣閥中的應(yīng)用1.涂層功能：恢復(fù)尺寸、高表面工程技術(shù)在柴油機氣閥中的應(yīng)用147表面工程技術(shù)在柴油機氣閥中的應(yīng)用63表面工程技術(shù)在曲軸等軸類零件中的應(yīng)用

1.涂層功能：恢復(fù)尺寸、耐磨2.涂層材料：Cr、Ni、Fe基合金3.工藝方法：電鍍技術(shù)：鍍鐵、鍍鉻、刷鍍；