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表面工程設計及表面工程經濟主講人:二○○九年七月2一、表面工程設計

1.表面工程設計系統(tǒng)

表面工程設計系統(tǒng)包括：材料表面鍍涂層或處理層的成分、結構、厚度、結合強度以及各種要求的性能；基體材料的成分、結構和狀態(tài)等；實施表面處理或加工的流程、設備、工藝、檢驗等綜合的管理、經濟、環(huán)保等分析設計。3

2.表面工程設計內容

表面工程設計包括：（1）所采用的材料、表面和表面層類型（表面改性、薄膜和涂層統(tǒng)稱為涂鍍膜層）；（2）滿足環(huán)境和功能要求的表面層體系，由一種或幾種膜層組合的體系；（3）實施這種組合體系所需的工藝技術與途徑；（4）工藝過程控制；（5）測試方法與檢驗標準。5

4.表面涂鍍膜層設計的通用原則（1）涂鍍膜層應具有優(yōu)良的性能，滿足運行條件與環(huán)境狀況的要求；（2）涂鍍膜層與零件材質、性能的適應性要好；（3）涂鍍膜層及其涂覆工藝不會降低基材的力學性能；（4）工藝技術上的可靠性；（5）經濟上的合理性；（6）考慮環(huán)境影響；（7）綜合考慮。6

5.補充原則（1）涂鍍膜層材料的物理化學性能（2）涂鍍膜層的厚度，不僅是涂鍍膜層使用壽命的重要因素，還與結合力及對基材力學性能的影響大小有關，更與涂覆工藝密切相關；（3）涂膜層與基體結合強度；（4）零件允許受熱情況（5）批量生產要特別考慮經濟上的合理性和涂膜層質量的可靠性與穩(wěn)定性；（6）對工廠施工還是現(xiàn)場施工的可能性進行分析，確定符合實際的，能生產出高質量涂鍍層的施工地點。7

材料逆向設計步驟：①通過數值模擬、材料動態(tài)失效分析，研究材料失效的機理、本質。②根據失效的機理對復合材料進行表面材料逆向設計，根據表層破壞的形式，對性能的要求設計基體和表面涂層材料。9例：氣缸缸套等離子噴涂耐磨涂層表1各種噴涂材料的性價比10

從噴涂材料的耐滑動磨損性能來看，納米摻雜涂層的經濟效益是最優(yōu)異的，普通WC-Co涂層次之，NiCr-Cr3C2涂層較好。從氣缸缸套的實際工作情況來看，納米摻雜材料優(yōu)異的抗磨損能力會導致活塞環(huán)的磨損加劇，增加了缸套實際的成本?？紤]到氣缸工作過程中存在的粘著磨損和高溫氣流造成的腐蝕磨損，NiCr-Cr3C2涂層在高溫下生成的Cr2O3氧化膜，致密并且具有良好的韌性，導熱性好，能迅速使熱擴散，并且具有良好的抗氧化性。同時NiCr-Cr3C2

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