2013-材料表面工程.ppt

材料表面工程,浙江大学金属材料研究所凌国平,第一讲：本课程的进行方式5.7,获取知识的方法生而知之、学而知之、困而知之学而知之间接经验知道、理解会用才算真知困而知之直接经验创造的源泉,从哪里获取专业知识？学校、教师自学专业知识的载体及知识的新鲜度书本（几年）期刊（半年）会议论文（3个月）实验室之间的直接交流（最新知识）网络（更快、更方便、更高效）可信度？网络中的哪个资源？,浙江大学图书馆,本课程的教学安排,教师讲解七次表面失效机理、表面工程技术、表面分析测试学生分组讲解16组，九次（包括讲评和总结）每组24人，自由组合自由选题（每组一个主题，组员内容不同）每组一节课的讲解，每人10分钟每个同学都要上台讲解学生对感兴趣的内容提问教师对内容及ppt等进行讲评,以往学生综述选题例,06年夏季03级论文标题07年夏季04级论文标题08年夏季05级论文标题,以往学生的ppt,05学生优秀ppt06学生优秀ppt冷冻出来的陶瓷-陈翼挑战肉眼极限-徐旻表面色彩的产生-曾伟07学生优秀ppt08学生优秀ppt,本课的结束形式,交一篇综述性文章，考核以下内容：知识的收集带着问题去看资料如何从信息海洋中找到我们需要的知识如何总结？国内、国外现状研究了什么？得到了些什么结果？还存在哪些问题？解决问题的方法设想提出实验方案证实或证伪,本课的结束形式,知识的表达知识表达出来才能与人共享，成为知识表达是一个重新思考的过程表达是创造“想说未说”表达的方式口头表达文字表达艺术如何更好的表达首先要有表达的强烈愿望,本课的结束形式,考核成绩由三部分组成平时成绩口头表达成绩综述文章成绩综述文章要求自由选择题目内容包括该内容的国内外研究现状符合综述论文的规范写法（参考文献等）最好能指出所存在的问题（90以上）进一步提供解决该问题的实验方案（加分）可参考期刊中类似的论文,本课程的教材,材料表面工程 王兆华,2011各种期刊中国表面工程腐蚀及防护材料保护表面技术Sicence，NatureThin FilmSurface and Coatings Technology,同学讲解的时间安排,5月30日：学生第1组及讲评6月4日 学生第2组、第3组6月6日：学生第4组、第5组6月9日 学生第6组、第7组6月13日：学生第8组、第9组6月18日，学生第10组、第11组6月20日：学生第12组、第13组6月25日 学生第14组、第15组6月27日：学生第16组，总结点评,表面工程历史,英国T.Bell(英国伯明翰大学教授)氮化 氮化PVD法TiNSurface Engineering（1984）1985年，英国第一届表面工程国际会议1986年，国际热处理与表面工程联合会1987年，英国第二届国际会议1988年，日本第三届国际会议中国，1987年12月在北京成立表面工程研究所88年11月全国首届表面工程现状与未来研讨会浙江大学，89年开课The 20th Congress of International Federation for Heat Treatment and Surface Engineering October 23-25,2012 Beijing China,表面工程的内容,对表面的要求,表面分析技术,表面失效及机理,表面处理技术,对表面的要求耐磨、耐蚀、功能（光电磁热）美观表面失效机理磨损、疲劳腐蚀表面分析测试形貌方面：粗糙度、孔隙率、厚度成分结构：EDS、XRD、XPS组织方面：OM，SEM性能方面：结合力、耐蚀性、硬度、耐磨性、物性,表面处理技术表面预处理粗化、脱脂、酸洗、特殊预处理湿法镀技术电镀、化学镀、转化膜干法镀技术CVD、PVD、离子镀化学热处理激光表面处理涂覆、热喷涂、热浸镀,表面覆层 覆层性能 表面改性 成分、组织,第二讲：表面失效机理：磨损,何谓磨损？固体表面相对运动，机械或化学作用材料损失磨损种类及机理粘着磨损：磨粒磨损：疲劳磨损：冲蚀磨损：微动磨损：腐蚀磨损：,耐磨损表面处理技术,高硬度涂层Fe3C，Cr金刚石镀膜TiN（渗氮+TiN）减摩涂层抗粘着磨损MoS2Ni-P-PTFE涂层的制备方法渗碳镀Cr、化学镀Ni-PPVD、CVD,表面失效机理：疲劳,交变应力引起材料低应力断裂大多数情况下，疲劳裂纹起源于表面夹杂物、网状碳化物、偏析等均不利抗疲劳方法表面形成压应力（喷丸）赵振业院士-抗疲劳制造各种表面处理会产生不同的应力状态酸性化学镀镍：压应力碱性化学镀镍：拉应力钢铁表面脱碳：拉应力,5.9 复习,课程的进行方式课程的教学安排课程的结束形式,5月30日：学生第1组及讲评6月4日 学生第2组、第3组6月6日：学生第4组、第5组6月9日 学生第6组、第7组6月13日：学生第8组、第9组6月18日，学生第10组、第11组6月20日：学生第12组、第13组6月25日 学生第14组、第15组6月27日：学生第16组，总结点评,徐吉健/徐晨霄:5组(6月6日)傅铁铮/张浩/贾郁/陈星：8组楼子瑞/唐清/俞剑：9组徐秉政:12组,表面工程历史表面工程内容对表面的要求表面失效机理表面处理技术表面分析技术表面失效机理磨损及抗磨表面处理疲劳及抗疲劳表面处理,表面失效机理：腐蚀,材料三大失效之一外观的丧失功能的丧失为什么会腐蚀？是什么样的腐蚀？外观？材质？环境？,奥迪铝合金发动机上的白斑,腐蚀类型（外观）全面腐蚀均匀腐蚀、不均匀腐蚀局部腐蚀点蚀、缝隙、选择性腐蚀、应力腐蚀,黄铜选择性腐蚀,不锈钢点蚀,钻井平台的水线腐蚀,腐蚀外观,按机理化学腐蚀电化学腐蚀理论氧化热力学与动力学吉布斯自由能瓦格纳抛物线规律电化学热力学与动力学能斯特方程等,腐蚀理论,氧化（硫化）火力发电超超临界发电机组的抗水蒸汽腐蚀液态金属腐蚀熔融ZnAl（热浸镀、铝压铸）熔融Na（核电站）熔融Pb-Li腐蚀（ITER计划）熔融盐腐蚀燃料电池熔融碳酸盐,锌锅腐蚀,化学腐蚀,（MCFC中电极材料的腐蚀-傅晓建）,电化学腐蚀,热力学：腐蚀电池阳极、阴极、电解液、短路阳极：Me-ne=Men+，金属溶解腐蚀能斯特方程：EE0RT/nF ln a n+宏观腐蚀电池电偶腐蚀：异种金属接触温差电池：热交换器浓差电池：水线腐蚀微观腐蚀电池成分不同：黄铜CuZn合金，选择性腐蚀组织不同晶界/晶内电位差：硝酸酒精腐蚀应力不均匀,水线腐蚀：,氧浓差,腐蚀动力学：腐蚀速度关键词：极化电极上有电流流过时，电极电势偏离其平衡值的现象腐蚀电池有电流，电子流动速度大于电极反应速度。阳极电子流走，离子化反应赶不上补充；阴极电子流入快，得电子的阴极反应慢，导致阳极电位向正移，阴极电位向负移，从而缩小电位差，减缓了腐蚀电化学反应控制速度：活化极化传质控制速度：浓差极化表面覆盖膜控制速度：电阻极化析氢腐蚀与吸氧腐蚀腐蚀：金属失去电子,阳极阴极呢？2H+2e=H2，控制速度2H2O+O2+4e=4OH-，控制速度,钝化形成膜阻止腐蚀自然钝化Al、不锈钢耐蚀原因之一人工钝化点蚀小阳极大阴极，加速基体的腐蚀覆层的 孔隙率 影响极大Cl-破坏钝化膜造成点蚀,耐腐蚀表面处理,隔离腐蚀介质-断开介质/腐蚀原电池油漆，高分子涂料线路板腐蚀与防护飞船表面的抗高温氧化涂料,阴极保护层用电位更正的金属镀层钢铁表面镀Cr、Cu、Ni化学镀Ni化学热处理氮化-“真不锈铁锅”存在的问题镀层孔隙率小阳极大阴极：孔蚀、点蚀油田注水管：化学镀镍、氮化,阳极保护层用电位更负，但腐蚀速度慢的金属镀Zn、镀Cd防大气腐蚀热浸镀Zn、电镀Zn、机械镀Zn、达克罗技术航空件的镀Cd，高强度，潜在的氢脆危险存在的问题镀Zn的氢脆问题（高强螺栓）Cd的环保问题软，不耐磨怎么办？,有无高硬度的同时，低电位、腐蚀速度低的镀层？,镁合金的电化学腐蚀镁的活性组织：Mg+Mg17Al12防护：化学镀、微弧氧化、转化膜+涂料离子液体电沉积,镁合金组织,几个腐蚀研究例,Bajin Xu,Jing Chen,and Guoping Ling,Viscous Layer Formed in the Anodic Electrolytic Etchingof Reactive Metals in Ionic Liquid,Electrochemical and Solid-State Letters,15(1)D1-D3(2012),前处理后组织,镀层与基体界面,NdFeB的电化学腐蚀Nd的活性组织：Nd2Fe14B，富Nd相Nd97Fe3防护：镀镍、镀锌、化学镀,几个腐蚀研究例,NdFeB上Al-Mn非晶层,Jing Chen,Bajin Xu,Guoping Ling,Amorphous Al-Mn coating on NdFeB magnets Electrodeposition from AlCl3-EMIC-MnCl2 ionic liquid and its corrosion behavior,Materials Chemistry and Physics 134(2012)1067e1071,第三讲：固体表面,表面微观凹凸不平（物理）用粗糙度表征与表面处理层的结合力密切相关易产生疲劳裂纹源 对润湿性的影响疏水：越粗糙，越疏水微纳结构的表面：双亲双疏有序的粗糙表面反光路标，广告牌硅片的腐蚀表面其他？仿生的有序表面,硅片的腐蚀表面,表面不清洁（化学）：吸附了各种物质，含氧化膜Al、不锈钢表面氧化膜氧化膜使镀层结合力下降Mg、NdFeB等易氧化金属表面处理的关键问题之一U（铀的腐蚀与防腐蚀技术研究,材料导报,2005）必须进行清洗脱脂：油污、手印酸洗：去除氧化膜脱脂、酸洗是表面处理前必须的前处理步骤清洁度的检测？,表面有应力（力学）各种表面处理后的应力？-压应力、拉应力表面存在塑性变形层（组织）机加工表面强烈喷丸使组织纳米化纳米颗粒的表面？极高的表面能纳米颗粒表面及性质的研究现状？纳米颗粒的分散,凹凸不平的脏的组织与内部不一样的有应力的,5.14 复习,腐蚀理论化学腐蚀氧化、硫化，熔融金属腐蚀，熔融盐腐蚀反应自由能，反应速度及扩散速度电化学腐蚀腐蚀热力学（腐蚀电池）。宏观电池、微观电磁。均匀腐蚀，局部腐蚀（点蚀、缝隙腐蚀、水线腐蚀）。腐蚀动力学（极化）。析氢腐蚀、吸氧腐蚀，钝化。腐蚀防护绝缘涂层阴极涂层保护（问题：小阳极大阴极）阳极涂层保护其他腐蚀？失效分析案例-空泡腐蚀,固体表面凹凸不平不干净（吸附，氧化膜）组织与心部不同应力与心部不同,表面预处理,脱脂碱洗，除油碱性溶液：肥皂，洗洁精，NaOH不同基体，选用不同的溶液有机溶剂（酒精、汽油、CCl4）酸洗去除氧化膜，活化表面HCl、H2SO4、HNO3、H3PO4等王水HF（玻璃前处理）酸洗液产品表面预处理的影响,清洗的强化电化学辅助清洗：强化除油与酸洗过程原理？产生气体：2H+2e=H2,4OH-+4e=2H2O+O2大件与小件的预处理?超声波辅助清洗空化作用微小器件的清洗，小孔等喷丸大件粉末冶金件的预处理NdFeB,特殊的预处理激光前处理黑化吸光，如何黑化？发黑、黑磷化粗化提高结合力等如何粗化？车螺纹、电火花、喷砂塑料电镀导电怎么办？化学镀Ni、Cu塑料的粗化方法,化学腐蚀、等离子放电,Science-塑料接触电镀,第四讲：各种表面处理技术-电镀,原理：电化学金属离子得到电子Ag2+e=Ag析出速度要控制CN-络合电镀特点可得到相图中不存在的相电位-温度脉冲电镀，制备纳米晶镀层纳米铜的超塑性镀液种类水溶液、有机溶液、熔盐,第四讲：各种表面处理技术-电镀,水溶液电镀：应用最广泛金属Ag、Au（电子元器件，导电耐蚀）Zn、Cd（阳极保护）Cr、Ni、Cu（Cu/Ni/Cr）Cr6+的环保问题：Cr3+Fe（FeS）-孟亮老师合金Pb-Sn合金减摩镀层Cu-Zn-Sn仿金镀层其他羟基磷灰石的制备-王小祥老师,5.16 复习,表面预处理碱洗、酸洗碱洗、酸洗的强化：电化学辅助、超声特殊零部件的预处理：超大，超小特殊目的的预处理：黑化、粗化电镀金属离子得到电子水溶液电镀：成熟，大量应用。问题：阴极有H2产生有机溶剂电镀熔融盐电镀,Zn2+2e=ZnCr6+6e=Cr2H+2e=H2,有机溶液电镀水溶液中无法镀覆的金属着火危险，有机排放基本无工业应用熔盐电镀无H2O，无H2析出可得到水溶液中难以电镀的金属及合金Al、Li、Mg等活泼金属，Nb、Ti、W、Mo等难熔金属可提高水溶液中可电镀金属（Cr）镀层的组织及性能常见熔盐：无机盐：NaCl-AlCl3；高温离子液体（室温熔盐）,离子液体,历史1979年，Osteryoung，AlCl3-氯化正丁基吡啶(BPC)1982年，Hussey，AlCl3-氯化1-甲基-3-乙基咪唑(EMIC)1992年-至今，水、氧不敏感的离子液体特点大阳离子，小阴离子熔点极低应用化工：绿色溶剂、催化、合成材料：纳米材料，半导体材料锂离子电池电解液电沉积,离子液体电镀的应用-表面工程实验室,ITER计划中阻氚涂层的制备富铝涂层/Al2O3，自愈合能力现状德国：热浸镀铝法国：包埋渗铝，CVD意大利：喷涂镀铝存在的问题,现有方法存在的问题,几何形状对阻氚效果的影响板材符合要求管材：难以达到要求涂层制备工艺的适应性和稳定性HAD法管状试样制备涂层，涂层有脱落CVD法不行（g-Al2O3？）涂层质量开裂、孔洞阻氚涂层及制备的发展趋势新涂层体系：ErO2,Al-Cr-O1新涂层制备方法：ECA2,No further process development to achieve a better and more reliable coating quality was done at CEA or FZK during the last years.A more technological-oriented research is still needed before e.g.being successfully tested in ITER.-2005报告,1D.Levchuk,et al.,AlCrO thin films as an efficient hydrogen barrier,Surface&Coatings Technology,202(2008)5043-5047 德国，瑞士,离子液体电镀的应用-表面工程实验室,ITER计划中阻氚涂层的制备富铝涂层/Al2O3，自愈合能力新方法:离子液体镀铝不锈钢镀铝，低温热处理氧化和阻氚研究Al-Cr涂层的制备研究Al-Cr-Fe涂层的制备研究,合金化,低温氧化获得a-Al2O3,降低 相变温度,德国2010年论文也采用“室温熔盐镀铝”称为“ECX”，EC代表电化学X代表可选择的各种镀层 仍然为高温热处理问题：界面孔洞,pores,活泼金属耐磨抗蚀保护Mg合金镀铝研究NdFeB永磁镀铝NdFeB永磁镀非晶Al-Mn：牺牲阳极稀土超磁致伸缩材料的耐蚀保护核材料的耐蚀保护？活性金属在离子液体中阳极溶解行为及机理粘性膜氧化膜的完全去除极高的结合力国家自然科学基金，理论研究,其他电镀技术电刷镀修复大件的表面处理电泳镀非金属粉体沉积在金属表面羟基磷灰石YBaCuO超导体电泳漆电铸极薄件（模具）,第四讲：各种表面处理技术-化学镀,应用塑料、线路板电镀前处理：Cu镜子：Ag芯片中的线路！耐腐蚀：非晶Ni-P耐磨损：Ni-P+热处理,相关研究航空铝合金接插件WC-Co与金属焊接碳纳米管化学镀（张孝彬）NdFeB化学镀（严密）,方法化学镀溶液：主盐，还原剂、络合剂、添加剂温度、pH值时间特点无需电源非金属表面金属化陶瓷焊接塑料电镀仿型性极好各种形状镀覆均匀电镀：尖角效应、内孔、盲孔,第四讲：各种表面处理技术-化学镀,第四讲：各种表面处理技术-化学镀,机理：自催化待镀件是催化剂镀层金属也是催化剂与置换反应的区别化学镀镍机理硫酸镍+次亚磷酸钠H-角被吸附、H-H边被吸附催化脱氢：H2PO2-+H2O H2PO32-+2H+HNi2+2H Ni+2H+H2PO2-+H H2O+OH-+P塑料、陶瓷催化功能？SnCl2-HCl：敏化（Sn2+吸附）PdCl2-HCl：活化（Pd2+与Sn2+发生氧化还原反应）先粗化（提供吸附位置，塑料粗化CrO3）,特别注意事项耐蚀：孔隙率耐磨：硬度Hv500，400度热处理后Hv1000基体强度超硬铝合金140度时效钢铁低温回火,表 热处理时间对基体的影响（350）,化学镀铜：硫酸铜+EDTA-2Na+甲醛碱性溶液65度左右化学镀银：硝酸银+氨水+甲醛室温,进展复合镀（Ni-P-PTFE，超疏水表面）,进展芯片中线路（45nm）墙状生长：形核长大的控制硅片的催化活性?二维生长?,设备吊挂滚镀镀覆流程碱洗、酸洗（敏化、活化等）化学镀后处理镀覆参数（化学镀镍为例）镀液温度8595度pH=4.24.8（酸性镀液）装载量：1dm2/L镀速：10微米/小时,进展闭孔泡沫金属的制备高分子球化学镀镍,进展颗粒的复合镀壳-核结构、微-纳结构吸波、隐身低密度磁性、导电粉末,Co-空心微珠 Ag-空心微珠,进展颗粒复合镀壳-核结构、微-纳结构金属基复合材料电触点材料颗粒增强Al合金提高润湿性改善分布均匀性陶瓷基复合材料金属纳米双重增韧,Ag-SnO2,Cu-SiC Ni-金刚石,进展纳米颗粒表面化学镀Ni-P、Co-纳米碳管为什么要镀金属？,纳米颗粒化学镀的特点如何控制厚度？如何镀覆均匀？表 低温化学镀镍镀液组成及其工艺条件 成分 含量 作用 硫酸镍（NiSO46H2O）530 g/l 主盐 次亚磷酸钠（NaH2PO2H2O）225 g/l 还原剂 柠檬酸钠（Na3C6H5O72H2O）17 g/l 络合剂 醋酸钠（CH3COONa）15 g/l 络合剂 温度 30-35度,进展壳-核结构、微-纳结构光子晶体SiO2镀银先镀铜后镀银Ni粉镀银？,表面湿法处理电镀化学镀化学转化膜氧化、磷化、铬酸盐钝化阳极氧化纳米模板微弧氧化热浸镀热镀锌热镀铝,5.21 复习,电镀外加直流电源，金属离子得到电子水溶液Cu,Ni,Cr-耐蚀，美观-电位高于基体Zn,Cd-耐蚀，电位低于基体，牺牲阳极Au-电子信息，航空难点：镁合金等活泼基体的电镀离子液体：Al,Ni,化学镀自催化无需外加电源，仿形性好Ni-P，Cu，Ag，Co-P,表面覆层基体不参与反应,第四讲：各种表面处理技术-转化膜,转化膜处理基体材料参与反应表面由基体与溶液的反应产物构成发黑磷化铬酸盐钝化阳极氧化,第四讲：各种表面处理技术-转化膜,发黑（发兰）作用：防腐蚀、美观、特殊预处理机理：形成Fe3O4膜（膜薄时称发兰）,第四讲：各种表面处理技术-转化膜,发黑、发兰方法1：NaOH+NaNO2溶液，140度 3Fe+NaNO2+5NaOH3Na2FeO2+H2O+NH38Fe+3NaNO2+5NaOH+2H2O4Na2Fe2O4+3NH3 Na2FeO2+Na2Fe2O4+2H2OFe3O4+4NaOH,第四讲：各种表面处理技术-转化膜,发黑、发兰方法2：盐浴发黑熔融的亚硝酸盐和碱350400度QPQ处理氮化、抛光、发黑高硬度+耐蚀+美观照相机器材的发黑火车头曲轴的发黑铁锅的发黑,第四讲：各种表面处理技术-转化膜,发黑、发兰方法3：高温发黑 水蒸汽 560度,第四讲：各种表面处理技术-转化膜,发黑、发兰发展：室温发黑（Cu，Se化合物黑色）节能铜盐、亚硒酸 Cu2+Se2-CuSe(黑),硫酸铜 37g/L亚硒酸 45g/L硫酸镍 23g/L乙二胺四乙酸二钠 45g/L磷酸盐 23g/L,时间 3060spH值 23 耐蚀性 3%硫酸铜浸泡不变色 60s 3%氯化钠 2h耐磨性 软布用力擦拭 50来回,第四讲：各种表面处理技术-转化膜,磷化作用润滑涂料前处理防蚀+美观处理方法磷酸锰、磷酸锌等；高温(85-95度)、中温(55-65度)机理反应形成磷酸锌铁盐；磷酸锰铁盐 Fe十2H3PO4 Fe(H2PO4)2+H2 Zn(H2PO4)ZnHPO4+H3PO4 3ZnHOP4 Zn3(PO4)2+H3OP4,一般的磷化膜,第四讲：各种表面处理技术-转化膜,磷化发展室温磷化磷酸锌+促进剂亚硝酸钠稀土黑磷化：Zn-Ca表调：预先在表面形成细密黑色晶核 含Ti化合物等铸铁黑磷化？铁锅黑磷化？发黑是氧化物，遇酸退色,含钙膜,第四讲：各种表面处理技术-转化膜,铬酸盐钝化CrO3+H2SO4溶液金属：Zn、Cu、MgZn：铬酸锌（ZnCrO4）和铬酸铬（CrO3Cr2O3nH2O）作用：优异的耐腐蚀性特殊点：自修复性机理：Cr3+-3e=Cr6+发展低铬无铬钝化？含Mo、Mn等多价金属稀土钝化,第四讲：各种表面处理技术-转化膜,阳极氧化膜（Al为例）应用防蚀、耐磨、着色绝缘:LED路灯方法H2SO4溶液，低温阳极，通直流电结构多孔膜，g-Al2O3可着色，再封闭硬质阳极氧化孔小,第四讲：各种表面处理技术-转化膜,发展纳米膜板纳米线的制备：金属、纳米碳管、硅超疏水表面的制备机理：？,第四讲：各种表面处理技术-转化膜,发展微弧氧化:机理阳极高电压,阳极,阴极,第四讲：各种表面处理技术-转化膜,发展微弧氧化：性能高温更高的硬度Al：外层g-Al2O3，内层a-Al2O3基体低温态Al、Mg、Ti,第五讲：表面处理技术-热浸镀,热浸镀热浸镀Al、热浸镀Zn方法：工件浸入熔融金属液体（Al,Zn），一定时间取出。用于耐腐蚀、抗高温氧化为什么具有这些性能？耐蚀机理？抗氧化机理？,热浸镀锌作用：大气腐蚀防护护栏板、铁塔为何不是电镀Zn，而是热浸镀？方法：460480度锌液，数秒中浸渍原理？Fe-Al相图组织？SEM后处理钝化（铬酸盐钝化及替代）、涂料注意：高强螺栓不能热浸镀锌为什么？怎么办？机械镀锌、达克罗技术,热浸镀锌机理,热浸镀锌的发展REZnAl合金Galfan合金三峡工程彩色镀Zn镀锌后着色处理镀锌后涂料镀锌合金（Zn-Mn合金）ZAMZn-Al-Mg,第五讲：表面处理技术-热浸镀,热浸镀铝作用金属构件防大气腐蚀耐高温：汽车排气管阻氚涂层-Fe-Al涂层方法680750度铝液保护气氛环境机理？Fe-Al相图组织？Al/Fe2Al5/OM耐高温需要高温扩散处理得到Fe-Al合金,热浸镀铝机理,热浸镀Al后的组织,是Fe向Al扩散，还是Al向Fe扩散？为什么Fe2Al5?,Fe2Al5为斜方晶系C轴方向空位多，扩散快。,第五讲：表面处理技术-涂料,涂料作用防腐美观功能涂料种类聚乙烯丙烯酸树脂聚氨脂环氧树脂含有机溶剂,涂料施涂方法喷涂、浸涂电泳涂有机溶剂中分散粉末涂料，并使其带电电沉积静电喷涂空气中粉末涂料带电静电发生器，电晕放电浙大无线电-德清流态床喷涂悬浮的粉末零件加热后放入,涂料发展环保型涂料有机溶剂VOA排放水溶性粉末涂料纳米改性涂料纳米抗菌双亲双疏功能涂料导电涂料（导电胶）隐身涂料伪装涂料变色涂料,功能性粉末+高分子导电：银粉、镍粉、铜粉、银包铜粉隐身：磁性粉末、磁损耗、电损耗伪装：各种辐射率粉末构成图案,工程硕士：刘安心水性金属闪光底色漆的涂装工艺研究铝粉：闪光、耐蚀,纳米改性涂料与金属的结合,未改性聚乙烯涂料 纳米改性聚乙烯涂料高分子涂料与金属基体界面,第五讲：表面处理技术-热喷涂,热喷涂方法：将熔融的材料喷涂到金属表面如何实现？熔化+力：氧乙炔、等离子、超音速、电弧等材料：Zn、Al、Ni基合金、陶瓷、高分子，线材、粉末作用：防腐、抗磨、生物、抗高温、隔热层，修复关键问题：结合力与致密性,热喷涂应用实例缆车支架热喷锌：Zn丝火力发电耐高温磨损 高速电弧喷涂FeMnCrAl碳化物 系涂层组织与性能及机理研究电弧喷涂。碳化物颗粒强化耐磨性能颗粒怎么办？粉芯丝材,热喷涂应用实例注塑机螺杆耐腐蚀磨损原气体氮化耐蚀，一定的耐磨性塑胶，无机非金属颗粒，磨粒磨损+腐蚀怎么办？热喷涂制备双金属（Ni基合金+颗粒相）螺杆,发展方向等离子+纳米粉末其他如何实现管道内壁喷涂？如何在海底实施喷涂？,热浸镀热浸镀铝涂料热喷涂喷砂,第五讲：表面处理技术-喷砂,喷砂（抛丸）作用清理氧化皮抗疲劳表面粗化美观（消光）方法压缩空气（或液体）+固体颗粒设备喷枪（立式、转盘）抛丸机（转筒、履带式）,喷砂（抛丸）材料砂子：石英砂钢丸、钢砂、铸铁不锈钢玻璃珠不同形状（锐角、圆形）不同尺寸（粒径）发展作为加工手段考虑研究速度、角度等参数的影响不同粒径的分布,杨青林：铸件表面粗糙度研究 颗粒级配,第六讲：表面处理技术-化学热处理,渗碳、渗氮、软氮化、渗硫、渗金属特点化学镀是镀层本身的性能化学转化膜是基体参与化学反应化学热处理是改变基体表面成分应用表面耐磨：渗碳、渗氮、渗铬表面减磨：渗硫表面耐蚀：渗氮、软氮化表面抗高温氧化：渗铝、渗铬（与热浸镀铝不同）,原理：渗碳为例渗碳：齿轮（20CrMnTi，20CrNiMo）低碳塑性好，但不耐磨碳的渗入，硬度提高如何渗？Fe-C相图,组织,渗碳方法固体最早碳粉气体CH4，煤油CH4=C+2H22C+O2=2COCO+H2=C+H2O液体盐浴BaCl2+NaCl+碳粉,渗碳方法等离子体低真空300-500V电压辉光放电，离子轰击工件加热，渗入真空渗碳丙烷无氧化可实现更高温度渗碳,渗金属（铝）固体铝源Al+活化剂NH4Cl+填充剂Al2O3，9501050度，1-3h机理：NH4Cl=HCl+NH3，6HCl+2Al=2AlCl3+3H2低温行不行？形成Fe2Al5脆性大怎么办？气体（CVD）AlCl3,一些具体实例及发展动向链条销轴渗金属渗Cr高浓度渗碳碳化物网状析出，脆表面都是碳化物呢？高硬度、高耐磨真空脉冲渗氮盲孔、小孔改变扩散层浓度梯度双重辉光渗金属渗铝（徐重工艺）表面处理的复合渗氮+PVD法沉积TiC,第六讲：表面处理技术-化学热处理,第七讲：表面处理技术-三束处理,三束热处理：激光束、离子束、电子束高能态快速加热、依靠基体冷却只改变表面组织获得所需性能相变固态相变固液相变：熔化凝固三束辅助合金化激光熔覆合金化离子注入高能束离子几十几百Kev与表面发生非平衡作用,第七讲：表面处理技术-CVD,化学气相沉积（CVD）真空、高温化学反应TiC：TiCl4CH4TiC4HCl其他：金刚石、Al2O3、SiO2高温优缺点优点：结合力高基体强度下降发展：MOCVD（采用中温可分解的金属有机化合物）(C5H5)2TiCl2H2 TiC 825(CH3)3NTiCl4 Ti(NC)560,第七讲：表面处理技术-PVD,物理气相沉积（PVD）加热蒸发靶材，自重沉积热蒸发镜子、Al箔，电子工业应用广泛问题？磁控溅射电磁场中加速的离子轰击靶材、磁控溅射枪非平衡场磁控溅射射频-Al2O3等磁性材料？离子镀轰击沉积偏压离子镀,第七讲：表面处理技术-PVD,物理气相沉积（PVD）优点温度低，基体强度得到保持刀具表面TiN沉积、Al2O3缺点结合力视线效应！新发展激光LPVD浸没式等离子体,第八讲：表面处理层的性能及检测,表面粗糙度粗糙度仪轮廓线取样长Ln，轮廓中线m评定表面粗糙度数值的基准线轮廓算术平均偏差Ra微观不平度十点高度Rz五个最高与五个最低平均值之和轮廓最大高度RyLn内最高与最低之间的和,手持式粗糙度仪,台式粗糙度仪,第八讲：表面处理层的性能及检测,厚度千分尺超声波测厚仪界面磁性测厚仪磁性基体称重法：g/cm2金相法：最准确 要保证垂直！渗层深度金相显微硬度,超声波测厚仪,磁性测厚仪,第八讲：表面处理层的性能及检测,表面硬度显微硬度表面洛氏硬度纳米压痕仪耐磨性磨粒磨损滑动磨损冲蚀磨损,橡胶轮磨损机,滑动磨损试验机,动载磨损试验机,第八讲：表面处理层的性能及检测,耐蚀性浸泡 增重、失重盐雾：3%NaClSO2加速腐蚀电极电位极化曲线耐蚀机理交流阻抗图谱,盐雾试验机,第八讲：表面处理层的性能及检测,孔隙率非常重要（认识不足）阴极性保护层贴滤纸法CuSO4溶液亚铁氰化钾氯化钠Al试剂NaCl溶液与基体作用、显色数数，个/cm2有无合适的定量检测方法？,第八讲：表面处理层的性能及检测,结合力（附着力）金属镀层：弯曲试验陶瓷涂层：压痕法高分子层（涂料、粘结剂）划格法（半定量）拉伸法（定量）显微硬度压痕法裂纹纳米划痕仪,第八讲：表面处理层的性能及检测,表面形貌及成分SEM衬度？EDS相结构X射线原理？掠角XRD表面成分及化学价态XPS,教师讲解结束！,5月30日：学生第1组及讲评6月4日 学生第2组、第3组6月6日：学生第4组、第5组6月9日 学生第6组、第7组6月13日：学生第8组、第9组6月18日，学生第10组、第11组6月20日：学生第12组、第13组6月25日 学生第14组、第15组6月27日：学生第16组，总结点评,1组：杨莹/吴瑜/葛慧姝/杨梦琦 2组：葛相麟/时新昊/龚照东/路乔 3组：隋强 4组：韩达新/丁国根/孙思祥/李振隆 5组：徐吉健/徐晨霄/徐晨阳/龙剑文 6组：卜克军/徐雷/潘锗航 7组：吕慧朋/徐诺晨/康达/项博 8组：傅铁铮/张浩/贾郁/陈星 9组：楼子瑞/唐清/俞剑10组：黄琨/颜聿聪/王亦镠11组：阮悠扬/邹年年/朱一烽 12组：赵烨/吕容恺/张腾剑/高震博13组：狄锐/张洪伟/姚睿/徐秉政14组：吴沙莉/邢欢/韩子琪15组：杜子健/贾英强/林梓愿/朱泓伊16组：刘畅/王开平/杨子建/何桦浚,ITER计划核聚变能的利用核裂变-核反应堆核聚变-更清洁、无限核聚变计划ITER人造太阳实验包层模块（TBM）面对等离子体：氚增值、能量转换、辐射屏蔽液态铅锂（Pb-17%Li）增殖剂包层阻氚涂层TBM中的阻氚涂层与Pb-Li液接触的结构件（低活化马氏体钢）液相中氚穿透结构件向外扩散DEMO中的阻氚涂层,关于ITER计划,