材料表面工程(一、二)

材料表面工程(一、二)第一頁(yè)，共170頁(yè)。

總成績(jī)

=平時(shí)成績(jī)（30%）+筆試（70%）平時(shí)成績(jī)

=課堂（20%）+作業(yè)(10%)

出勤:每遲到一次或早退一次扣2分；請(qǐng)事假扣1分；每曠課一次扣3分，超過(guò)3次不能參加考試。

課堂成績(jī)：隨堂回答上節(jié)課和隨堂的問(wèn)題（搶答+點(diǎn)名）根據(jù)回答或補(bǔ)充的質(zhì)量打分（0~5分）

作業(yè):1.老師布置的作業(yè)（上周的作業(yè)下周交，過(guò)時(shí)不補(bǔ)交）；2.自己就某一表面技術(shù)寫一篇綜述考試方式：待定課程考核規(guī)則第二頁(yè)，共170頁(yè)。課程簡(jiǎn)介較為全面系統(tǒng)地學(xué)習(xí)材料表面工程的理論與技術(shù)。在表面工程理論部分重點(diǎn)學(xué)習(xí)材料表面的物理、化學(xué)基礎(chǔ)；在表面工程技術(shù)部分學(xué)習(xí)多種實(shí)用表面工程技術(shù)的基本原理、設(shè)備和工藝；在表面工程技術(shù)的測(cè)試分析部分重點(diǎn)學(xué)習(xí)材料表面的測(cè)試分析儀器、原理、方法等內(nèi)容。本課程具有“綜合、復(fù)合、交叉、系統(tǒng)”的特色，重視表面技術(shù)的應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)理論密切聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際，著力提高學(xué)生分析和解決表面工程問(wèn)題的能力。第三頁(yè)，共170頁(yè)。教學(xué)目的3.系統(tǒng)掌握現(xiàn)代材料表面處理技術(shù)的基本原理5.能合理選擇并運(yùn)用表面處理技術(shù)對(duì)材料表面進(jìn)行改性，解決工程中的實(shí)際問(wèn)題1.

了解材料的表面結(jié)構(gòu)2.掌握材料表面工程的基礎(chǔ)理論4.掌握材料表面的測(cè)試分析技術(shù)第四頁(yè)，共170頁(yè)。教材及參考資料第五頁(yè)，共170頁(yè)。第一章緒論第二章表面工程的基礎(chǔ)理論第三章材料表面預(yù)處理第四章表面形變強(qiáng)化技術(shù)第五章高能束表面改性技術(shù)第六章熱噴涂與堆焊技術(shù)第七章電鍍與化學(xué)鍍第八章氣相沉積技術(shù)第九章熱擴(kuò)散技術(shù)第十章測(cè)試與分析總目錄第六頁(yè)，共170頁(yè)。第一章緒論表面工程的定義：表面工程是指在不改變基體材料成分，不削弱基體強(qiáng)度的條件下，利用各種表面處理、表面涂層和表面改性技術(shù)作用于材料或工件的表面以獲得預(yù)想的性能。表面工程包含了從設(shè)計(jì)、選材、表面工藝、表面質(zhì)量控制與檢測(cè)、工程應(yīng)用以及失效分析等，是一個(gè)系統(tǒng)的工程。第七頁(yè)，共170頁(yè)。

表面工程是以表面科學(xué)為理論基礎(chǔ)，將材料的表面與基體一起作為一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，利用各種表面技術(shù)，使材料的表面獲得材料本身沒(méi)有而又希望具有的性能的系統(tǒng)工程。主要通過(guò)表面改性和表面涂覆技術(shù)來(lái)提高材料抵御環(huán)境作用能力和賦予材料表面某種功能特性。表面改性技術(shù)：用機(jī)械、物理、化學(xué)等方法，改變材料表面的形貌、化學(xué)成分、相組成、微觀結(jié)構(gòu)、缺陷狀態(tài)或應(yīng)力狀態(tài)。表面涂覆：主要采用各種涂層技術(shù)。第一章緒論第八頁(yè)，共170頁(yè)。人們對(duì)表面上可開(kāi)展的工作形成的共識(shí)：（1）任何物體都包含表面。（2）任何工程，任何產(chǎn)品都不可能回避表面。（3）表面與基體是不可分割的。（4）表面工程技術(shù)可以對(duì)表面做有效的改進(jìn)。（5）任何重大工程或產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造都應(yīng)將表面與基體作為一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與制造才能獲得理想的結(jié)果。第一章緒論第九頁(yè)，共170頁(yè)。表面科學(xué)與工程學(xué)科的重要性表面科學(xué)的進(jìn)步是國(guó)家繁榮的象征表面工程的發(fā)展促進(jìn)了產(chǎn)品質(zhì)量的提高表面技術(shù)是高附加值的技術(shù)，能夠產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益表面技術(shù)的發(fā)展能夠帶動(dòng)相關(guān)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步第一章緒論第十頁(yè)，共170頁(yè)。表面工程的工程意義與科學(xué)價(jià)值RawmaterialTechnologyProduct+ProductSurfaceEngineeringGoodproduct第一章緒論第十一頁(yè)，共170頁(yè)。工程意義*提高材料和工件的可靠性，延長(zhǎng)其使用壽命*制備具有特殊功能的表面*對(duì)節(jié)能降耗與再制造的特殊貢獻(xiàn)*滿足人們精神文化生活的需要科學(xué)價(jià)值

*材料制備與合成的新技術(shù)*為新技術(shù)發(fā)展提供工藝和材料支持*多學(xué)科交叉，促進(jìn)新的學(xué)術(shù)研究課題第一章緒論第十二頁(yè)，共170頁(yè)。

19世紀(jì)工業(yè)革命以來(lái)，為適應(yīng)高強(qiáng)度、高硬度和耐磨、耐蝕、耐高溫等特殊要求，需不斷開(kāi)發(fā)各種特殊的合金材料，但這些材料往往價(jià)格昂貴。因此，人們?cè)噲D采用各種表面技術(shù)對(duì)普通鋼材表面進(jìn)行加工，改變其表面性能，以適應(yīng)復(fù)雜的工作環(huán)境。另外，磨損、腐蝕等失效都是首先發(fā)生在材料表面，通過(guò)對(duì)材料表面進(jìn)行有效處理，可極大地提高材料壽命?；谶@樣的背景，逐步形成了一門新興學(xué)科—表面工程學(xué)。

表面工程及其發(fā)展

背景第十三頁(yè)，共170頁(yè)。表面工程的發(fā)展形成一門獨(dú)立的學(xué)科第十四頁(yè)，共170頁(yè)。表面工程的發(fā)展第一階段：以單一表面工程技術(shù)的品種增加，工藝成熟為主要特征。第二階段：以復(fù)合表面工程技術(shù)的出現(xiàn)和協(xié)同創(chuàng)新為主要特征，即將兩種或多種傳統(tǒng)的表面技術(shù)復(fù)合應(yīng)用，起到“1+1>2”的協(xié)同效果。第三階段：以微納米材料和納米技術(shù)與傳統(tǒng)表面工程技術(shù)的結(jié)合與實(shí)用化為主要特征。第十五頁(yè)，共170頁(yè)。秦王劍的發(fā)現(xiàn)，在兵馬俑出土的青銅劍兩千年不折，從二號(hào)坑出土的青銅劍，長(zhǎng)86厘米劍身上有8個(gè)棱面，極為對(duì)稱均衡。秦王劍的發(fā)現(xiàn)歷經(jīng)兩千多年年，從地下出土，卻無(wú)蝕無(wú)銹，光潔如新。用現(xiàn)代科學(xué)方法檢測(cè)分析，這些青銅劍表面竟涂有一層厚約10微米的氧化膜，其中含鉻2%。秦王劍的發(fā)現(xiàn)立即震動(dòng)了世界，因?yàn)檫@種鉻鹽氧化處理是近代才掌握的先進(jìn)工藝。據(jù)說(shuō)德國(guó)在1937年，美國(guó)在1950年才先后發(fā)明并申請(qǐng)專利，而且只有在一套比較復(fù)雜的設(shè)備和工藝流程下才得以實(shí)現(xiàn)。表面工程的發(fā)展第十六頁(yè)，共170頁(yè)。古青銅鏡是實(shí)用器物,也是珍貴的藝術(shù)品。在我國(guó)已出土的青銅鏡中,有的表面漆黑發(fā)亮,少有銹蝕痕跡,具有很高的鑒賞價(jià)值,金石學(xué)家稱之“黑漆古”。黑漆古之名在宋代的書(shū)籍中即已出現(xiàn)。對(duì)黑漆古表面層的研究,從宋代就已開(kāi)始,歷代學(xué)者都做了不少工作。分析發(fā)現(xiàn)過(guò)量錫及一定量硅富集于表面,形成的氧化物層以超微細(xì)多晶顆粒存在,因此極耐腐蝕,而且成功地保護(hù)了青銅合金基體。表面工程的發(fā)展第十七頁(yè)，共170頁(yè)。表面工程的發(fā)展第十八頁(yè)，共170頁(yè)。表面工程的發(fā)展表面工程的發(fā)展第十九頁(yè)，共170頁(yè)。薄膜技術(shù)表面處理涂、鍍層技術(shù)

表面改性技術(shù)表面工程表面工程技術(shù)的分類表面工程的簡(jiǎn)單分類第二十頁(yè)，共170頁(yè)。表面工程技術(shù)的分類表面改性

(通過(guò)改變基質(zhì)材料成分，達(dá)到改善性能的目的，不附加膜層）2.表面處理（不改變表面材質(zhì)成分，只改變基質(zhì)材料的組織結(jié)構(gòu)及應(yīng)力，達(dá)到改善性能的目的，不附加膜層。）3.表面涂覆（在基質(zhì)材料表面上制備涂覆層，涂覆層的材料成分、組織、應(yīng)力按照需要制備。）4.復(fù)合表面技術(shù)（綜合運(yùn)用多種表面工程技術(shù)，通過(guò)發(fā)揮各表面工程技術(shù)的協(xié)同效應(yīng)達(dá)到改善表面性能的目的。）5.納米表面工程（以傳統(tǒng)表面工程技術(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)引入納米材料、納米技術(shù)達(dá)到進(jìn)一步提升表面性能的目的。）第二十一頁(yè)，共170頁(yè)。表面工程技術(shù)的分類表面改性技術(shù)擴(kuò)散滲入離子注入轉(zhuǎn)化膜技術(shù)非金屬元素表面擴(kuò)滲金屬元素表面擴(kuò)滲復(fù)合元素表面擴(kuò)滲非金屬離子注入金屬離子注入復(fù)合金屬離子注入電化學(xué)轉(zhuǎn)化膜化學(xué)轉(zhuǎn)化膜金屬著色技術(shù)第二十二頁(yè)，共170頁(yè)。表面工程技術(shù)的分類表面處理技術(shù)表面淬火處理表面變形處理表面納米化加工技術(shù)感應(yīng)加熱表面淬火激光加熱表面淬火電子束加熱表面淬火噴丸輥壓孔擠第二十三頁(yè)，共170頁(yè)。表面工程技術(shù)的分類3、表面涂覆技術(shù)：電鍍、化學(xué)鍍、氣相沉積、熱噴涂、堆焊、熔覆、熱浸鍍、黏涂、涂裝……4、復(fù)合表面工程技術(shù)：是對(duì)上述三類技術(shù)的綜合應(yīng)用，可以克服單一表面工程技術(shù)的局限性5、納米表面工程技術(shù)：在基質(zhì)表面制備含納米顆粒的復(fù)合涂層或具有納米結(jié)構(gòu)的表面第二十四頁(yè)，共170頁(yè)。從材料科學(xué)的角度，按沉積物的尺寸，表面工程技術(shù)可以分為以下四種基本類型：（1）原子沉積。

以原子、離子、分子和粒子集團(tuán)等原子尺度的粒子形態(tài)在基體上凝聚，然后成核、長(zhǎng)大，最終形成薄膜。被吸附的粒子處于快冷的非平衡態(tài)，沉積層中有大量結(jié)構(gòu)缺陷。沉積層常和基體反應(yīng)生成復(fù)雜的界面層。凝聚成核及長(zhǎng)大的模式，決定著涂層的顯微結(jié)構(gòu)和晶型。電鍍、化學(xué)鍍、真空蒸鍍、濺射、離子鍍、物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、等離子聚合、分子束外延等均屬這類。

表面工程技術(shù)的分類第二十五頁(yè)，共170頁(yè)。表面工程技術(shù)的分類（2）顆粒沉積。

以宏觀尺度的熔化液滴或細(xì)小固體顆粒在外力作用下于基體材料表面凝聚、沉積或燒結(jié)。涂層的顯微結(jié)構(gòu)取決于顆粒的凝固或燒結(jié)情況。熱噴涂、搪瓷涂敷等都屬這類。（3）整體覆蓋。欲涂覆的材料于同一時(shí)間施加于基體表面。如包箔、貼片、熱浸鍍、涂刷、堆焊等。（4）表面改性。用離子處理、表面熱處理、機(jī)械處理及化學(xué)處理等方法處理表面，改變材料表面的組成及性質(zhì)。如化學(xué)轉(zhuǎn)化膜、噴丸強(qiáng)化、激光表面處理、電子束表面處理、離子注入等。第二十六頁(yè)，共170頁(yè)。表面工程技術(shù)的分類基于材料分類第二十七頁(yè)，共170頁(yè)。按工藝特點(diǎn)分類第二十八頁(yè)，共170頁(yè)。表面工程技術(shù)的涵義實(shí)際上，表面工程技術(shù)有著廣泛的涵義，綜合來(lái)看，大致上可分為以下幾個(gè)部分：（1）表面工程基礎(chǔ)理論它主要有表面失效分析理論、表面摩擦與磨損理論、表面腐蝕與防護(hù)理論、表面(界面)結(jié)合與復(fù)合理論等。它對(duì)表面工程技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用有著直接的、重要的影響。第二十九頁(yè)，共170頁(yè)。表面工程技術(shù)的分類（2）表面處理技術(shù)。它又包括表面覆蓋技術(shù)、表面改性技術(shù)和復(fù)合表面處理技術(shù)三部分。表面覆蓋技術(shù)主要有電鍍、電刷鍍、化學(xué)鍍、涂裝、粘結(jié)、堆焊、熔結(jié)、熱噴涂、塑料涂敷、電火花涂敷、熱浸鍍、搪瓷涂敷、陶瓷涂敷、真空蒸鍍、濺射鍍、離子鍍、化學(xué)氣相沉積、分子束外延、離子束合成薄膜技術(shù)、化學(xué)轉(zhuǎn)化膜、熱燙印和暫時(shí)性覆蓋處理等。表面改性技術(shù)主要有噴丸強(qiáng)化、表面擴(kuò)滲、表面熱處理、激光表面處理、電子束表面處理、高密度太陽(yáng)能表面處理和離子注入等。復(fù)合表面處理技術(shù)是綜合運(yùn)用兩種或更多種表面處理技術(shù)。第三十頁(yè)，共170頁(yè)。表面工程技術(shù)的分類（3）表面加工技術(shù)。它主要有表面預(yù)處理加工、表面層的機(jī)械加工和表面層的特種加工等。（4）表面分析和測(cè)試技術(shù)。它主要有表面形貌和顯微組織結(jié)構(gòu)的分析、表面成分分析、表面原子排列結(jié)構(gòu)分析、表面原子動(dòng)態(tài)和受激態(tài)分析和表面的電子結(jié)構(gòu)分析等。（5）表面工程技術(shù)設(shè)計(jì)。它主要有表面層材料設(shè)計(jì)、表面層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、表面工藝設(shè)計(jì)和表面工程經(jīng)濟(jì)分析等。第三十一頁(yè)，共170頁(yè)。表面工程技術(shù)的意義零件在服役過(guò)程中,主要失效的形式為：腐蝕(Corrosion)、磨損(Wear)、疲勞(Fatigue)、斷裂(Fracture)背景：現(xiàn)代工業(yè)要求產(chǎn)品能在更高參數(shù)(如高溫,高壓,高速)、高度自動(dòng)化和更惡劣的工況條件下更長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn).這就必然對(duì)工件表面的抗磨損、耐腐蝕等性能提出了更高的要求。第三十二頁(yè)，共170頁(yè)。表面工程的功能1.提高耐磨性、耐蝕性、耐疲勞、抗氧化、防輻射性能硬質(zhì)合金可用來(lái)制作鑿巖工具、采掘工具、鉆探工具等。碳化鈦涂層刀具，刀具的基體是鎢鈦鈷硬質(zhì)合金或鎢鈷硬質(zhì)合金，表面碳化鈦涂層的厚度不過(guò)幾微米，但是與同牌號(hào)的合金刀具相比，使用壽命延長(zhǎng)了3倍，切削速度提高25％～50％。20世紀(jì)70年代已出現(xiàn)第四代涂層工具，可用來(lái)切削很難加工的材料。第三十三頁(yè)，共170頁(yè)。表面工程的功能第三十四頁(yè)，共170頁(yè)。表面工程的功能2.提高表面的自潤(rùn)滑性自潤(rùn)滑軸承。以其獨(dú)特的性能及其經(jīng)濟(jì)性在國(guó)內(nèi)外廣泛的運(yùn)用。該銅套基體采用高強(qiáng)度高硬度銅合金，比普通銅套硬度，強(qiáng)度提高一倍多。表面鉆孔鑲嵌石墨為主的含油固體潤(rùn)滑劑，潤(rùn)滑面積約占25%，軸承運(yùn)行時(shí)自身產(chǎn)生一層固體-液體混合潤(rùn)滑膜，起到減少摩擦的效果，大大的提升了銅套本身性能。第三十五頁(yè)，共170頁(yè)。表面工程的功能3.實(shí)現(xiàn)表面的自修復(fù)性（自適應(yīng)、自補(bǔ)償、自愈合）第三十六頁(yè)，共170頁(yè)。表面工程的功能4.實(shí)現(xiàn)表面的生物相容性第三十七頁(yè)，共170頁(yè)。表面工程的功能5.改善表面的傳熱性或隔熱性第三十八頁(yè)，共170頁(yè)。表面工程的功能6.改善表面的導(dǎo)電性或絕緣性7.改善表面的導(dǎo)磁性、磁記憶性或屏蔽性8.改善表面的增光性、反光性或吸波性9.改善表面的潤(rùn)濕性或憎水性10.改善表面的黏著性或不黏性11.改善表面的吸油性或干摩性12.改善表面的摩擦因數(shù)13.改善表面的裝飾性或仿古做舊等第三十九頁(yè)，共170頁(yè)。飛船或者洲際導(dǎo)彈的頭部錐體和翼前沿：由于具有幾十倍的音速，并與大氣層摩擦，即所謂氣動(dòng)加熱，其溫度高達(dá)4000～5000℃：?jiǎn)栴}：絕大多數(shù)的金屬和合金不能承受如此高的溫度。解決問(wèn)題的方法：依靠各種形式的隔熱涂層、防火涂層和燒蝕涂層。隔熱防火涂層是熱導(dǎo)率低的氧化物：氧化鋁、氧化鋯、氧化釷等。燒蝕涂層：有機(jī)材料加石英纖維、陶瓷纖維或碳纖維。表面工程的功能應(yīng)用實(shí)例第四十頁(yè)，共170頁(yè)。高溫鈦合金鈮合金（帶高溫抗氧化涂層）姿/軌控發(fā)動(dòng)機(jī)推力室

嫦娥探月工程實(shí)例-高溫抗氧化涂層

第四十一頁(yè)，共170頁(yè)。航天飛機(jī)外殼防熱材料和涂層：如美國(guó)洛克希德導(dǎo)彈與航天公司了一種LI-900全氧化硅絕熱氈特性：1）

重量輕，整個(gè)體積的95%都是空的。2）

為防水、耐蝕、散熱，表面加涂了一種碳化硅涂層，該涂層可把90%的入射熱反射掉，而剩下10%幾乎都被氧化硅氈所隔絕。應(yīng)用實(shí)例表面工程的功能第四十二頁(yè)，共170頁(yè)。在太陽(yáng)能的利用中，必須利用涂層來(lái)吸收太陽(yáng)光譜中所有波段的能量。如用電子束蒸鍍的金屬陶瓷層Co-Al2O3作為太陽(yáng)能吸熱器，使對(duì)太陽(yáng)能的吸收率可達(dá)95%表面工程的功能第四十三頁(yè)，共170頁(yè)。

在單一表面技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，綜合運(yùn)用兩種或多種表面技術(shù)的復(fù)合表面技術(shù)（也稱第二代表面技術(shù)）有了迅速的發(fā)展。復(fù)合表面技術(shù)通過(guò)最佳協(xié)同效益使工件材料表面體系在技術(shù)指標(biāo)、可靠性、壽命、質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性等方面獲得最佳的效果，克服了單一表面技術(shù)存在的局限性，解決了一系列工業(yè)關(guān)鍵技術(shù)和高新技術(shù)發(fā)展中特殊的技術(shù)問(wèn)題。強(qiáng)調(diào)多種表面工程技術(shù)的復(fù)合，是表面工程的重要特色之一。表面工程的發(fā)展趨勢(shì)

一、研究復(fù)合表面技術(shù)第四十四頁(yè)，共170頁(yè)。成分復(fù)合、工藝復(fù)合是表面復(fù)合技術(shù)的主要特征

目前，復(fù)合表面工程技術(shù)的研究和應(yīng)用已取得了重大進(jìn)展，如熱噴涂和激光重熔的復(fù)合、熱噴涂與刷鍍的復(fù)合、化學(xué)熱處理與電鍍的復(fù)合、表面涂覆強(qiáng)化與噴丸強(qiáng)化的復(fù)合、表面強(qiáng)化與固體潤(rùn)滑層的復(fù)合、多層薄膜技術(shù)的復(fù)合、金屬材料基體與非金屬表面復(fù)合、鍍鋅或磷化與有機(jī)漆的復(fù)合、滲碳與鈦沉積的復(fù)合、物理和化學(xué)氣相沉積同時(shí)進(jìn)行離子注入等等。伴隨復(fù)合表面工程技術(shù)的發(fā)展，梯度涂層技術(shù)也獲得較大發(fā)展，以適應(yīng)不同涂覆層之間的性能過(guò)渡。復(fù)合表面工程技術(shù)將在新世紀(jì)中不斷得到發(fā)展，今后將根據(jù)產(chǎn)品的需要進(jìn)一步綜合研究運(yùn)用各種表面工程技術(shù)的組合，解決工程中的難題，以期達(dá)到最佳的優(yōu)化效果。表面工程的發(fā)展趨勢(shì)第四十五頁(yè)，共170頁(yè)。

表面工程技術(shù)設(shè)計(jì)是針對(duì)工程對(duì)象的工況條件和設(shè)備中零部件等壽命的要求，綜合分析可能的失效形式與表面工程的進(jìn)展水平，正確選擇表面技術(shù)或多種表面技術(shù)的復(fù)合，合理確定涂層材料及工藝，預(yù)測(cè)使用壽命，評(píng)估技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，必要時(shí)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，并編寫表面工程技術(shù)設(shè)計(jì)書(shū)和工藝卡片。目前，表面工程技術(shù)設(shè)計(jì)仍基本停留在經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段。有些行業(yè)和企業(yè)針對(duì)自己的工程問(wèn)題開(kāi)發(fā)出了表面工程技術(shù)設(shè)計(jì)軟件，但局限性很大。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、仿真技術(shù)和虛擬技術(shù)的發(fā)展，建立有我國(guó)特色的表面工程技術(shù)設(shè)計(jì)體系既有條件又迫在眉睫。表面工程的發(fā)展趨勢(shì)二、完善表面工程技術(shù)設(shè)計(jì)體系第四十六頁(yè)，共170頁(yè)。

表面工程大量的任務(wù)是使零件、構(gòu)件的表面延緩腐蝕、減少磨損、延長(zhǎng)疲勞壽命。隨著工業(yè)的發(fā)展，在治理這三種失效之外提出了許多特殊的表面功能要求。例如艦船上甲板需要有防滑涂層，現(xiàn)代裝備需要有隱身涂層，軍隊(duì)官兵需要防激光致盲的鍍膜眼鏡，太陽(yáng)能取暖和發(fā)電設(shè)備中需要高效的吸熱涂層和光電轉(zhuǎn)換涂層，錄音機(jī)中需要有磁記錄鍍膜、建筑業(yè)中的玻璃幕墻需要有陽(yáng)光控制膜等等。此外，隔熱涂層、導(dǎo)電涂層、減振涂層、降噪涂層、催化涂層、金屬染色技術(shù)等也有廣泛的用途。在制備功能涂層方面，表面工程也可大顯身手。三、開(kāi)發(fā)多種功能涂層表面工程的發(fā)展趨勢(shì)第四十七頁(yè)，共170頁(yè)。四、研究開(kāi)發(fā)新型涂層材料

表面涂層材料是表面技術(shù)解決工程問(wèn)題的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。當(dāng)前發(fā)展的涂層新材料，有些是單獨(dú)配制或熔煉而成的，有些則是在表面技術(shù)的加工過(guò)程中形成的，后一類涂層材料的誕生，進(jìn)一步顯示了表面工程的特殊功能。轎車涂裝技術(shù)中新發(fā)展的第五代陰極電泳涂料（ED5），其泳透力比前幾代進(jìn)一步提高，有機(jī)溶劑、顏料含量降低，且不含有害金屬鉛，代表了陰極電泳涂料的發(fā)展趨勢(shì)。表面工程的發(fā)展趨勢(shì)以聚氯乙烯樹(shù)脂為主要基料與增塑劑配成的無(wú)溶劑涂料，構(gòu)成了現(xiàn)代汽車涂裝中所用的抗石擊涂料和焊縫密封膠，有效地防止了車身底板和焊縫出現(xiàn)過(guò)早腐蝕，并保證了車身的密封性。粘結(jié)固體潤(rùn)滑涂層材料，在解決航空航天等軍工高科技領(lǐng)域特殊工況條件下的機(jī)械磨損、潤(rùn)滑、粘著冷焊等摩擦學(xué)問(wèn)題中發(fā)揮了重要作用，并在民用真空機(jī)械、低溫設(shè)備上有廣闊的用途。第四十八頁(yè)，共170頁(yè)。五、深化表面工程基礎(chǔ)理論和測(cè)試方法的研究

摩擦學(xué)是表面工程的重要基礎(chǔ)理論之一，近10年來(lái)，針對(duì)具體的工程問(wèn)題，摩擦學(xué)工作者作出了出色的成果，在摩擦副失效點(diǎn)判定、磨損失效的主要模式、磨損失效原因分析及對(duì)策等方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，并在重大工程問(wèn)題上作出了重要貢獻(xiàn)。當(dāng)前研究摩擦學(xué)問(wèn)題的手段越來(lái)越齊全、先進(jìn)，可以模擬各種條件進(jìn)行試驗(yàn)研究，這些試驗(yàn)手段和已積累的研究方法、評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，有力地支持了表面工程的發(fā)展。表面工程的發(fā)展趨勢(shì)

在腐蝕學(xué)研究方面，針對(duì)大氣腐蝕、海洋環(huán)境腐蝕、化工儲(chǔ)罐腐蝕、高溫環(huán)境腐蝕、地下長(zhǎng)輸管線腐蝕、熱交換設(shè)備腐蝕、建筑物中的鋼筋水泥腐蝕等，應(yīng)用各種現(xiàn)代材料進(jìn)行了腐蝕機(jī)理和防護(hù)效果研究，提出了從結(jié)構(gòu)到材料到維護(hù)一整套防腐治理措施。這些研究成果，對(duì)表面工程技術(shù)設(shè)計(jì)有很大的參考價(jià)值。第四十九頁(yè)，共170頁(yè)。無(wú)論用什么表面技術(shù)在零件表面上制備涂覆層，必須掌握涂覆層與基體的結(jié)合強(qiáng)度、涂覆層的內(nèi)應(yīng)力等力學(xué)性能。這是表面工程技術(shù)設(shè)計(jì)的核心參數(shù)之一，也是研究和改進(jìn)表面技術(shù)的重要依據(jù)。對(duì)于涂覆層厚度大于0.15mm的膜層（如熱噴涂涂層），尚可用傳統(tǒng)的機(jī)械方法進(jìn)行測(cè)試，但是對(duì)于涂覆層厚度小于0.15mm的膜層（如氣相沉積幾微米的膜層），傳統(tǒng)的機(jī)械方法已無(wú)能為力。而氣相沉積技術(shù)又發(fā)展得很快，應(yīng)用面越來(lái)越廣，這就使研究新的測(cè)試方法更加緊迫。近10年，一些學(xué)者用劃痕法、Ｘ射線衍射法、納米壓痕法、基片彎曲法等思路和手段對(duì)薄膜的力學(xué)行為進(jìn)行了深入研究，取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但要達(dá)到形成相對(duì)嚴(yán)密自成體系的評(píng)價(jià)方法和技術(shù)指標(biāo)尚有較大差距。表面工程的發(fā)展趨勢(shì)第五十頁(yè)，共170頁(yè)。六、擴(kuò)展表面工程的應(yīng)用領(lǐng)域表面工程已經(jīng)在機(jī)械產(chǎn)品、信息產(chǎn)品、家電產(chǎn)品和建筑裝飾中獲得富有成效的應(yīng)用。但是其深度廣度仍很不夠，不了解和不應(yīng)用表面工程的單位和產(chǎn)品仍很普遍。表面工程的優(yōu)越性和潛在效益仍未很好發(fā)揮，需要作大量的宣傳推廣工作。通過(guò)推廣應(yīng)用表面工程提高產(chǎn)品的質(zhì)量和競(jìng)爭(zhēng)力，也應(yīng)是主要的舉措之一。表面工程的發(fā)展趨勢(shì)第五十一頁(yè)，共170頁(yè)。七、積極為國(guó)家重大工程建設(shè)服務(wù)在新型軍用飛機(jī)的研制過(guò)程中，先進(jìn)的膠粘技術(shù)、特種熱處理技術(shù)、表面改性技術(shù)、薄膜技術(shù)以及涂層技術(shù)都發(fā)揮了重要作用。吸波材料的研制成功為裝備隱形提供了重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。離子注入、離子刻蝕和電子曝光技術(shù)的結(jié)合，形成了集成電路微細(xì)加工技術(shù)，成為制作超大規(guī)模集成電路的重要技術(shù)基礎(chǔ)。在長(zhǎng)江三峽大壩全長(zhǎng)2309.47m中鋼鐵結(jié)構(gòu)閘門就占全長(zhǎng)的72％。在三峽工程中，所有機(jī)械設(shè)備、金屬結(jié)構(gòu)、水工閘門以及隧洞、橋梁、公路、碼頭、儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備都離不開(kāi)表面工程。從表面技術(shù)和涂覆材料的選擇、噴涂工藝的制定到表面電化學(xué)保護(hù)等，都在三峽重大裝備研制項(xiàng)目中占有重要地位。表面工程的發(fā)展趨勢(shì)第五十二頁(yè)，共170頁(yè)。在表面處理時(shí)，自動(dòng)化程度最高的是汽車行業(yè)和微電子行業(yè)。以神龍汽車公司的車身涂裝線為例，涂裝工藝采用三涂層體系（3C3B），即電泳低漆涂層、中間涂層、面漆涂層，涂層總厚度為110～130μm。涂裝廠房為三層，一層為輔助設(shè)備層，二層為工藝層，三層為空調(diào)機(jī)組層。廠房是全封閉式，通過(guò)空調(diào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)工藝層內(nèi)的溫度和濕度，并始終保持室內(nèi)對(duì)環(huán)境的微正壓，保持室內(nèi)清潔度，各工序間自動(dòng)控制，流水作業(yè)，確保涂裝高質(zhì)量。八、向自動(dòng)化、智能化的方向邁進(jìn)表面工程的發(fā)展趨勢(shì)第五十三頁(yè)，共170頁(yè)。從宏觀上講，表面工程對(duì)節(jié)能、節(jié)材、環(huán)境保護(hù)有重大效能，但是對(duì)具體的表面技術(shù)，如涂裝、電鍍、熱處理等均有“三廢”的排放問(wèn)題，仍會(huì)造成一定程度的污染?，F(xiàn)在，有氰電鍍已經(jīng)基本上被無(wú)氰電鍍所代替，一些有利于環(huán)保的鍍液相繼被研制出來(lái)。當(dāng)前，在表面工程領(lǐng)域，提出了封閉循環(huán)，達(dá)到零排放目標(biāo)。陰極電泳后的清洗，國(guó)際先進(jìn)的做法是采用超濾系統(tǒng)（UF）與反滲透系統(tǒng)（RO）聯(lián)合的全封閉清洗，為零排放奠定了基礎(chǔ)。但國(guó)內(nèi)使用這些設(shè)備的廠家尚少。磷化處理中的廢渣，現(xiàn)在可以壓濾成渣塊，但還不能逆向處理為有用之物，只能填埋。至于一些中小企業(yè)，距上述目標(biāo)，相距很遠(yuǎn)。因此，表面工程在降低對(duì)環(huán)保負(fù)面效應(yīng)方面，仍是任務(wù)艱巨。九、降低對(duì)環(huán)保的負(fù)面效應(yīng)表面工程的發(fā)展趨勢(shì)第五十四頁(yè)，共170頁(yè)。表面工程的發(fā)展專家預(yù)測(cè)：表面工程將成為主導(dǎo)21世紀(jì)工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。第五十五頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論1、固體材料的表面特征2、材料表面腐蝕基礎(chǔ)3、材料表面的摩擦與磨損基礎(chǔ)第五十六頁(yè)，共170頁(yè)。

表面：固體材料與液體或氣體接觸的面。

界面：固相之間或不相容的液體之間的分界面。

相界面：固體材料中成分、結(jié)構(gòu)不同的兩相之間的界面。

晶界：晶粒與晶粒之間的分界面。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論與固體材料相關(guān)的表面與界面第五十七頁(yè)，共170頁(yè)。2.1固體材料的表面特征第二章表面工程的基礎(chǔ)理論固體材料：晶體，非晶表面的定義：一般地，固體-氣體或固體-液體的分界面稱為表面。固體的表面能：固體表面的原子與內(nèi)部原子所處的環(huán)境不同。表面原子處于不均勻的力場(chǎng)中，能量較內(nèi)部大大升，高出的能量稱為表面能。表面能的存在使得材料表面易于吸附其他物質(zhì)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論第五十八頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論晶體表面是原子排列面，有一側(cè)無(wú)固體原子健合，形成了附加表面能。從熱力學(xué)來(lái)看，表面附近的原子排列總是趨于能量最低的穩(wěn)定狀態(tài)。達(dá)到這個(gè)穩(wěn)定態(tài)的方式有兩種：1）自行調(diào)整，原子排列情況與材料內(nèi)部明顯不同；2）依靠表面的成分偏析和表面對(duì)外來(lái)原子或分子的吸附以及這兩者的相互作用而趨向穩(wěn)定態(tài)，因而使表面組分與材料內(nèi)部不同。2.1固體材料的表面特征第五十九頁(yè)，共170頁(yè)。表面工程研究的對(duì)象：固體材料表面固體材料表面分類：理想表面、清潔表面、實(shí)際表面忽略：1）晶體內(nèi)部周期性勢(shì)場(chǎng)在晶體表面中斷的影響；2）表面上原子的熱運(yùn)動(dòng)及出現(xiàn)的缺陷和擴(kuò)散現(xiàn)象；3）表面外界環(huán)境的作用。理想表面：是一種理論上結(jié)構(gòu)完整的二維點(diǎn)陣平面。它可以設(shè)想成將一塊無(wú)限大的完整晶體，從中間剖開(kāi)，將其分成兩部分后所形成的表面。并認(rèn)為半無(wú)限晶體中的原子位置和結(jié)構(gòu)的周期性都和分割前一樣，那么這個(gè)分割面就稱為理想表面。不存在第三章材料表面預(yù)處理第六十頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論清潔表面：清潔表面是指經(jīng)過(guò)特殊處理后，保持在超高真空條件下，使外來(lái)污染少到不能用一般表面分析方法探測(cè)的表面。晶體表面的成分和結(jié)構(gòu)都不同于晶體內(nèi)部，一般要經(jīng)過(guò)4~6個(gè)原子層之后才與體內(nèi)基本相似，所以晶體表面實(shí)際上只有幾個(gè)原子層范圍。晶體表面的最外層也不是一個(gè)原子級(jí)的平整表面，因?yàn)檫@樣的熵值較小，盡管原子排列作了調(diào)整，但是自由能仍較高，所以清潔表面必然存在各種類型的表面缺陷。第六十一頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論固體表面與內(nèi)部的不同之處：清潔表面的結(jié)構(gòu)類型：弛豫、重構(gòu)、偏析、臺(tái)階、化學(xué)吸附、化合物第六十二頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論幾種清潔表面的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)表面弛豫：晶體的三維周期性在表面處突然中斷，表面上原子的配位情況發(fā)生變化，并且表面原子附近的電荷分布也有改變，是表面原子所處的力場(chǎng)與體內(nèi)原子不同，因此，表面上的原子會(huì)發(fā)生相對(duì)與正常位置的上、下位移以降低體系能量。表面上原子的這種位移（壓縮或膨脹）稱為表面弛豫。結(jié)構(gòu)示意圖特點(diǎn)：表面最外層原子與第二層原子之間的距離不同于體內(nèi)原子距離（縮小或增大，也可以是有些原子間距增大，有些減小。第六十三頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論表面重構(gòu)：特點(diǎn)第六十四頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論第六十五頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論表面偏析：結(jié)構(gòu)示意圖特點(diǎn)：表面原子是從內(nèi)部遷移出來(lái)的外來(lái)原子。第六十六頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論化學(xué)吸附：結(jié)構(gòu)示意圖特點(diǎn)：第六十七頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論化合物：結(jié)構(gòu)示意圖特點(diǎn)：第六十八頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論臺(tái)階：結(jié)構(gòu)示意圖特點(diǎn)：表面原子為臺(tái)階結(jié)構(gòu)。第六十九頁(yè)，共170頁(yè)。晶體的潔凈表面必然存在各種類型的表面缺陷才能得到最小的表面能，如體內(nèi)缺陷在表面吸附、點(diǎn)缺陷、臺(tái)階、彎折等。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論

固體表面上的能量是不均勻的，有的部位高，有的部位低，這將導(dǎo)致表面的吸附和化學(xué)反應(yīng)是不均勻的。第七十頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論表面晶體結(jié)構(gòu)模型單晶體表面原子結(jié)構(gòu)的TLK模型第七十一頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論第七十二頁(yè)，共170頁(yè)。D與溫度T和擴(kuò)散激活能Q的關(guān)系Fick擴(kuò)散第一定律：

（擴(kuò)散流量與濃度的關(guān)系）Fick擴(kuò)散第二定律：（濃度與擴(kuò)散時(shí)間的關(guān)系）擴(kuò)散過(guò)程中原子平均（垂直）擴(kuò)散距離

式中，c—常數(shù)；D—擴(kuò)散系數(shù)；t—擴(kuò)散時(shí)間。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論表面原子擴(kuò)散（1）第七十三頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論

固體表面原子或分子要從一個(gè)位置移到另一個(gè)位置，必須克服一定的位壘（擴(kuò)散激活能Q），而且要達(dá)到的位置是空著的（有缺陷）。吸附原子在（100）面上的擴(kuò)散路徑表面吸附原子擴(kuò)散能量表面原子擴(kuò)散（2）第七十四頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論

固體原子的活動(dòng)能力按表面、界面、位錯(cuò)、體內(nèi)依次下降，故激活能Q表<Q界<Q位<Q體

擴(kuò)散系數(shù)D表>D界>D位>D體。表面原子擴(kuò)散（3）第七十五頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論實(shí)際表面：第七十六頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論不同加工方法形成的材料表面輪廓曲線實(shí)際表面：理想表面塊規(guī)表面研磨表面磨削表面銑削表面車削表面鉆削表面第七十七頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論2.1.2固體表面的吸附現(xiàn)象吸附是固體表面最重要的特征之一。由于固體表面上原子或分子的力場(chǎng)是不飽和的，有吸引其他物質(zhì)分子的能力，從而使環(huán)境介質(zhì)在固體表面上的濃度大于體相中的濃度，這種現(xiàn)象稱為吸附。第七十八頁(yè)，共170頁(yè)。金屬材料在工業(yè)環(huán)境中被污染的實(shí)際表面示意圖第二章表面工程的基礎(chǔ)理論第七十九頁(yè)，共170頁(yè)。在表層的一薄層與體內(nèi)性質(zhì)有明顯差別的非晶態(tài)層，稱為貝爾比層，其厚度為5-10nm。在距表面1μm內(nèi)，晶粒尺寸與體內(nèi)顯著不同。離表面越近，晶粒尺寸越細(xì)。貝爾比層成分及作用：對(duì)于金屬與合金來(lái)說(shuō)，它們的拋光面大都有一層貝爾比層，其成分是金屬和它的氧化物的混合。貝爾比層可起到耐蝕、強(qiáng)化的作用。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論第八十頁(yè)，共170頁(yè)。

表面改性處理后，新生成的表面層與基材之間結(jié)合的界面，按其結(jié)合狀態(tài)可分為：（1）冶金結(jié)合：覆層與基材之間是通過(guò)熔化或熔融后重新凝固結(jié)晶而成，如堆焊。冶金結(jié)合屬于金屬鍵結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度最高。二、表面技術(shù)中的界面（典型固體界面）第二章表面工程的基礎(chǔ)理論第八十一頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論

兩個(gè)固相平面在加熱、加壓等條件下，固相原子在界面處相互擴(kuò)散并連接在一起，如擴(kuò)散焊。擴(kuò)散結(jié)合屬于原子級(jí)的冶金結(jié)合。（2）擴(kuò)散結(jié)合分子擴(kuò)散焊軟連接第八十二頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論（3）外延生長(zhǎng)

沿單晶襯底的晶軸向外延伸，生成與原晶格相同的新單晶涂層。如電鍍的初始階段。外延生長(zhǎng)界面結(jié)合強(qiáng)度取決于結(jié)合鍵的類型，如分子鍵、共價(jià)鍵、離子鍵和金屬鍵（依次增強(qiáng)）。第八十三頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論（4）化學(xué)鍵結(jié)合

涂層與基材之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成化合物，如在Ti表面沉積TiN時(shí)，界面處的N和基體的Ti作用形成Ti-N化學(xué)鍵?；瘜W(xué)鍵的結(jié)合強(qiáng)度高，但界面韌性差。刀具涂層第八十四頁(yè)，共170頁(yè)。（5）分子鍵結(jié)合以范德華力結(jié)合的界面，界面上沒(méi)有發(fā)生擴(kuò)散或化學(xué)反應(yīng)，如物理氣相沉積。雖然分子鍵的結(jié)合力稍差，但可以滿足某些要求。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論物理氣相沉積TiN第八十五頁(yè)，共170頁(yè)。（6）機(jī)械結(jié)合

涂層與基體之間靠相互鑲嵌連接結(jié)合在一起，如噴涂。機(jī)械結(jié)合的結(jié)合強(qiáng)度較差。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論第八十六頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論（1）固體對(duì)氣體的吸附2.1.2固體表面的吸附現(xiàn)象第八十七頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論2.1.2固體表面的吸附現(xiàn)象物理吸附與化學(xué)吸附的區(qū)別(80~400kj.mol-1)（1）固體對(duì)氣體的吸附第八十八頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論（2）固體對(duì)液體的吸附2.1.2固體表面的吸附現(xiàn)象一般通過(guò)液體對(duì)固體表面的潤(rùn)濕與鋪展來(lái)實(shí)現(xiàn)。潤(rùn)濕作用：指液體對(duì)固體表面浸潤(rùn)、附著的能力。液體對(duì)固體的潤(rùn)濕能力常用潤(rùn)濕角θ來(lái)衡量。潤(rùn)濕角θ指氣、液、固三相接觸點(diǎn)上液面與固-液界面之間的夾角。根據(jù)θ的大小，可以判斷固體能否被液體潤(rùn)濕及潤(rùn)濕的程度。第八十九頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論第九十頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論通過(guò)增大固-氣界面張力sv、降低固-液界面張力SL和液-氣界面張力LV能夠有效地提高潤(rùn)濕性，促進(jìn)固體對(duì)液體的吸附。第九十一頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論鋪展系數(shù)表面熱力學(xué)中，液體在固體表面上的展開(kāi)能力常用鋪展系數(shù)S的大小來(lái)表示：Sv/S=sv-SL-LV=Lv（cosθ-1）當(dāng)Sv/S0時(shí)，液體在固體表面會(huì)自動(dòng)鋪開(kāi)；（楊氏方程不適用，潤(rùn)濕角已經(jīng)不存在）當(dāng)Sv/S0時(shí)，液體在固體表面不鋪展；鋪展是潤(rùn)濕的最高標(biāo)準(zhǔn)，極限情況下，可得到一個(gè)分子層厚度的鋪展膜層。第九十二頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論以上所述的表面潤(rùn)濕都是以理想的平滑表面為基礎(chǔ)的，當(dāng)表面粗糙度為i時(shí)，上述各公式必須修正，鋪展系數(shù)公式修正為：

Sv/S=Lv（icosθ-1）可見(jiàn)：粗糙表面的鋪展系數(shù)遠(yuǎn)大于光滑表面。即，在光滑表面上不能自發(fā)鋪展的液體，在粗糙表面上可能自發(fā)鋪展。第九十三頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論日常生活中利用潤(rùn)濕理論的典型例子在內(nèi)表面涂覆一層憎水性的高分子材料，如聚四氟乙烯等。由于水在該憎水性涂層表面不能潤(rùn)濕，在干燥后飯粒等也不會(huì)與基體緊密黏附而形成鍋巴。第九十四頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論（3）固體對(duì)固體的吸附2.1.2固體表面的吸附現(xiàn)象第九十五頁(yè)，共170頁(yè)。2.1.2固體表面的吸附現(xiàn)象第二章表面工程的基礎(chǔ)理論（4）固體表面的反應(yīng)氧化膜的形成：表面化學(xué)反應(yīng)是指吸附物質(zhì)與固體表面相互作用形成了一種新的化合物，這時(shí)無(wú)論是吸附還是吸附物質(zhì)的特性都發(fā)生了根本變化。試驗(yàn)證明：在常溫常壓下，大多數(shù)金屬表面都覆蓋著一層約20個(gè)分子層厚的氧化膜。金屬表面的反應(yīng)：是各種金屬表面處理工藝中的一個(gè)重要過(guò)程，是一種多相反應(yīng)。多相反應(yīng)的特點(diǎn)是反應(yīng)在界面上進(jìn)行，或反應(yīng)物質(zhì)通過(guò)界面進(jìn)入到相內(nèi)進(jìn)行。第九十六頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論金屬在高溫下的氧化也是一種典型的腐蝕現(xiàn)象。1）不穩(wěn)定的氧化物，如金、鉑等的氧化物；2）揮發(fā)性的氧化物，如氧化鉬等；3）形成一層或多層氧化物，最常見(jiàn)。如Fe的表面可形成幾種鐵的氧化物。第九十七頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論機(jī)械零部件的失效磨損

腐蝕

粘著磨損磨粒磨損腐蝕磨損氣蝕磨損

化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕高溫氧化腐蝕斷裂工程材料的表面失效方式第九十八頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論材料腐蝕：是與環(huán)境有關(guān)的一種材料失效現(xiàn)象。2.2材料表面腐蝕基礎(chǔ)第九十九頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論2.2材料表面腐蝕基礎(chǔ)（1）金屬材料的腐蝕（2）無(wú)機(jī)非金屬材料的腐蝕受化學(xué)和機(jī)械作用引起的失效現(xiàn)象（玻璃，陶瓷，水泥）第一百頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論2.2材料表面腐蝕基礎(chǔ)（3）有機(jī)材料的腐蝕第一百零一頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論2.2材料表面腐蝕基礎(chǔ)按腐蝕形態(tài)分類：按腐蝕機(jī)理分類：第一百零二頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論第一百零三頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論第一百零四頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論第一百零五頁(yè)，共170頁(yè)。致密的氧化膜能對(duì)金屬表面產(chǎn)生一定的保護(hù)作用，可使氧化速度幾乎為零。保證氧化膜完整的必要條件是：即或式中，V氧化物—氧化物摩爾體積；V金屬—氧化消耗掉的金屬摩爾體積；M—金屬的摩爾質(zhì)量，ρ—金屬的密度，M＇—1mol金屬原子所生成氧化物的質(zhì)量，x代表一個(gè)分子的氧化物中所含金屬原子的個(gè)數(shù)，D表示氧化物的密度。

第二章表面工程的基礎(chǔ)理論2.2.1金屬化學(xué)腐蝕的基本原理第一百零六頁(yè)，共170頁(yè)。

依照表面反應(yīng)速度及氧化膜的致密程度不同，金屬氧化的動(dòng)力學(xué)過(guò)程有三種典型情況：(1)直線生長(zhǎng)規(guī)律（圖中1）：氧化速度取決于金屬表面化學(xué)反應(yīng)的速度，是一個(gè)常數(shù)。氧化膜隨時(shí)間的延長(zhǎng)按直線規(guī)律增厚。此時(shí)金屬易于腐蝕。

金屬材料的典型化學(xué)腐蝕動(dòng)力學(xué)過(guò)程第二章表面工程的基礎(chǔ)理論第一百零七頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論(2)拋物線生長(zhǎng)規(guī)律（圖的2）：膜的生長(zhǎng)速度與膜的增厚成反比。膜厚與時(shí)間的關(guān)系y2=kt+B式中，y—氧化膜厚度；k—與溫度有關(guān)的常數(shù)；t—時(shí)間；B—積分常數(shù)。(3)

對(duì)數(shù)生長(zhǎng)規(guī)律（圖的3）：在氧化過(guò)程中容易生成致密的氧化膜時(shí)，膜的厚度與時(shí)間的關(guān)系y=ln(kt)

金屬材料的典型化學(xué)腐蝕動(dòng)力學(xué)過(guò)程第一百零八頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論

金屬材料與電解質(zhì)接觸，將發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，在界面處形成雙電層并建立相應(yīng)的電位。2.2.2金屬電化學(xué)腐蝕原理

金屬的電極電位：金屬電極與溶液界面之間存在的電位差。

標(biāo)準(zhǔn)電極電位：以金屬為陽(yáng)極，標(biāo)準(zhǔn)氫電極為負(fù)極構(gòu)成原電池所測(cè)得原電池的電動(dòng)勢(shì)。

可逆電極：電極上的氧化還原反應(yīng)為可逆反應(yīng)時(shí)的電極。第一百零九頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論

平衡電位：沒(méi)有電流通過(guò)時(shí)，可逆電極所具有的電位

式中，Φ平—平衡電極電位；Φ0—標(biāo)準(zhǔn)電極電位；R—?dú)怏w常數(shù)；T—電解質(zhì)溫度；Z—參加反應(yīng)的電子數(shù)；F—法拉第參數(shù)；a—金屬離子活度。

標(biāo)準(zhǔn)電位序：將金屬的標(biāo)準(zhǔn)電極電位按其代數(shù)值增大順序排列。第一百一十頁(yè)，共170頁(yè)。

腐蝕電位序：將金屬在某種介質(zhì)中的穩(wěn)定電位值按其代數(shù)值大小排列的順序。腐蝕電位值越負(fù)的金屬越容易腐蝕。表2-4是部分金屬的標(biāo)準(zhǔn)電極電位及其在3％NaCl溶液中的腐蝕電位。由表可見(jiàn)，一些標(biāo)準(zhǔn)電極電位低的金屬如A1、Cr等，在3％NaCI溶液中的腐蝕電極電位要高得多。第一百一十一頁(yè)，共170頁(yè)。2.2.3腐蝕原電池與腐蝕微電池

在Cu-Zn構(gòu)成的原電池中，Zn陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)Zn－2e－→Zn2+Cu陰極發(fā)生的還原反應(yīng)

2H+＋2e－→2H2H→H2↑腐蝕電池的總反應(yīng)為Zn+2H+→Zn2++H2↑Cu-Zn腐蝕原電池第二章表面工程的基礎(chǔ)理論第一百一十二頁(yè)，共170頁(yè)。1）接觸腐蝕電池：兩種直接接觸的異種金屬在電解液中組成的腐蝕原電池（圖a）。2）微腐蝕電池：材料中的不同組織和電解液一起構(gòu)成的（圖b）。無(wú)需導(dǎo)線連接的腐蝕電池與腐蝕微電池a)Cu-Fe接觸腐蝕電池示意圖b)Fe-Fe3C微腐蝕電池示意圖第二章表面工程的基礎(chǔ)理論第一百一十三頁(yè)，共170頁(yè)。

在電化學(xué)腐蝕過(guò)程中，腐蝕速度的大小取決于腐蝕電流的大小。金屬溶解量與電量之間服從法拉第定律：式中，W—金屬腐蝕量；Q—流過(guò)的電量；F—法拉第常數(shù)；n—金屬的價(jià)數(shù)；A—金屬的相對(duì)原子質(zhì)量；J—電流密度；t—時(shí)間。2.2.4電化學(xué)腐蝕速率第二章表面工程的基礎(chǔ)理論第一百一十四頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論

腐蝕速率g／(m2·h)

式中，S為腐蝕面積。

腐蝕速率的其它表示方法：重量法、深度法單位時(shí)間的腐蝕深度：通常用mm/年表示；腐蝕電流密度Jc：在腐蝕原電池中，大陰極、小陽(yáng)極是極其有害的。第一百一十五頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論2.2.5金屬表面的極化、鈍化及活化1．金屬表面的極化現(xiàn)象

極化：陰、陽(yáng)極之間的電位差比初始電位差小的現(xiàn)象。

極化曲線：電極電位與電流密度之間的變化規(guī)律繪成的曲線。腐蝕電池接通前后陰、陽(yáng)極電位變化第一百一十六頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論

陽(yáng)極極化曲線：陽(yáng)極電位隨電流密度增大而向正的方向變化。

陰極極化曲線：陰極電位隨電流密度增大而向負(fù)的方向變化。a）陽(yáng)極極化曲線b）陰極極化曲線第一百一十七頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論

產(chǎn)生極化的機(jī)理：(1)電化學(xué)極化：電極上的電化學(xué)反應(yīng)速度小于電子運(yùn)動(dòng)速度而造成的極化。(2)濃差極化：溶液中的物質(zhì)擴(kuò)散速度小于電化學(xué)反應(yīng)速度而造成的極化。電阻極化：電極表面生成了具有保護(hù)作用的鈍化膜或不溶性的腐蝕產(chǎn)物，阻礙電極反應(yīng)，使電極電位發(fā)生變化。

去極化作用：減少或消除電極極化的作用，如對(duì)電解液加強(qiáng)攪拌，使陽(yáng)極附近金屬離子快速擴(kuò)散。

去極化劑：能減少或消除極化作用的物質(zhì)。第一百一十八頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論極化曲線Ca-P-La生物涂層第一百一十九頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論2．金屬表面的鈍化現(xiàn)象

由于金屬表面狀態(tài)的改變引起金屬表面活性下降，使表面反應(yīng)速度急劇降低的現(xiàn)象稱為鈍化現(xiàn)象。

鈍化劑：能使金屬鈍化的物質(zhì)，如鐵、鋁等金屬不溶于濃硝酸。

自然鈍化或化學(xué)鈍化：金屬與鈍化劑間自然作用而產(chǎn)生的鈍化現(xiàn)象，如鉻、鋁、鈦等金屬在空氣中與氧作用而形成鈍態(tài)。

機(jī)械鈍化：在金屬表面上沉積出鹽層產(chǎn)生機(jī)械阻隔作用，使表面反應(yīng)速度降低。鐵在硝酸中的溶解速度第一百二十頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論金屬鈍化理論

成相膜理論：介質(zhì)中的金屬表面生成一層致密的、覆蓋良好的保護(hù)膜，使金屬表面反應(yīng)速度下降，金屬表面轉(zhuǎn)為鈍態(tài)。

吸附理論：金屬部分表面上形成氧原子的吸附層，使金屬表面的自由鍵能趨于飽和，改變了金屬與介質(zhì)界面的結(jié)構(gòu)及能量狀態(tài)，降低了金屬與介質(zhì)間的反應(yīng)速度。

成相膜理論與吸附理論的主要區(qū)別：成相膜理論強(qiáng)調(diào)了鈍化層的機(jī)械隔離作用，而吸附理論認(rèn)為是吸附層改變了金屬表面的能量狀態(tài)，使不飽和鍵趨于飽和，降低了金屬表面的化學(xué)活性，造成鈍化。第一百二十一頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論3．金屬表面的活化

活化目的：使基材表面處于活化狀態(tài)，以加速表面反應(yīng)過(guò)程，提高涂層結(jié)合強(qiáng)度。

金屬表面的活化方法：

金屬表面凈化：用機(jī)械拋光、噴砂、酸洗等方法去除金屬表面氧化膜，或在真空中進(jìn)行離子濺射，減少金屬表面的吸附，提高金屬表面的化學(xué)活性；機(jī)械法：用機(jī)械法或離子轟擊法增加金屬表面晶體缺陷，提高金屬表面活性。第一百二十二頁(yè)，共170頁(yè)。2．電化學(xué)保護(hù)陰極保護(hù)陰極保護(hù)技術(shù)是電化學(xué)保護(hù)技術(shù)的一種，其原理是向被腐蝕金屬表面施加一個(gè)外加電流，被保護(hù)金屬成為陰極，從而使金屬腐蝕發(fā)生的電子遷移得到抑制，減弱或避免腐蝕的發(fā)生。

以被保護(hù)工件為陰極，施以外加電流（陰極極化）；以被保護(hù)工件為陰極，用電位更負(fù)的金屬與工件相連，成為原電池陽(yáng)極，陽(yáng)極被腐蝕溶解以保護(hù)工件（犧牲陽(yáng)極法）。金屬材料腐蝕控制及防護(hù)方法1．產(chǎn)品合理設(shè)計(jì)與正確選材第二章表面工程的基礎(chǔ)理論第一百二十三頁(yè)，共170頁(yè)。

陽(yáng)極保護(hù)：使腐蝕件的電位正移，在表面形成穩(wěn)定的鈍態(tài)而受到保護(hù)。在被保護(hù)的合金中加入可鈍化的元素，使表面形成穩(wěn)定的鈍化膜，如不銹鋼中的Cr。向腐蝕介質(zhì)中加入陽(yáng)極性緩蝕劑。不銹鋼中Cr含量與電極電位的關(guān)系第二章表面工程的基礎(chǔ)理論第一百二十四頁(yè)，共170頁(yè)。3．表面覆層及表面處理(1)陽(yáng)極性金屬涂層：這種涂層可以作為陽(yáng)極對(duì)基體金屬起保護(hù)作用。即使涂層局部破壞裸露基材仍可作為陰極而受到涂層保護(hù)，如鐵表面鍍鋅。(2)陰極性金屬及非金屬涂層：這類覆層自身耐蝕性、穩(wěn)定性良好，通過(guò)機(jī)械屏蔽作用，把金屬和腐蝕環(huán)境介質(zhì)隔離開(kāi)，如鐵表面鍍鉻。

通過(guò)添加特殊的活性物質(zhì)吸附到金屬表面，使其表面鈍化，從而達(dá)到減緩抑制腐蝕過(guò)程。4．加入緩蝕劑第二章表面工程的基礎(chǔ)理論第一百二十五頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論2.2材料表面摩擦與磨損基礎(chǔ)摩擦是自然界存在的一種普遍現(xiàn)象，只要有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，就一定有摩擦。然而，有摩擦就必有磨損，由摩擦引起的磨損所造成的巨大經(jīng)濟(jì)損失不容忽視。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，世界上使用的能源大約有1/3~1/2消耗于摩擦，大約80%的機(jī)器零件失效是有各種形式的磨損引起的。材料的磨損失效已經(jīng)成為機(jī)械零件三大失效方式（腐蝕、磨損、疲勞）之一。第一百二十六頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論摩擦的定義：兩相互接觸的物體有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)在接觸處產(chǎn)生阻力的現(xiàn)象。因摩擦而產(chǎn)生的阻力稱為摩擦力，相互摩擦的兩物體稱為摩擦副。摩擦不僅會(huì)使材料損耗，而且還會(huì)發(fā)熱，導(dǎo)致接觸表面瞬時(shí)溫度升高，降低工件的機(jī)械效率，加重材料損耗，故生產(chǎn)中總是力圖減少摩擦，降低摩擦系數(shù)。只有某些情況才需要增大摩擦力，如車輛制動(dòng)器，摩擦離合器等。第一百二十七頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論摩擦?xí)r的名義接觸與實(shí)際接觸第一百二十八頁(yè)，共170頁(yè)。初期磨損穩(wěn)定磨損材料的磨損時(shí)間機(jī)械磨損曲線磨損量劇烈磨損第二章表面工程的基礎(chǔ)理論磨損的定義：材料接觸表面在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中由于機(jī)械作用、間或伴有化學(xué)作用而產(chǎn)生的材料損失或轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。第一百二十九頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論磨損的分類：（1）粘著磨損：又稱咬合磨損，是在滑動(dòng)摩擦條件下，由于局部的粘著作用，兩相對(duì)運(yùn)動(dòng)件接觸表面材料從一表面轉(zhuǎn)移到另一表面的一種磨損。粘著磨損的發(fā)生和發(fā)展都非常迅速，容易使零件或機(jī)器發(fā)生突然事故，造成巨大損失。約占磨損失效的15%。表面微凸體—接觸面小—壓應(yīng)力大—塑性變形—粘著（接觸面潔凈）—粘著點(diǎn)被剪斷—脫落磨屑粘著→剪斷→轉(zhuǎn)移→再粘著（循環(huán)）第一百三十頁(yè)，共170頁(yè)。

當(dāng)接觸應(yīng)力較大時(shí)，將引起材料塑性變形和“冷焊”現(xiàn)象。此時(shí)若摩擦副相對(duì)滑動(dòng)，焊合點(diǎn)被剪斷。若微凸體較硬，也會(huì)對(duì)較軟的對(duì)磨材料造成犁削作用。粘著點(diǎn)的剪切過(guò)程第二章表面工程的基礎(chǔ)理論第一百三十一頁(yè)，共170頁(yè)。

粘著摩擦力可近似表示為Fr=Aτb式中，A—剪切的微凸體總面積；τb—焊合點(diǎn)的平均抗剪強(qiáng)度因?yàn)椴牧系恼龎毫N=Aσs，則摩擦系數(shù)μ

最合適的耐磨材料體系應(yīng)該同時(shí)具有高的硬度和低的抗剪強(qiáng)度。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論第一百三十二頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論

粘著磨損過(guò)程中的粘焊（膠合）：

第一類膠合：以塑性變形為主要原因引起的粘焊，分子吸引起重要作用。特點(diǎn)是相對(duì)滑動(dòng)速度不高(≈0.5m/s)，表層溫度較低(≈100℃)，金屬摩擦表層沒(méi)有相變和成分變化。

第二類膠合：由于摩擦熱引起接觸表面溫度升高而引起的粘焊。特點(diǎn)是接觸壓力高、相對(duì)滑動(dòng)速度快，摩擦面溫度超過(guò)臨界點(diǎn)，有相變發(fā)生。第一百三十三頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論

根據(jù)粘著的程度，粘著磨損類型有：

輕微磨損：剪切發(fā)生在粘著結(jié)合面上，表面轉(zhuǎn)移的材料極輕微，如缸套—活塞環(huán)的正常磨損。

涂抹：剪切發(fā)生在軟金屬淺層里面，軟金屬轉(zhuǎn)移到硬金屬表面上，如重載蝸輪副的蝸桿的磨損。

擦傷：剪切發(fā)生在軟金屬表層，硬表面可能被軟金屬內(nèi)的硬質(zhì)點(diǎn)劃傷，如內(nèi)燃機(jī)鋁活塞壁與缸體摩擦的“拉傷”。

撕脫：剪切發(fā)生在摩擦副一方或兩方金屬較深的地方，如在主軸—軸瓦摩擦副的軸承表面可見(jiàn)到這種現(xiàn)象。

咬死：若摩擦副之間咬死，不能相對(duì)運(yùn)動(dòng)，如不銹鋼螺栓與不銹鋼螺母在擰緊過(guò)程中常發(fā)生咬死的現(xiàn)象。第一百三十四頁(yè)，共170頁(yè)。圖2－8不同摩擦副條件下摩擦力的大小

減小粘著摩擦最好措施是采用流體潤(rùn)滑(圖2—8c)第二章表面工程的基礎(chǔ)理論第一百三十五頁(yè)，共170頁(yè)。

流體潤(rùn)滑狀態(tài)分為：

流體動(dòng)壓潤(rùn)滑：摩擦表面之間由粘性流體產(chǎn)生油膜壓力以平衡外載荷。此時(shí)的摩擦為潤(rùn)滑油之間的“內(nèi)摩擦”。

彈流潤(rùn)滑：摩擦面接觸壓力較高，使油膜承載能力、油膜厚度、摩擦力都發(fā)生變化，潤(rùn)滑條件變差。

邊界潤(rùn)滑：摩擦面接觸壓力太大，表面太粗糙度，摩擦運(yùn)動(dòng)速度又太低，導(dǎo)致油膜被刺穿，微凸體發(fā)生接觸，使磨損增加。流體潤(rùn)滑和邊界潤(rùn)滑第二章表面工程的基礎(chǔ)理論第一百三十六頁(yè)，共170頁(yè)。圖2－10潤(rùn)滑狀態(tài)與磨損速率的關(guān)系圖2－9潤(rùn)滑狀態(tài)與摩擦系數(shù)的關(guān)系

不同潤(rùn)滑狀態(tài)對(duì)摩擦系數(shù)和磨損率的影響（圖2—9，10）。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論第一百三十七頁(yè)，共170頁(yè)。固體潤(rùn)滑

利用低剪切力的固體材料來(lái)制造摩擦副，以降低摩擦系數(shù)。

固體潤(rùn)滑可分為：（1）固體粉末潤(rùn)滑：固體潤(rùn)滑材料以粉末形式加入潤(rùn)滑油中；（2）固體潤(rùn)滑膜粘結(jié)固體潤(rùn)滑膜；將固體潤(rùn)滑劑與粘結(jié)劑混合并涂抹在摩擦面上，干燥后即成干膜?；瘜W(xué)反應(yīng)法固體潤(rùn)滑膜：用化學(xué)反應(yīng)法形成的固體潤(rùn)滑膜，如Fe和S反應(yīng)生成FeS；電鍍和氣相沉積方法制備的固體潤(rùn)滑膜，如Ni-PTFE復(fù)合鍍。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論第一百三十八頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論自潤(rùn)滑復(fù)合材料

金屬基復(fù)合材料：用粉末冶金的辦法將金屬粉末和固體潤(rùn)滑劑粉末混合，經(jīng)壓制、燒結(jié)而成。

塑料基復(fù)合材料：將塑料與固體潤(rùn)滑劑按比例混合，制成的塑料復(fù)合材料。

碳基復(fù)合材料：用石墨為原料，和粘結(jié)劑混合擠壓成形后燒結(jié)，制成的多孔復(fù)合材料。

第一百三十九頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論第一百四十頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論（1）潤(rùn)滑條件或環(huán)境：在真空條件下大多數(shù)金屬材料的磨損十分嚴(yán)重。（2）硬度：對(duì)摩擦副材料的硬度而言，材料越硬，耐磨性越好。（3）晶體結(jié)構(gòu)和晶體的互溶性：密排六方的材料摩擦系數(shù)最低，體心立方材料最高。冶金上互溶性好的一對(duì)金屬摩擦副摩擦系數(shù)和磨損率都高。（4）溫度：溫度升高，磨損加劇。影響固體材料粘著磨損性能的因素第一百四十一頁(yè)，共170頁(yè)。（2）磨粒磨損：由外界硬質(zhì)顆粒或硬表面的微凸起在摩擦副對(duì)偶表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中引起表面擦傷與表面材料脫落的現(xiàn)象，稱為磨粒磨損。其特征是在摩擦副對(duì)偶表面沿滑動(dòng)方向形成劃痕。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論工業(yè)領(lǐng)域中，磨粒磨損是最主要的一種磨損類型，約占磨損失效的50%。第一百四十二頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論(1)磨粒特性的影響：1)磨粒硬度：磨粒硬度Ha和材料硬度Hm的比Ha/Hm

當(dāng)Ha/Hm<1.0時(shí)，為軟磨粒磨損，此時(shí)，磨損速率很低；當(dāng)Ha/Hm>1.2時(shí)，為硬磨粒磨損，繼續(xù)增加Ha對(duì)磨損速率的影響不大；當(dāng)1.0<Ha/Hm<1.2時(shí)，磨損速率與Ha/Hm成正比，磨損速率很高。磨粒磨損過(guò)程的影響因素磨料硬度和材料硬度比值對(duì)材料耐磨性的影響規(guī)律第一百四十三頁(yè)，共170頁(yè)。2)磨粒粒度：當(dāng)磨粒在某一臨界尺寸以下，材料的磨損率隨磨粒尺寸增加而大幅度增加；超過(guò)臨界尺寸后，磨損增大的幅度顯著降低。3)磨粒形狀：磨粒越尖銳，磨損速率越大。4）磨粒脆性：脆性的磨料磨?？赡芩榱?，使磨粒邊緣變得銳利，因而磨損率又可能增高。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論第一百四十四頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論(2)材料力學(xué)性能：材料耐磨粒磨損性能主要決定于其硬度，而與其它力學(xué)性能關(guān)系不大。第一百四十五頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論(3)材料微觀組織：在同樣硬度條件下，奧氏體、貝氏體的耐磨性優(yōu)于珠光體和馬氏體。夾雜物和內(nèi)部缺陷會(huì)大大降低耐磨性。(4)工況和環(huán)境條件：速度、載荷、磨粒沖擊角、環(huán)境濕度、溫度和腐蝕介質(zhì)等工況和環(huán)境條件都會(huì)影響到材料的磨粒磨損性能。第一百四十六頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論第一百四十七頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論其它磨損形式1．疲勞磨損當(dāng)兩個(gè)接觸體相對(duì)滾動(dòng)或滑動(dòng)時(shí)，在接觸區(qū)形成的循環(huán)應(yīng)力超過(guò)材料的疲勞強(qiáng)度的情況下，表面層將引發(fā)裂紋，并逐步擴(kuò)展，最后裂紋以上的材料斷裂剝落下來(lái)的磨損過(guò)程。第一百四十八頁(yè)，共170頁(yè)。影響疲勞磨損因素

材料內(nèi)部夾雜物的存在方式與數(shù)量；材料表面粗糙度；材料的硬度；材料組織結(jié)構(gòu)；潤(rùn)滑狀態(tài)和零件工作環(huán)境等。對(duì)于一些要求疲勞磨損壽命較高的零件，應(yīng)采用高純度的鋼材，盡量降低材料表面粗糙度，提高表面硬度，盡量使零件在良好潤(rùn)滑條件下工作。第一百四十九頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論磨損的分類：（3）磨蝕磨損：摩擦過(guò)程中，金屬與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的表面損傷。是材料受腐蝕和磨損綜合作用的一種復(fù)雜過(guò)程。第一百五十頁(yè)，共170頁(yè)。

摩擦?xí)r材料與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)相互作用的磨損叫做腐蝕磨損。腐蝕磨損是材料同時(shí)受腐蝕和機(jī)械磨損的綜合作用而產(chǎn)生的磨損過(guò)程。

腐蝕對(duì)磨損的影響：腐蝕使材料表面生成疏松或脆的腐蝕產(chǎn)物，在磨粒作用下容易破碎去除，導(dǎo)致材料磨損的增加；

磨損對(duì)腐蝕的影響：金屬表面鈍化膜可阻止材料進(jìn)一步腐蝕，若鈍化膜被磨掉，裸露出新鮮表面可加速電化學(xué)反應(yīng)，所以磨損可以使腐蝕速度增加幾個(gè)數(shù)量級(jí)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論第一百五十一頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論

腐蝕磨損分為：（1）氧化磨損：大多數(shù)金屬表面都被氧化膜覆蓋，氧化膜分：1）脆性氧化膜：氧化膜的磨損速度大于氧化速度，容易磨損，如氧化鐵；第一百五十二頁(yè)，共170頁(yè)。第二章表面工程的基礎(chǔ)理論2）韌性氧化膜：氧化膜與基體結(jié)合牢固，磨損速度小于氧化速度，氧化膜可以起到保護(hù)作用，磨損率小，如氧化鋁。

影響氧化磨損的因素有滑動(dòng)速度、接觸載荷、氧化膜的硬度、介質(zhì)的含氧量、潤(rùn)滑條件及材