表面工程學全冊配套完整教學課件

1、表面工程學全冊配套表面工程學全冊配套完整教學課件完整教學課件1 緒論緒論教學目的和要求教學目的和要求掌握表面工程的定義、分類、特點（意義）等。掌握表面工程的定義、分類、特點（意義）等。 1.1表面工程學的定義和內涵表面工程學的定義和內涵n表面工程學是上個世紀八十年代中期才出現的一門新型綜合性學科。表面工程學是上個世紀八十年代中期才出現的一門新型綜合性學科。它是在傳統(tǒng)的表面硬化技術和腐蝕防護基礎上，引入了一些科技新成就，如氣它是在傳統(tǒng)的表面硬化技術和腐蝕防護基礎上，引入了一些科技新成就，如氣相沉積，離子注入，激光、電子束和等離子等技術后，拓寬了表面工程的應用范圍，相沉積，離子注入，激光、電子束和

2、等離子等技術后，拓寬了表面工程的應用范圍，使其成為表面硬化、表面防腐、機械修復使其成為表面硬化、表面防腐、機械修復(再制造再制造)，新材料制造、功能材料、復合，新材料制造、功能材料、復合材料、表面裝飾和表面精細加工等方面不可或缺的工藝手段，被廣泛應用于機械、材料、表面裝飾和表面精細加工等方面不可或缺的工藝手段，被廣泛應用于機械、電子、冶金、建筑、交通、航空航天、核工業(yè)及日常生活用品等領域，逐漸形成了電子、冶金、建筑、交通、航空航天、核工業(yè)及日常生活用品等領域，逐漸形成了一門一門獨立獨立的學科。的學科。 1983年，英國伯明翰大學成立沃福森表面工程研究所年，英國伯明翰大學成立沃福森表面工程研究所

3、 1985年，年，“表面工程表面工程”國際刊物創(chuàng)刊；第一界表面工程國際會議國際刊物創(chuàng)刊；第一界表面工程國際會議 1988年，我國年，我國“表面工程研究所表面工程研究所”成立成立(屬機械工程學會屬機械工程學會)；“表面工程表面工程”創(chuàng)刊創(chuàng)刊n上世紀上世紀80年代后期，美國商業(yè)部就將表面工程技術列入影響年代后期，美國商業(yè)部就將表面工程技術列入影響21世世紀人類生活的七大關鍵技術之一紀人類生活的七大關鍵技術之一（計算機科學、生命科學、新能源技術、（計算機科學、生命科學、新能源技術、新材料技術、信息技術和先進制造技術）。新材料技術、信息技術和先進制造技術）。n表面工程技術被喻為上個世紀表面工程技術被喻

4、為上個世紀80年代以來年代以來世界十項關鍵技術世界十項關鍵技術之一。之一。n表面工程學是近表面工程學是近20年來（材料科學與工程中）發(fā)展最為迅速的學年來（材料科學與工程中）發(fā)展最為迅速的學科之一。科之一。n表面工程已成為現代制造技術的重要組成部分和部分產業(yè)的關鍵表面工程已成為現代制造技術的重要組成部分和部分產業(yè)的關鍵技術支撐。技術支撐。n材料表面工程的應用范圍材料表面工程的應用范圍： 表面強化表面強化 防腐工程防腐工程 零部件修復零部件修復 電子電路電子電路 傳感器與自動控制傳感器與自動控制 表面強化、耐蝕、耐磨、表面強化、耐蝕、耐磨、修復、裝飾、微細加工修復、裝飾、微細加工在航空航天方面的應

5、用在航空航天方面的應用 在防護上常用涂鍍技術，熱浸鍍技術，物理和化學氣相沉積技術（在防護上常用涂鍍技術，熱浸鍍技術，物理和化學氣相沉積技術（PVD，CVD）來提高飛機、運載火箭、衛(wèi)星、宇宙飛船、導彈在各種飛行惡劣環(huán)）來提高飛機、運載火箭、衛(wèi)星、宇宙飛船、導彈在各種飛行惡劣環(huán)境下對材料性能產生的影響進行防護。境下對材料性能產生的影響進行防護。在航空航天方面的應用在航空航天方面的應用在航空航天方面的應用在航空航天方面的應用 如第四、五代的飛如第四、五代的飛機，在停飛和飛行過程機，在停飛和飛行過程中，可能遇到中，可能遇到50的的空氣摩擦升溫至空氣摩擦升溫至200，因而在飛機蒙皮的表面因而在飛機蒙皮的

6、表面涂上高聚物涂料免受環(huán)涂上高聚物涂料免受環(huán)境介質侵蝕，減少阻力。境介質侵蝕，減少阻力。 飛機的蒙皮、雷達罩、發(fā)動機的尾飛機的蒙皮、雷達罩、發(fā)動機的尾噴管、座艙都采用隱身涂層，雷達罩噴管、座艙都采用隱身涂層，雷達罩和尾噴管采用和尾噴管采用SnO2和和In2O3等摻雜半導等摻雜半導體材料作填料和適當的載流子濃度及體材料作填料和適當的載流子濃度及遷移率以及等離子體頻率，使其具有遷移率以及等離子體頻率，使其具有兼容雷達和紅外隱身。美國的兼容雷達和紅外隱身。美國的TF39發(fā)發(fā)動機軸承，離子注入鉻磷，可解決動機軸承，離子注入鉻磷，可解決點蝕、磨蝕，提高發(fā)動機軸承的使用點蝕、磨蝕，提高發(fā)動機軸承的使用壽命

7、。壽命。 在航空航天方面的應用在航空航天方面的應用奔 馳 系 列 在車身涂裝上，設計選用電泳底漆、中間涂層、面漆三涂層體在車身涂裝上，設計選用電泳底漆、中間涂層、面漆三涂層體系，不僅使車身具有防腐蝕功能，更具有亮麗、閃光色彩。系，不僅使車身具有防腐蝕功能，更具有亮麗、閃光色彩。一、表面工程技術的定義一、表面工程技術的定義n為滿足特定的工程需求，使為滿足特定的工程需求，使材料或零部材料或零部件件表面表面具有特殊的具有特殊的成分、成分、結構和性能結構和性能(或功能或功能)的化學、物理方法與工藝。的化學、物理方法與工藝。關于表面工程：關于表面工程：n表面工程是以表面科學為理論基礎，以表面工程是以表面

8、科學為理論基礎，以表面表面和和界面界面行為為研究對行為為研究對象，把相互依存、相互分工的零件基體與零件表面構成一個系統(tǒng)，象，把相互依存、相互分工的零件基體與零件表面構成一個系統(tǒng)，同時又綜合了失效分析、表面技術、表面層材料、表面層性能、同時又綜合了失效分析、表面技術、表面層材料、表面層性能、預處理和后加工、表面檢測技術、表面質量控制、使用壽命評估、預處理和后加工、表面檢測技術、表面質量控制、使用壽命評估、表面施工管理、技術經濟分析、三廢處理和重大工程實踐等多項表面施工管理、技術經濟分析、三廢處理和重大工程實踐等多項內容。內容。n表面工程是一項系統(tǒng)工程。表面工程是一項系統(tǒng)工程。二、表面工程技術的內

9、涵二、表面工程技術的內涵n表面改性技術表面改性技術n表面（微細）加工技術表面（微細）加工技術n表面合成材料技術表面合成材料技術n表面加工三維合成技術表面加工三維合成技術n上述要點的組合或綜合上述要點的組合或綜合高深寬比高深寬比GaN深刻蝕深刻蝕 （深：（深：4m，寬：，寬：0.6m）1.2表面工程技術的特點與意義表面工程技術的特點與意義表面工程技術具有一般整體材料加工技術不具備的優(yōu)點。表面工程技術具有一般整體材料加工技術不具備的優(yōu)點。n主要作用在基材表面，對遠離表面的基材內部組織與性能影響不大主要作用在基材表面，對遠離表面的基材內部組織與性能影響不大。因此，可以。因此，可以制備表面性能與基材性

10、能相差很大的復合材料。制備表面性能與基材性能相差很大的復合材料。n采用表面涂采用表面涂(鍍鍍)、表面合金化技術取代整體合金化，使普通、廉價的材料表面具、表面合金化技術取代整體合金化，使普通、廉價的材料表面具有特殊的性能，有特殊的性能，不僅可以節(jié)約大量貴重金屬，而且可以大幅度提高零部件的耐磨不僅可以節(jié)約大量貴重金屬，而且可以大幅度提高零部件的耐磨性和耐蝕性，提高勞動生產率，降低生產成本。性和耐蝕性，提高勞動生產率，降低生產成本。n可以兼有裝飾和防護功能可以兼有裝飾和防護功能，有力推動了產品的更新?lián)Q代。，有力推動了產品的更新?lián)Q代。n表面薄膜技術和表面微細加工技術具有微細加工功能，表面薄膜技術和表面

11、微細加工技術具有微細加工功能，是制作大規(guī)模集成電路、是制作大規(guī)模集成電路、光導纖維和集成光路、太陽能薄膜電池等元器件的基礎技術。光導纖維和集成光路、太陽能薄膜電池等元器件的基礎技術。n二維的表面處理技術已發(fā)展成為三維零件制造技術二維的表面處理技術已發(fā)展成為三維零件制造技術（生長型制造法），不僅大幅（生長型制造法），不僅大幅度降低了零部件的制造成本，亦使設計與生產速度成倍提高。度降低了零部件的制造成本，亦使設計與生產速度成倍提高。n表面工程技術已成為制備新材料的重要方法表面工程技術已成為制備新材料的重要方法，可以在材料表面制備整體合金化難，可以在材料表面制備整體合金化難以做到的特殊性能合金等。以

12、做到的特殊性能合金等。金屬材料表面工程學的地位：金屬材料表面工程學的地位： n表面工程技術所涉及的基材包括幾乎所有的工程材料，如金屬、表面工程技術所涉及的基材包括幾乎所有的工程材料，如金屬、陶瓷、半導體材料、高分子材料、混凝土、木材和各類復合材料陶瓷、半導體材料、高分子材料、混凝土、木材和各類復合材料等。等。n金屬材料，特別是鋼鐵材料，目前仍舊是機械、設備和工程構件金屬材料，特別是鋼鐵材料，目前仍舊是機械、設備和工程構件的主要材料。的主要材料。 機械行業(yè)中：機械行業(yè)中： 鋼鐵材料：鋼鐵材料：93% 有色金屬：有色金屬：2% 非金屬材料：非金屬材料：5%據統(tǒng)計，世界鋼材的據統(tǒng)計，世界鋼材的10%

13、因腐蝕而損失。因腐蝕而損失。（2015年，世界鋼鐵產量約為年，世界鋼鐵產量約為16億噸，億噸，其中我國約為其中我國約為8億噸。）億噸。）機械零件失效的主要形式：機械零件失效的主要形式： n塑性變形：材料強度不足或過載使用；塑性變形：材料強度不足或過載使用；n斷裂：韌性斷裂、脆性斷裂和疲勞斷裂；斷裂：韌性斷裂、脆性斷裂和疲勞斷裂；n磨損：按磨損機理分為磨料磨損、沖蝕磨損、粘著磨損和疲勞磨損等七大類；磨損：按磨損機理分為磨料磨損、沖蝕磨損、粘著磨損和疲勞磨損等七大類；n腐蝕：在環(huán)境及周圍介質作用下產生。腐蝕：在環(huán)境及周圍介質作用下產生。n在以上四種失效形式中，磨損、疲勞和腐蝕占在以上四種失效形式中

14、，磨損、疲勞和腐蝕占80%以上。以上。 實驗證實：失效通常是從材料的表面開始的，而且往往是因其表面性能不高所致。實驗證實：失效通常是從材料的表面開始的，而且往往是因其表面性能不高所致。 研究金屬材料的表面及其相應的強化方法有十分重要的意義。研究金屬材料的表面及其相應的強化方法有十分重要的意義。1.3表面工程技術的分類表面工程技術的分類n表面改性技術表面改性技術表面組織轉化技術表面組織轉化技術表面涂鍍技術表面涂鍍技術表面合金化和摻雜技術表面合金化和摻雜技術n表面微細加工技術表面微細加工技術n表面加工三維成型技術表面加工三維成型技術n表面合成新材料技術表面合成新材料技術n復合表面技術復合表面技術（

15、上述幾個要點的組合或綜合）（上述幾個要點的組合或綜合）思考題思考題 n從機械零部件失效的主要形式及比例出發(fā)，說明研發(fā)表面工程技術從機械零部件失效的主要形式及比例出發(fā)，說明研發(fā)表面工程技術的重要意義。的重要意義。n試舉例說明表面工程技術的效用。試舉例說明表面工程技術的效用。 2 表面工程技術的物理、化學基礎表面工程技術的物理、化學基礎教學目的和要求教學目的和要求 掌握固體掌握固體(金屬金屬)的重要表面特性，材料磨損及腐蝕基的重要表面特性，材料磨損及腐蝕基本原理。本原理。 前言前言成功運用表面工程技術的三要素：成功運用表面工程技術的三要素：n掌握材料表面與界面的基礎知識掌握材料表面與界面的基礎知識

16、n掌握各種表面工程技術的特點掌握各種表面工程技術的特點n了解與掌握影響材料表面性能的主要因素了解與掌握影響材料表面性能的主要因素2.1固體的表面和界面固體的表面和界面 n（外）表面（定義）：（外）表面（定義）： 固體與周圍環(huán)境（氣相、液相和真空）之間的分界面（固體與周圍環(huán)境（氣相、液相和真空）之間的分界面（過渡區(qū)過渡區(qū)）。）。 因環(huán)境不同，過渡區(qū)的組成和深度不同。因環(huán)境不同，過渡區(qū)的組成和深度不同。n界面（定義）：界面（定義）： 固體之間的分界面稱為界面；界面是一種二維的結構缺陷。固體之間的分界面稱為界面；界面是一種二維的結構缺陷。 在體系中，結構和成分不同的區(qū)域間；或結構和成分均相同，但取向

17、不同的兩晶粒在體系中，結構和成分不同的區(qū)域間；或結構和成分均相同，但取向不同的兩晶粒間的交界面都稱為界面。間的交界面都稱為界面。 前者稱前者稱相界相界，而后者稱為，而后者稱為晶界晶界。一、典型固體表面一、典型固體表面1. 理想表面理想表面n 定義：向無限晶體內插入一個平面并切斷插入面兩側的原子結合鍵后，將其分為定義：向無限晶體內插入一個平面并切斷插入面兩側的原子結合鍵后，將其分為兩部分而形成的兩個新的表面稱為理想表面。兩部分而形成的兩個新的表面稱為理想表面。n 特點：此過程中除了晶體附加了一組邊界條件外，無任何其它改變。在半無限晶特點：此過程中除了晶體附加了一組邊界條件外，無任何其它改變。在半

18、無限晶體內部，原子和電子的狀態(tài)與原來無限晶體的情況一樣。體內部，原子和電子的狀態(tài)與原來無限晶體的情況一樣。 理想表面實際不存在（是理論分析的基礎）。理想表面實際不存在（是理論分析的基礎）。實際表面存在表面能。實際表面存在表面能。理想表面形成示意圖理想表面形成示意圖1-1.實際表面實際表面n定義：與理想表面不相同的實際的表面定義：與理想表面不相同的實際的表面（溫度在（溫度在0K以上的表面）。以上的表面）。 nJ.W.Gibbs于于1877年首先提出：在氣固相界面年首先提出：在氣固相界面處存在一種二維凝聚物相。處存在一種二維凝聚物相。 n特點：特點：1.馳豫及重構馳豫及重構 2.合金的表面偏析合金

19、的表面偏析 3.表面吸附和表面化合物表面吸附和表面化合物 4.表面缺陷表面缺陷 馳馳 豫豫重重 構構表面原子的馳豫與重構表面原子的馳豫與重構 表面吸附表面吸附表面偏析表面偏析2.潔凈表面與清潔表面潔凈表面與清潔表面n潔凈表面（定義）：材料表層原子結構的周期性不同于體內，但其化學成分仍與潔凈表面（定義）：材料表層原子結構的周期性不同于體內，但其化學成分仍與體內相同的表面。體內相同的表面。n潔凈表面允許有吸附物，但其覆蓋的幾率應該非常低。潔凈表面允許有吸附物，但其覆蓋的幾率應該非常低。n潔凈表面只有用特殊的方法才能得到潔凈表面只有用特殊的方法才能得到n清潔表面（定義）：一般指零件經過清洗清潔表面（

20、定義）：一般指零件經過清洗(脫脂、浸蝕等脫脂、浸蝕等)以后的表面。以后的表面。n清潔表面易于實現，只要經過常規(guī)的清洗過程即可。清潔表面易于實現，只要經過常規(guī)的清洗過程即可。n潔凈表面的潔凈表面的“清潔程度清潔程度”比清潔表面高。比清潔表面高。潔凈表面與清潔表面這一對概念很重要。潔凈表面與清潔表面這一對概念很重要。3.機械加工后的表面機械加工后的表面表面的粗糙度和波度構成了金屬的表面形貌。表面的粗糙度和波度構成了金屬的表面形貌。n波紋度波紋度:金屬表面呈波浪形的有規(guī)律和無規(guī)律的表面反復結構誤差稱為波紋度。金屬表面呈波浪形的有規(guī)律和無規(guī)律的表面反復結構誤差稱為波紋度。波紋度的波距與波深的比為：波紋

21、度的波距與波深的比為：1000：1100。 n粗糙度粗糙度:加工表面所具有的微小凹凸和微小峰谷所組成的微觀幾何形狀就構成了其特征。加工表面所具有的微小凹凸和微小峰谷所組成的微觀幾何形狀就構成了其特征。粗糙度的波距與波深之比常常為粗糙度的波距與波深之比常常為150：15。波紋度是間距大于表面粗糙度但小于表面幾何形狀誤差的表面幾何不平度，屬波紋度是間距大于表面粗糙度但小于表面幾何形狀誤差的表面幾何不平度，屬于微觀和宏觀之間的幾何誤差。于微觀和宏觀之間的幾何誤差。 n粗糙度的表示粗糙度的表示: :1、輪廓的算術平均偏差、輪廓的算術平均偏差Ra：式中：式中：y i 為為波峰高或波谷深的數值波峰高或波谷

22、深的數值，n為測量的波峰或波谷的個數。為測量的波峰或波谷的個數。2、真實面積與投影面積之比、真實面積與投影面積之比 i ： i A i /A l 式中：式中： A i為真實面積，為真實面積，A l 為的投影面積（理想的幾何學面積）為的投影面積（理想的幾何學面積） 顯然，顯然， i 1表面光潔度表面光潔度 1 3 5 7 9 11 13表面粗糙度表面粗糙度Ra（m）5012.53.20.800.200.0500.012式式(2-1)式式(2-2)經過仔細研磨的金屬：經過仔細研磨的金屬： i 2它與表面工程技術的特征它與表面工程技術的特征及實施前的預備工藝緊密及實施前的預備工藝緊密聯(lián)系，并嚴重影響

23、材料的聯(lián)系，并嚴重影響材料的摩擦磨損、腐蝕性能、表摩擦磨損、腐蝕性能、表面磁性能和電性能等。面磁性能和電性能等。材料的表面粗糙度是表面工程技術中材料的表面粗糙度是表面工程技術中最重要最重要的概念之一。的概念之一。（控制最后一道加工工序。）（控制最后一道加工工序。）（與實際情況的對應關系）（與實際情況的對應關系） 14 （0.006m）：鏡面）：鏡面 13（0.012m）：霧狀鏡面）：霧狀鏡面 12 （0.025m）：鏡狀光澤面）：鏡狀光澤面 11 （0.050m）：亮光澤面）：亮光澤面 10（ 0.10m）：暗光澤面）：暗光澤面 9（0.20m）：不可見加工痕跡方向）：不可見加工痕跡方向8（0

24、.40 m）：微見加工痕跡方向）：微見加工痕跡方向 7 （0.80m）：可見加工痕跡方向）：可見加工痕跡方向 6 （1.60 m）：看不清加工痕跡方向）：看不清加工痕跡方向5（3.2m）：微見加工痕跡方向）：微見加工痕跡方向 4（6.3m）：可見加工痕跡方向）：可見加工痕跡方向 3（12.5m）：微見刀痕）：微見刀痕 2（25m）：可見刀痕）：可見刀痕 1（50m）：明顯可見刀痕）：明顯可見刀痕 4.一般表面一般表面n由于表面原子處于非平衡狀態(tài)，一般表面會吸咐一層外來原子。由于表面原子處于非平衡狀態(tài)，一般表面會吸咐一層外來原子。n常溫常壓條件下，金屬表面會被氧化（金除外）。常溫常壓條件下，金屬

25、表面會被氧化（金除外）。n要求進行表面預處理。要求進行表面預處理。二、典型固體界面二、典型固體界面1.基于固相晶粒尺寸和微觀結構差異形成的界面基于固相晶粒尺寸和微觀結構差異形成的界面n微晶層微晶層(比爾比層比爾比層(Bilby)層層)：1100nm厚的晶粒微小的厚的晶粒微小的微晶層。微晶層。n塑性變形層：塑變程度和它的深度有關。塑性變形層：塑變程度和它的深度有關。n其它變質層：其它變質層： (1)形成孿晶：形成孿晶：Zn,Ti等密排六方結構的金屬表層會形成孿晶等密排六方結構的金屬表層會形成孿晶;(2)發(fā)生相變：發(fā)生相變：18-8型奧代體不銹鋼，型奧代體不銹鋼，黃銅、淬火鋼中的殘黃銅、淬火鋼中的

26、殘余奧氏體，高錳鋼等會形成相變層；余奧氏體，高錳鋼等會形成相變層；(3)發(fā)生再結晶：發(fā)生再結晶：Sn、Pb、Zn等低熔點金屬加工后表層能夠等低熔點金屬加工后表層能夠形成再結晶層。形成再結晶層。(4)發(fā)生時效和出現表層裂紋等。發(fā)生時效和出現表層裂紋等。塑變深度塑變深度(m)0 10 20 3054321變形量變形量(%)2.基于固相組織或晶體結構差異形成的界面基于固相組織或晶體結構差異形成的界面n典型特征是兩相之間的微觀成分與組織存在很大的典型特征是兩相之間的微觀成分與組織存在很大的差異，但無宏觀成分上的明顯區(qū)別（珠光體），且差異，但無宏觀成分上的明顯區(qū)別（珠光體），且宏觀組織變化存在漸變區(qū)域宏

27、觀組織變化存在漸變區(qū)域(表面淬火組織表面淬火組織)，在服，在服役過程中役過程中不易出現不易出現表層剝落等情況。表層剝落等情況。3.基于固相宏觀成分差異形成的界面（基于固相宏觀成分差異形成的界面（覆層界面覆層界面）n冶金結合界面冶金結合界面n擴散結合界面擴散結合界面n外延生長界面外延生長界面n化學鍵結合界面化學鍵結合界面n分子鍵結合界面分子鍵結合界面n機械結合界面機械結合界面 實際表面改性層中界面的結合機理常常是上述幾種機理的綜合。實際表面改性層中界面的結合機理常常是上述幾種機理的綜合。應根據需要設計、控制界面的結合機理。應根據需要設計、控制界面的結合機理。結合強度較高結合強度較高結合強度較低結

28、合強度較低冶金結合界面冶金結合界面n定義：當覆層與基體材料之間的界面結合是通過處于熔融狀態(tài)的覆層材料沿處于定義：當覆層與基體材料之間的界面結合是通過處于熔融狀態(tài)的覆層材料沿處于半熔化狀態(tài)下的固體基材表面向外凝固結晶而形成時，覆層與基材的結合界面。半熔化狀態(tài)下的固體基材表面向外凝固結晶而形成時，覆層與基材的結合界面。n實質：金屬鍵結合實質：金屬鍵結合n特點：結合強度很高，可以承受較大的外力或載荷，不易在服役過程中發(fā)生剝落。特點：結合強度很高，可以承受較大的外力或載荷，不易在服役過程中發(fā)生剝落。n技術：激光熔覆技術、堆焊與噴焊技術等。技術：激光熔覆技術、堆焊與噴焊技術等。擴散結合界面擴散結合界面n

29、定義：兩個固相直接接觸，通過抽真空、加熱、加壓、定義：兩個固相直接接觸，通過抽真空、加熱、加壓、界面擴散和反應等途徑所形成的結合界面。界面擴散和反應等途徑所形成的結合界面。n特點：覆層與基材之間的成分梯度變化，并形成了原子特點：覆層與基材之間的成分梯度變化，并形成了原子級別的混合或合金化。級別的混合或合金化。n技術：熱擴滲工藝、離子注入工藝（技術：熱擴滲工藝、離子注入工藝（“類擴散類擴散”界面）界面）等。等。金屬間化合物：兩種或兩種以上金屬以整數比（化學計量）金屬間化合物：兩種或兩種以上金屬以整數比（化學計量）組成的化合物。組成的化合物。除離子鍵和共價鍵之外，金屬間化合物有很強的金屬鍵結除離子

30、鍵和共價鍵之外，金屬間化合物有很強的金屬鍵結合，因而它具有金屬的一些特性。合，因而它具有金屬的一些特性。金屬間化合物仍然是金屬材料。金屬間化合物仍然是金屬材料。 (異質異質)外延生長界面外延生長界面n定義：當工藝條件合適時，在（單晶）襯底定義：當工藝條件合適時，在（單晶）襯底表面沿原來的結晶軸向生成一層晶格完整的表面沿原來的結晶軸向生成一層晶格完整的新單晶層的工藝過程，就稱為外延生長，形新單晶層的工藝過程，就稱為外延生長，形成的界面稱為外延生長界面。成的界面稱為外延生長界面。n關鍵：結晶相容性（晶格失配數關鍵：結晶相容性（晶格失配數m?。┬。﹎=b-a/aa-基體晶格常數，基體晶格常數，b-薄

31、膜晶格常數薄膜晶格常數n特點：理論上應有較好的結合強度。具體取特點：理論上應有較好的結合強度。具體取決于所形成的單晶層與襯底的結合鍵類型，決于所形成的單晶層與襯底的結合鍵類型，如分子鍵、共價鍵、離子鍵或金屬鍵等。如分子鍵、共價鍵、離子鍵或金屬鍵等。n技術：氣相外延（化學氣相沉積技術等）、技術：氣相外延（化學氣相沉積技術等）、液相外延（電鍍技術等）。液相外延（電鍍技術等）。襯底襯底SubstrateFilm缺失面缺失面失配位錯失配位錯Film襯底襯底Substrate化學鍵結合界面化學鍵結合界面n定義：當覆層材料與基材之間發(fā)生化學反應，定義：當覆層材料與基材之間發(fā)生化學反應，形成成分固定的化合物

32、時，兩種材料的界面形成成分固定的化合物時，兩種材料的界面就稱為化學鍵結合界面。就稱為化學鍵結合界面。n特點：結合強度較高，界面的韌性較差；表特點：結合強度較高，界面的韌性較差；表面發(fā)生粘連、氧化、腐蝕等化學作用也會產面發(fā)生粘連、氧化、腐蝕等化學作用也會產生化學鍵結合界面。生化學鍵結合界面。n技術：物理和化學氣相沉積技術、離子注入技術：物理和化學氣相沉積技術、離子注入技術、熱擴滲技術、轉化膜技術等。技術、熱擴滲技術、轉化膜技術等。陽極氧化陽極氧化+涂裝涂裝分子鍵結合界面分子鍵結合界面n定義：涂定義：涂(鍍鍍)層與基材表面以范德華力結合的界面。層與基材表面以范德華力結合的界面。n特點：覆層與基材特

33、點：覆層與基材(或襯底或襯底)之間未發(fā)生擴散或化學之間未發(fā)生擴散或化學作用。結合強度較低。作用。結合強度較低。n技術：部分（低溫）物理氣相技術、涂裝技術等。技術：部分（低溫）物理氣相技術、涂裝技術等。陽極氧化陽極氧化+涂裝涂裝機械結合界面機械結合界面n定義：覆層與基材的結合界面主要通過兩種定義：覆層與基材的結合界面主要通過兩種材料相互鑲嵌等機械連接作用而形成。材料相互鑲嵌等機械連接作用而形成。n特點：結合強度不高，但可起輔助作用。特點：結合強度不高，但可起輔助作用。n技術：熱噴涂、包鍍技術、涂裝技術等。技術：熱噴涂、包鍍技術、涂裝技術等。實際表面改性層中界面的結合機理常常實際表面改性層中界面的

34、結合機理常常是上述幾種機理的綜合。是上述幾種機理的綜合。應根據需要設計、控制界面的結合機理。應根據需要設計、控制界面的結合機理。機械結合界面示意圖機械結合界面示意圖陽極氧化膜的多孔結構陽極氧化膜的多孔結構三、表面晶體結構三、表面晶體結構n二維晶體結構二維晶體結構(二維布拉菲晶格二維布拉菲晶格) 任何一個二維周期性的結構均可用一個二維晶格（點陣）加上結點（陣點）來描任何一個二維周期性的結構均可用一個二維晶格（點陣）加上結點（陣點）來描述，稱為二維晶格。述，稱為二維晶格。(呈二維周期性排列而形成的無限平面點陣，每個結點周圍的情呈二維周期性排列而形成的無限平面點陣，每個結點周圍的情況是相同的。況是相

35、同的。) 五種布拉菲二維晶格及晶胞五種布拉菲二維晶格及晶胞nTLK模型（模型（當溫度為當溫度為0K時時理想表面理想表面）：在溫度相當于在溫度相當于0K時，表面原子結構呈靜態(tài)。表面原子層可認為是理想平面，時，表面原子結構呈靜態(tài)。表面原子層可認為是理想平面，其中的原子作完整二維周期性排列，且不存在缺陷和雜質。其中的原子作完整二維周期性排列，且不存在缺陷和雜質。五種布拉菲二維晶格及晶胞五種布拉菲二維晶格及晶胞nTLK模型（模型（當溫度在當溫度在0K以上時以上時實際表面實際表面）：當溫度在當溫度在0K以上時，由于原子的熱運動，晶體表面將產生低晶面指數的以上時，由于原子的熱運動，晶體表面將產生低晶面指數

36、的平臺平臺、一定密度的單分子或原子高度的一定密度的單分子或原子高度的臺階臺階、單分子或原子尺度的、單分子或原子尺度的扭折扭折，以及表面吸附，以及表面吸附的單原子及表面空位等。的單原子及表面空位等。n實際表面上還存在大量各種類型的缺陷，如原子空位、位錯露頭實際表面上還存在大量各種類型的缺陷，如原子空位、位錯露頭和晶界痕跡等和晶界痕跡等物理缺陷物理缺陷，材料組分和雜質原子偏析等，材料組分和雜質原子偏析等化學缺陷化學缺陷。上述表面缺陷對于固體材料的表面狀態(tài)和表面形成過程都有重上述表面缺陷對于固體材料的表面狀態(tài)和表面形成過程都有重要影響。要影響。（表面吸附、表面擴散、形核等）（表面吸附、表面擴散、形核

37、等）TLK模型：平臺模型：平臺(Terrace)一臺階一臺階(Ledge)一扭折一扭折(Kink)模型模型（補充）表面現象（補充）表面現象n定義：固體表面上產生的各種物理及化學現象稱為表面現象。定義：固體表面上產生的各種物理及化學現象稱為表面現象。n種類：表面擴散、吸附、潤濕、粘著和毛細現象等。種類：表面擴散、吸附、潤濕、粘著和毛細現象等。n意義：工農業(yè)生產上廣泛利用金屬的各種表面現象。意義：工農業(yè)生產上廣泛利用金屬的各種表面現象。 在鑄造、焊接、金屬表面技術及防護、表面涂覆等均會涉及到。在鑄造、焊接、金屬表面技術及防護、表面涂覆等均會涉及到。n關系：金屬的各種表面現象與表面自由能密切相關并普

38、遍存在于多相體系內。關系：金屬的各種表面現象與表面自由能密切相關并普遍存在于多相體系內。實際表面存在表面能。實際表面存在表面能。四、表面擴散四、表面擴散n物質中原子或分子的遷移現象稱為擴散。物質中原子或分子的遷移現象稱為擴散。n可由可由Fick第第和第和第定律來描述，擴散過程中原子平均擴散距離定律來描述，擴散過程中原子平均擴散距離X為為: c 其中：其中：t為擴散時間；為擴散時間；c為受幾何因素影響的常數；為受幾何因素影響的常數；D為擴散系數，為擴散系數，決定擴散決定擴散速率大小速率大小。 D=D0exp( - Q/RT) Q為擴散激活能，受材料的晶格結構，固溶體的類型，合金元素的為擴散激活能

39、，受材料的晶格結構，固溶體的類型，合金元素的濃度及含量和濃度及含量和擴散路徑擴散路徑等因素的影響。等因素的影響。Dt 擴散系數：擴散系數：D=D0exp( - Q/RT)n原子的擴散途徑除了最基本的體擴散過程外，還有原子的擴散途徑除了最基本的體擴散過程外，還有表面擴散表面擴散、晶界擴散、晶界擴散和位錯擴散和位錯擴散(短路擴散短路擴散)。Q表表 Q界界 Q位位 Q體體D表表 D界界 D位位 D體體n表面原子受到的束縛較晶界和晶內低得多，原子在表面遷移所需能量也表面原子受到的束縛較晶界和晶內低得多，原子在表面遷移所需能量也小得多。小得多。 表面擴散在表面工程技術中的薄膜形核及長大過程中起十分重要的

40、作用。表面擴散在表面工程技術中的薄膜形核及長大過程中起十分重要的作用。五、五、 表面（自由）能與表面張力表面（自由）能與表面張力 固體和液體的表面均處于空間三向不對稱狀態(tài)，故存在固體和液體的表面均處于空間三向不對稱狀態(tài)，故存在表面自由能表面自由能和和表表面張力面張力。 液體的表面自由能液體的表面自由能n產生原因：產生原因： 液體（熔體金屬）的表面原子受到向內的吸引力的作用。欲使其內部原子轉變?yōu)橐后w（熔體金屬）的表面原子受到向內的吸引力的作用。欲使其內部原子轉變?yōu)楸砻嬖?，即增大表面積，需要環(huán)境對體系作功，從而形成表面能。表面原子，即增大表面積，需要環(huán)境對體系作功，從而形成表面能。n定義：定義：

41、 增大增大(液體液體)表面積所需要的功表面積所需要的功(能量能量)就是就是(液體液體)表面自由能。表面自由能。液體的表面張力液體的表面張力n產生原因：產生原因： 處于表面的原子在向內的吸引力作用下，有進入液體內部的趨勢，即縮小表面積處于表面的原子在向內的吸引力作用下，有進入液體內部的趨勢，即縮小表面積的趨勢，從而產生表面張力。的趨勢，從而產生表面張力。n定義：定義： 液體表面切線方向上存在的使其表面積縮小的力稱為表面張力。液體表面切線方向上存在的使其表面積縮小的力稱為表面張力。 n實驗：實驗： 如上圖，在無摩擦的活動邊如上圖，在無摩擦的活動邊AB的鐵絲框上涂滿肥皂沫，為使膜不收縮，應在的鐵絲框

42、上涂滿肥皂沫，為使膜不收縮，應在活動邊上加外力活動邊上加外力F。n試驗證明：試驗證明： 施加的外力施加的外力F與活動邊邊長與活動邊邊長L成正比，即成正比，即 F=2 L =F/2L 式中：式中：“2”是因為液膜有兩個表面；是因為液膜有兩個表面； 即為表面張力即為表面張力(或張力系數或張力系數)； 表面張力的方向與液面相切，且力圖使表面積縮小，其單位為：表面張力的方向與液面相切，且力圖使表面積縮小，其單位為：N/m。 xLFAB肥皂膜肥皂膜增大增大(液體液體)表面積所需要的功表面積所需要的功(能量能量)就是就是(液體液體)表面自由能。表面自由能。n表面自由能：表面自由能：若使上圖活動邊若使上圖活

43、動邊AB移動移動dx的距離，根據表面自由能的定義，表面自由能與液膜面的距離，根據表面自由能的定義，表面自由能與液膜面積的變化關系為：積的變化關系為： G=Fdx=2Ldx 稱單位面積的表面自由能為稱單位面積的表面自由能為比表面自由能比表面自由能(Fs)，即：，即： Fs=G/S=2Ldx/2Ldx = 由此可知，液體的由此可知，液體的比表面自由能比表面自由能Fs與表面張力與表面張力在數值上是相等的在數值上是相等的，其單位為：，其單位為：J/m2 （實際上，（實際上，1J/ m2=1Nm/m2=1N/m，故二者是有聯(lián)系的。但一個是單位面積的能，故二者是有聯(lián)系的。但一個是單位面積的能，而另一個則為

44、單位長度的力。而另一個則為單位長度的力。 ）液體表面自由能和表面張力在數值上是相等的，容易測定。液體表面自由能和表面張力在數值上是相等的，容易測定。xLFAB肥皂膜肥皂膜1.（固體）表面（自由）能（固體）表面（自由）能n嚴格意義上的表面能是指材料表面的內能，無法測量其絕對值。嚴格意義上的表面能是指材料表面的內能，無法測量其絕對值。n常用常用表面自由能表面自由能來描述材料表面能量的來描述材料表面能量的變化變化，其物理意義是指產生，其物理意義是指產生1cm2新表面需新表面需消耗的等溫可逆功。消耗的等溫可逆功。n若不考慮重力，一定體積的液體平衡時總取圓球狀，因為這樣表面積最小，表面若不考慮重力，一定

45、體積的液體平衡時總取圓球狀，因為這樣表面積最小，表面能最低。能最低。n固體的外表面總是由若干種原子排列不同的晶面組成的，一定體積的固體必然要固體的外表面總是由若干種原子排列不同的晶面組成的，一定體積的固體必然要構成總的表面自由能最低的形狀。（粉末團聚）構成總的表面自由能最低的形狀。（粉末團聚）2（固體）表面張力（固體）表面張力n表面張力是表面能的一種物理表現，是由于原子間的作用力以及表面張力是表面能的一種物理表現，是由于原子間的作用力以及原子原子在表面和內在表面和內部的排列狀態(tài)的差別而引起的。部的排列狀態(tài)的差別而引起的。n表面張力和表面自由能的關系密切。表面張力和表面自由能的關系密切。n液體表

46、面自由能和表面張力在數學上是相等的，容易測定。液體表面自由能和表面張力在數學上是相等的，容易測定。n固體的表面張力很難準確測定。固體的表面張力很難準確測定。表面自由能和表面張力對其表面性能影響極大，應充分重視。表面自由能和表面張力對其表面性能影響極大，應充分重視。六、固體表面的物理吸附和化學吸附六、固體表面的物理吸附和化學吸附1吸附的基本特性吸附的基本特性n吸附作用：物體表面上的原子或分子力場不飽和，有吸引周圍其它物質吸附作用：物體表面上的原子或分子力場不飽和，有吸引周圍其它物質(主要是氣主要是氣體、液體體、液體)分子的能力。分子的能力。n定義：當氣體和液體與固體表面接觸時，在固體表面的氣體或

47、液體增加或減少的定義：當氣體和液體與固體表面接觸時，在固體表面的氣體或液體增加或減少的現象稱為吸附現象現象稱為吸附現象n吸附是固體表面最重要的性質之一。吸附是固體表面最重要的性質之一。n固體表面的吸附可分為物理吸附和化學吸附兩類。（表固體表面的吸附可分為物理吸附和化學吸附兩類。（表2-1）n化學吸附中，吸附原子與固體表面之間的結合力比物理吸附中的范德華力大得多?；瘜W吸附中，吸附原子與固體表面之間的結合力比物理吸附中的范德華力大得多。n物理吸附中吸附劑和固體表面之間不發(fā)生電子的轉移；化學吸附中有電子的轉移。物理吸附中吸附劑和固體表面之間不發(fā)生電子的轉移；化學吸附中有電子的轉移。n物理吸附往往很容

48、易解吸，為可逆過程；而化學吸附很難解吸，為不可逆過程。物理吸附往往很容易解吸，為可逆過程；而化學吸附很難解吸，為不可逆過程。n有時會出現化學吸附和物理吸附同時存在的現象。有時會出現化學吸附和物理吸附同時存在的現象。2.固體對氣體的吸咐固體對氣體的吸咐n任何氣體在其任何氣體在其臨界溫度臨界溫度以上，都會被吸附于固體表面，即發(fā)生物理吸附。以上，都會被吸附于固體表面，即發(fā)生物理吸附。n常見氣體對大多數金屬而言，其吸附強度大致可以按下列順序排列：常見氣體對大多數金屬而言，其吸附強度大致可以按下列順序排列： 02 C2H2 C2H4 CO H2 C02 N2n固體表面對氣體的吸附在表面工程技術中的作用非

49、常重要。固體表面對氣體的吸附在表面工程技術中的作用非常重要。 氣相沉積中薄膜的形核，氣體滲碳、滲氮等工藝氣相沉積中薄膜的形核，氣體滲碳、滲氮等工藝使物質由氣態(tài)轉變?yōu)橐簯B(tài)的最高溫度。使物質由氣態(tài)轉變?yōu)橐簯B(tài)的最高溫度。3.固體對液體的吸咐固體對液體的吸咐n固體對液體的吸附：物理吸附和化學吸附。固體對液體的吸附：物理吸附和化學吸附。n物理吸附膜一般對溫度很敏感：溫度提高后會引起吸附膜的解吸、重新排列甚至物理吸附膜一般對溫度很敏感：溫度提高后會引起吸附膜的解吸、重新排列甚至熔化。熔化。n化學吸附膜往往是先形成物理吸附膜，然后在界面發(fā)生化學反應轉化成化學吸附?；瘜W吸附膜往往是先形成物理吸附膜，然后在界面

50、發(fā)生化學反應轉化成化學吸附。n固體表面的粗糙度、污染程度、液體表面張力和潤濕條件等對吸附有很大的影響。固體表面的粗糙度、污染程度、液體表面張力和潤濕條件等對吸附有很大的影響。n固體表面對液體分子有吸附作用：固體表面對液體分子有吸附作用：對電解質的吸附，對非電解質的吸附。對電解質的吸附，對非電解質的吸附。n對電解質的吸附將使固體表面帶電或者雙電層中的組分發(fā)生變化，產生對電解質的吸附將使固體表面帶電或者雙電層中的組分發(fā)生變化，產生離子交換離子交換作用。（電化學腐蝕、電鍍）作用。（電化學腐蝕、電鍍）n對非電解質溶液的吸附，一般表現為單分子層吸附，吸附層以外就是本體相溶液。對非電解質溶液的吸附，一般表

51、現為單分子層吸附，吸附層以外就是本體相溶液。n固體可能同時吸附溶劑和溶質，但吸附的程度不同：固體可能同時吸附溶劑和溶質，但吸附的程度不同：吸附層內溶質的濃度比本體相大，稱為正吸附；反之則稱為負吸附。吸附層內溶質的濃度比本體相大，稱為正吸附；反之則稱為負吸附。（溶質被正吸附時，溶劑必然被負吸附；反之亦然。）（溶質被正吸附時，溶劑必然被負吸附；反之亦然。）n在稀溶液中可忽略溶劑對吸附的影響，將溶質的吸附簡單當作氣體的物理吸附處在稀溶液中可忽略溶劑對吸附的影響，將溶質的吸附簡單當作氣體的物理吸附處理。而當溶質濃度較大時，則必須把溶質的吸附和溶劑的吸附同時考慮。理。而當溶質濃度較大時，則必須把溶質的吸

52、附和溶劑的吸附同時考慮。4.固體表面之間的吸咐固體表面之間的吸咐n固體和固體表面同樣有吸附作用（在原子間距范圍內）。固體和固體表面同樣有吸附作用（在原子間距范圍內）。n粘附程度的大小可用粘附功粘附程度的大小可用粘附功WAB表示：表示：WAB A B AB式中：式中： WAB為粘附功；為粘附功； A 、B分別為分別為A、B兩種固體的表面張力；兩種固體的表面張力； AB為為A、B形成新的界面時的界面張力。形成新的界面時的界面張力。n兩個不同物質間的粘附功往往超過其中較弱物質的內聚力。兩個不同物質間的粘附功往往超過其中較弱物質的內聚力。n表面的污染會使粘附力大大減小。表面的污染會使粘附力大大減小。n

53、固體的粘附作用只有當固體斷面很小并且很清潔時才能表現出來。固體的粘附作用只有當固體斷面很小并且很清潔時才能表現出來。式式(2-6)5.吸附對材料力學性能的影響吸附對材料力學性能的影響萊賓杰爾效應萊賓杰爾效應n由于環(huán)境介質的作用，材料的強度、塑性、耐磨性等力學性能大大降低。其原因：由于環(huán)境介質的作用，材料的強度、塑性、耐磨性等力學性能大大降低。其原因：1、不可逆的物理過程與物理化學過程引起的效應（如腐蝕等）：與化學、電化、不可逆的物理過程與物理化學過程引起的效應（如腐蝕等）：與化學、電化學過程及反應有關；學過程及反應有關；2、可逆的物理過程和可逆物理化學過程引起的效應，這些過程降低固體、可逆的物

54、理過程和可逆物理化學過程引起的效應，這些過程降低固體表面自表面自由能由能，并不同程度地改變材料本身的力學性能。，并不同程度地改變材料本身的力學性能。n因環(huán)境介質的影響及表面自由能減少導致固體強度、塑性降低的現象，稱為萊賓杰因環(huán)境介質的影響及表面自由能減少導致固體強度、塑性降低的現象，稱為萊賓杰爾效應。（爾效應。（1928年）年）n任何固體（晶體和非晶體、連續(xù)的和多孔的、金屬和半導體、離子晶體和共價晶體、任何固體（晶體和非晶體、連續(xù)的和多孔的、金屬和半導體、離子晶體和共價晶體、玻璃和聚合物）都有萊賓杰爾效應：玻璃和聚合物）都有萊賓杰爾效應：玻璃和石膏吸附水蒸氣后，其強度明顯下降；玻璃和石膏吸附水

55、蒸氣后，其強度明顯下降；銅表面覆蓋熔融薄膜后，會使其固有的高塑性喪失；銅表面覆蓋熔融薄膜后，會使其固有的高塑性喪失；n萊賓杰爾效應具有如下顯著特征：萊賓杰爾效應具有如下顯著特征： 1)環(huán)境介質的影響有很明顯的化學特征。（水銀對鋅有影響，但對鎘無影響）環(huán)境介質的影響有很明顯的化學特征。（水銀對鋅有影響，但對鎘無影響） 2)只要很少量的表面活性物質就可以產生萊賓杰爾效應。（表面微米量級、幾滴）只要很少量的表面活性物質就可以產生萊賓杰爾效應。（表面微米量級、幾滴） 3)表面活性熔融物的作用十分迅速。表面活性熔融物的作用十分迅速。 4)表面活性物質的影響是可逆的，即從固體表面去除活性物質后，其力學性能

56、一般表面活性物質的影響是可逆的，即從固體表面去除活性物質后，其力學性能一般會會完全完全恢復?；謴?。 5)萊賓杰爾效應的產生需要拉應力和表面活性物質同時起作用。萊賓杰爾效應的產生需要拉應力和表面活性物質同時起作用。n萊賓杰爾效應的本質：金屬表面對活性介質的吸附，使表面原子的萊賓杰爾效應的本質：金屬表面對活性介質的吸附，使表面原子的不飽和鍵不飽和鍵得到得到補償，使表面能降低，改變了表面原子間的相互作用，使金屬的表面強度降低。補償，使表面能降低，改變了表面原子間的相互作用，使金屬的表面強度降低。n在生產中，萊賓杰爾效應具有重要的實際意義。一方面可利用此效應提高金屬加在生產中，萊賓杰爾效應具有重要的實

57、際意義。一方面可利用此效應提高金屬加工工(壓力加工、切削、磨削、破碎等壓力加工、切削、磨削、破碎等)效率，大量節(jié)省能源。另一方面，應注意避效率，大量節(jié)省能源。另一方面，應注意避免因此效應所造成的材料早期破壞。免因此效應所造成的材料早期破壞。七、固體表面的潤濕七、固體表面的潤濕1. 潤濕現象與機理潤濕現象與機理n定義：液體在固體表面上鋪展的現象。定義：液體在固體表面上鋪展的現象。n親水物質、疏水物質：親水物質、疏水物質：n潤濕角：潤濕角：LGLGSGSLn潤濕程度的定義：潤濕程度的定義：潤濕和不潤濕不是截然分開的。潤濕和不潤濕不是截然分開的。nYoung方程：方程：nYoung方程反映了潤濕角的

58、大小與三相方程反映了潤濕角的大小與三相界面張力界面張力之間的定量關系：之間的定量關系：n表面能表面能(表面張力表面張力)高的固體高的固體(金屬及其氧化物、無機鹽等金屬及其氧化物、無機鹽等)比表面能低的固體比表面能低的固體(有機有機物等物等)更易被液體所潤濕。更易被液體所潤濕。式式(2-7)式式(2-8)n機理：機理：潤濕與否取決于液體分子間相互吸引力潤濕與否取決于液體分子間相互吸引力(內聚力內聚力)和液和液-固分子間吸引力固分子間吸引力(粘附力粘附力)的相對大小。若液的相對大小。若液-固粘附力較大，則液體在固體表面鋪展，呈潤濕；若液體內聚固粘附力較大，則液體在固體表面鋪展，呈潤濕；若液體內聚力

59、占優(yōu)勢則不鋪展，呈不潤濕。力占優(yōu)勢則不鋪展，呈不潤濕。當液體（或固體）種類確定時，選擇合適極性的固體（或液體）將直當液體（或固體）種類確定時，選擇合適極性的固體（或液體）將直接影響潤濕程度。接影響潤濕程度。2.鋪展系數鋪展系數n液體在固體表面（液體在固體表面（理想的平滑表面理想的平滑表面）的鋪展系數定義為：）的鋪展系數定義為：當當SL/S=0時，鋪展（完全潤濕）時，鋪展（完全潤濕）當當SL/S0時，不鋪展（不完全潤濕或完全不潤濕）時，不鋪展（不完全潤濕或完全不潤濕）當當SL/S 0時，自動展開，時，自動展開， Young方程已不適用方程已不適用n液體在粗糙的固體表面的鋪展系數為：液體在粗糙的固

60、體表面的鋪展系數為：n粗糙表面的鋪展系數遠大于光滑表面的粗糙表面的鋪展系數遠大于光滑表面的（當當cos0時時）表面工程技術實施前，材料表面狀態(tài)（表面預處理工藝）對表面改性表面工程技術實施前，材料表面狀態(tài)（表面預處理工藝）對表面改性層質量的影響至關重要。層質量的影響至關重要。0式式(2-9)式式(2-10)式式(2-7)式式(2-8)Young方程：方程：3.潤濕理論的應用潤濕理論的應用潤濕理論在各種工程技術尤其是表面工程技術中應用很廣泛。潤濕理論在各種工程技術尤其是表面工程技術中應用很廣泛。n增強潤濕程度：增強潤濕程度：表面活性物質減小潤濕角表面活性物質減小潤濕角表面適度粗化增大鋪展系數表面適