材料表面工程第四讲.pptx

; 一、气相沉积技术 二、高能束表面处理;一、气相沉积技术;1.气相沉积技术原理、分类 定义-在基体上形成功能膜层的技术，也称作干镀。 分类-膜层形成机理可分为 ;2.物理气相沉积原理、装置及工艺 (1)真空蒸镀 定义-在真空条件下，用加热蒸发的方法使镀料转化为气相，然后凝聚在基体表面的方法。 步骤-清洁基材表面→蒸发源加热镀膜材料→材料蒸发或升华成蒸气→蒸气在基材表面凝聚成膜。;原理-在高真空中，镀料气化（升华）。基体设在蒸气流上方，且温度相对较低，则蒸气在基体上形成凝固膜。 ;设备 ;8;9;10;11;真空蒸镀膜性质 大多数呈晶态，尺寸10~100nm； 膜层与基体的结合主要为机械结合； 形貌取决于膜层材料的特性、基体材料及操作时基体的温度； 常用的蒸镀材料有:铬、铜、金、铝、氧化硅、锡、锑、三硫化锑等。 ;(2)溅射镀膜 定义-在真空室中，用荷能粒子轰击靶材，使其原子获得能量而溅出进入气相，并在工件表面沉积成膜。荷能粒子一般为离子。 步骤-靶面原子溅射→溅射原子向基片迁移→沉积成膜。;常用方法 二极溅射 ; 射频溅射 射频：指频率低于6×1012的电振荡频率 ; 磁控溅射 ; 三极溅射 ;溅射镀膜应用 机械功能膜：耐摩、减摩、耐热、抗蚀等强化膜，固体润滑薄膜； 物理功能膜：电气、磁学、光学等； 装饰膜。 ;(3)离子镀膜 定义-在真空条件下，由惰性气体辉光放电使气体或被蒸发物质部分离子化，离子经电场加速后对带负电荷的基体轰击，同时将蒸发物或反应物沉积成膜。 镀料蒸发方式-电阻加热、电子束加热、等离子束加热、高频感应加热等。 离化方式-辉光放电型、电子束型、热电子型、等离子电子束型等。;原理 工件为阴极，阳极兼作蒸发源。 抽真空10-3~10-4Pa，充氩气至10-2~1Pa，加几百至几千伏直流电压，氩离子轰击清洗基片，接通交流电，膜料蒸发且电离或激发，正离子轰击基片，中性粒子沉积成膜。 ;常用离子镀膜方法 空心阴极离子镀 ; 多弧离子镀 ; 磁控溅射离子镀 ; 活性反应离子镀 ;离子镀膜应用 表面强化镀层：耐磨镀层、耐蚀镀层、润滑镀层； 装饰镀层； 特殊功能镀层。 ;3.化学气相沉积原理、装置及工艺 定义-通过热化学反应产生的气相在工件表面沉积成膜的方法。 设备- ;特点 可以制备多种单质/化合物/氮化物或不同组分的薄膜； 可以在较宽的范围内获得具有可控成分的覆层； 薄膜的沉积温度可以低于其本身的熔点。;分类;29;30;31;32; 一、气相沉积技术 二、高能束表面处理;二、高能束表面处理;1.高能束表面改性概述 高能束-激光束、电子束、离子束。 表面改性-获得与基体的组织、性能不同的材料表面。 高能束加热和冷却速度极高-微晶或非晶制备。 离子注入-把异类原子引入表面层-表面合金化。;2.激光表面处理概述及其分类 概述： 金属对激光的吸收——部分反射,部分吸收； 吸收能量——电子跃迁； 吸收率与波长、温度、金属表面自身性质有关； 激光与金属作用的类型：热作用、力作用、光作用。;分类： 不改变基材表面成分;38;39;40;41;42;43;44;45;46;3.电子束表面处理及热过程 原理;电子束表面改性方法 ①电子束淬火； ②电子束表面合金化； ③电子束覆层； ④制造非晶态层； 此外，电子束蒸镀、溅射也应属于电子束的改性范畴。;4.离子注入原理、装置及应用 原理-把所需的离子（如N、C、O、Cr、Ni、Ti等元素离子）加速至几万甚至百万电子伏特能量，并注入金属材料表层。;离子注入强化机理 ①固溶强化； ②细晶强化； ③晶格损伤强化； ④弥散强化； ⑤晶格变换效应； ⑥压应力效应(喷丸强化)。 ;离子注入特点 ①靶材与注入元素不受限制； ②不受温度限制； ③不受固溶度、扩散系数、结合力限制； ④可精确控制掺杂数量、深度与位置； ⑤横向扩散可忽略，深度均匀； ⑥不改变工件尺寸； ⑦缺点：设备昂贵，成本较高，在真空中处理。 ;1）简述材料表面工程在材料科学研究中的重要性； 2）针对石油装备材料表面改性及强化的研究方法，对其工作原理及应用进行论述； 3）结合课题方向，简述学习《材料表面工程》这门课的心得体会； 4）篇幅要求：20页（1.5万字左右）。