文档介绍：界面理论与表面技术
主讲人:邵红红
江苏大学材料学院
金属表面工程技术的分类
从材料科学的角度,美国加利福尼亚大学材料科学与工程系邦沙()教授和离子镀的创始人(美国山茅公司表面冶金部)马托克斯(Mattox·D)博士提出的分类方法是按沉积物的尺寸进行分类,将表面工程技术分为四大类。
1 原子沉积物
原子在基体上凝聚,然后成核、长大,最终形成薄膜。
被吸附的原子处于快冷的非平衡态,沉积层中有大量结构缺陷。凝聚成核及长大的模式决定着涂层的显微结构和晶型。
电镀、真空蒸镀、溅射、离子镀、化学气相沉积、等离子聚合、分子束外延均属这类。
2 粒状沉积物
熔化的液滴或细小的固体颗粒在外力作用下于基体材料表面凝聚、沉积或烧结。
涂层的显微结构取决于颗粒的凝固或烧结情况。
火焰喷涂,等离子喷涂、爆炸喷涂、搪瓷釉等都属这类。
3 整体涂层
欲涂覆的材料于同一时间施加于基体表面。如涂漆、包覆金属、浸渍涂层等。
4 表面改性
用离子处理、热处理、机械处理及化学处理等方法处理表面,改变材料表面的组成及性质。
如化学转化膜、熔盐镀、喷丸强化、离子注入、激光处理、离子氮化等。
我国冶金部钢铁研究总院的廖乾初教授将众多的表面工程技术概括为三类:
(1)改善表面显微组织——表面组织强化;
(2)改善表面化学成分——表面合金化;
(3)沉积到表面上形成薄膜——表面改性。
第1篇表面工程基础理论
第1章固体的界面
§ 物理界面
通常把凝聚相和气相之间的分界面称为表面。它与摩擦、磨损、氧化、腐蚀、偏析、催化、吸附现象,以及光学、微电子学等均密切相关。
把凝聚相之间的分界面称为界面。不同凝聚相之间的分界面称为相界面,同一相的晶粒之间的分界面称为晶粒间界,简称晶界。晶粒度小到微米级以下的晶粒,称为微晶;小到1nm数量级时,则远程有序消失,物质属于非晶态。
1 理想表面
理想表面是理论上认为的结构完整的二维点阵平面,表面的原子分布位置和电子密度都和体内一样。
理想表面忽略了晶体内部周期性势场在晶体表面中断的影响,也忽略了表面上原子的热运动以及出现的缺陷和扩散现象。
通常可以把晶体的解理面认为是理想表面,但实际上理想表面是不存在的。
Z方向上原子排列呈周期性的变化,使表面附近的电子波函数发生畸变。动能高的电子,能够穿透表面势垒,形成表面过剩电子,并和表面下末补偿的正电荷构成表面双电层。
在许多金属氧化物中,也都存在双电层,这对其吸附、润湿、腐蚀和烧结都有影响。