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材料表面工程;第一讲:本课程的进行方式5.7;;;本课程的教学安排;;以往学生综述选题例;以往学生的ppt;本课的结束形式;本课的结束形式;本课的结束形式;本课程的教材;同学讲解的时间安排;表面工程历史;表面工程的内容;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??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;第二讲:表面失效机理:磨损;耐磨损表面处理技术;表面失效机理:疲劳;5.9 复习;;表面失效机理:腐蚀;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;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;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Zn
Al(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;电化学腐蚀;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;;耐腐蚀表面处理;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?;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
;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;第三讲:固体表面;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;;5.14 复习;;表面预处理;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;第四讲:各种表面处理技术-电镀;第四讲:各种表面处理技术-电镀;5.16 复习;;离子液体;离子液体电镀的应用---表面工程实验室;现有方法存在的问题;离子液体电镀的应用---表面工程实验室;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;;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
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