材料表面工程技术-2基础理论及概念ppt课件.ppt

第二章 表面工程技术的基本概念 和基础理论
固体材料及其表面
材料磨损原理及其耐磨性
金属腐蚀原理与防护技术
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§1 固体材料及其表面
表面：将固相和气相之间的分界面
界面：把固相之间的分界面
相界面：不同凝聚相之间的分界面
晶界：同一相之间的分界面称为
微晶：晶粒尺寸小到微米级以下的晶粒
非晶态：当晶粒尺寸小到1nm数量级时，则晶体结构的远程有序消失
§
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一、典型固体表面
理想表面
可以想象为无限晶体中插进一个平面，将其分成两部分后所形成的表面，并认为半无限晶体中的原子位置和电子密度都和原来的无限晶体一样。
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洁净表面：材料表层化学成分仍与体内相同。气相沉积和微细加工。
清洁表面：指零件经过清洗后的表面，与洁净表面相比较易实现。涂层和镀膜。
机械加工过的表面：波纹度、粗糙度
一般表面： 除金以外，零件经过机械加工后，表面上有各种氧化物覆盖。
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理想表面
块规表面
研磨表面
磨削表面
铣削表面
车削表面
钻削表面
不同的加工方法形成的材料表面轮廓曲线
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二、典型固体界面
基于固相晶粒尺寸和微观结构差异形成的界面
微晶层
塑 性 流 动 层
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基于固相组织或晶体结构差异形成的界面
珠光体中铁素体和渗碳体
表面淬火：表面淬火态（马氏体）、心部退火态
基于固相宏观成分差异形成的界面
冶金结合界面：激光熔覆、堆焊、喷焊
扩散结合界面：热扩渗、离子注入
外延生长界面：化学气相沉积、电镀
化学键结合界面：物理和化学气相沉积、离子注入、热扩渗、化学转化膜、阳极氧化、化学氧化
分子键结合界面：部分物理气相沉积、涂装
机械结合界面：热喷涂、包镀
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三、表面扩散：
由于表面原子受约束程度比晶界或体内要低得多，原子在表面迁移时所需克服的能垒也就小得多。因此，表面扩散在表面工程技术中的薄膜形核、长大过程中发挥着十分关键的作用。
四、表面能及表面张力
表面能：指材料表面的内能，它包括原子的动能、原子间的势能以及原子中原子核和电子的动能和势能等。
表面张力：是表面能的一种物理表现，是由于原子间的作用力以及在表面和内部的排列状态的差别而引起的。
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五、固体表面的物理吸附和化学吸附
吸附的基本特性
物理吸附中固体表面与被吸附分子之间的力是范德华力。
化学吸附中，吸附原子与固体表面之间的结合力和化合物中原子间形成化学键的力相似，比范德华力大得多。
固体对气体的吸附：物理吸附、化学吸附、物理化学并存。气相沉积，热扩渗。
固体对液体的吸附：物理吸附、化学吸附。电镀，润滑油。
固体表面之间的吸附
吸附对材料力学性能的影响－－莱宾杰尔效应
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莱宾杰尔效应
由于环境介质的作用，材料的强度、塑性、耐磨性等力学性能大大降低。
一种是不可逆物理过程与物理化学过程引起的效应，如各种形式的腐蚀等，它与化学、电化学过程及反应有关。腐蚀并不改变材料的力学性能，而是逐渐均匀地减小受载件的尺寸，结果使危险截面上的应力增大，当超过允许值时便发生断裂；
另一种是可逆物理过程和可逆物理化学过程引起的效应，这些过程降低固体表面自由能，并不同程度地改变材料本身的力学性能。
因环境介质的影响及表面自由能减少导致固体强度、塑性降低的现象，称为莱宾杰尔效应。
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