西安交通大学现代表面技术课程教学大纲 一、课程基本信息 课程名称 现代表面技术 Modern Surface Technologies 课程编号 MATL500602 课程学分 1.5 总学时 24 学时分配 理论: 24 实验: 0 上机: 0 课外: 0 （课外学时不计入总学时） 课程类型 公共课程 通识课程 学科门类基础课 专业大类基础课 专业核心课 专业选修课 集中实践 开课学期 1-1 1-2 2-1 2-2 3-1 3-2 4-1 4-2 5-1 5-2 先修课程 材料科学基础，材料工程基础 教材、参 考书及其 他资料 使用教材：姚寿山，李戈扬，胡文彬，《表面科学与技 术》，北京 机械工业出版社, 2005 年 参考教材：[1] 姜银方, 王宏宇，《现代表面工程技术》， 北京化学工业出版社，2014 年 [2] 钱苗根. 现代表面技术. 机械工业出版社，2016 年 二、课程目标及学生应达到的能力 1. 课程的基本要求 本课程从金属材料表面强化和表面新功能的需求出发，为学生讲授各种表面 改性和涂/镀层技术的原理、特点及应用。主要培养学生利用理论知识解决实际 工程问题的能力，使学生能够在分析材料服役条件及失效方式的基础上，选择合 适的表面技术，获得满足特定需求的表层和基体材料体系。 课程教学中，要求教师不仅讲授表面改性和表面涂/镀层技术的基本原理， 还强调各种表面技术的特点及其适用范围，让学生从材料的服役条件和失效方式 出发，寻求合适的表面性能及相应的制备技术解决方案，从而获得满足性能或功 能要求的表层材料，培养学生理论结合实际的能力。通过对国内外表面技术及其
制备材料的现状和进展介绍，使学生理解工业技术研究发展的规律，培养正确分 析问题和解决问题的能力。 要求学生掌握各种表面技术的原理、工艺特点，了解表面改性和覆盖层技术 的获得的表面材料性能和应用领域。能够针对一些典型工况提出对材料表面的性 能要求，并选择合适的表面技术及涂/镀层材料。了解表层材料分析测试方法的 特点和适用性。 2. 课程的目标以及学术应该达到的能力 (1) 工程与社会 掌握固体材料表面的特点以及磨损、腐蚀、疲劳断裂等破坏方式与材料表面 相关的基础知识点，能够分析在力与腐蚀介质等外界作用下金属材料表面性能要 求，能够提出满足相应要求的表层材料种类，通过对比不同表面技术工艺特点、 可行性和经济性，提出合适的表面技术解决方案。 支撑毕业要求指标点 6-2：基于材料工程的实际应用场景进行合理分析， 正确评价材料工程实践过程和复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法 律以及文化的影响，及制约因素对方案实施的影响，并理解应承担的责任。 (2) 环境与可持续发展 根据零部件或工模具表面服役条件与失效方式，设计合适的基体及表面材料 体系并选择相应的表面技术。结合目前表面技术应用和发展的趋势,综合考虑零 部件或工模具全寿命下的服役性能和制备满足要求的材料体系时对环境和社会 的影响。 支撑毕业要求指标点 7-1：能够正确评价材料生产和使用周期对环境、社 会可持续发展的影响，在设计解决方案的过程中能正确处理二者的关系。 理解环境保护和可持续发展的理念和内涵，熟悉材料成分、生产和服役过程和对环境和 社会经济可持续发展的影响 课程目标与专业毕业要求的关联关系 毕业要求 课程目标 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 课 程 目 标 1 L 课 程 目 标 2 M
注：1,2,3.12 对应于专业认证毕业要求 12 条。课程目标与专业毕业要求的 关联关系用 H/M/L 标注。 三、教学内容简介 序号 章节名称 知识点 参考 学时 1 第一章 绪论 1.1 表面技术的涵义 1.2 表面技术的分类 1.3 表面技术的应用 表面技术的涵义、分类和内 容，现代表面技术的重要性和 应用范围 2 2 第二章表面科学的一些基本概念 2.1 固体表面的结构 2.2 固体表面的吸附 2.3 固体表面原子的扩散 固体表面的结构和性质，表面 吸附和扩散等热力学、动力学 的一些基本概念 2 3 第三章电镀和化学镀 3.1 电镀与电刷镀 3.2 化学镀 电镀、化学镀的基本原理和应 用，液相沉积技术的特点和适 用范围 2 4 第四章金属的化学处理 4.1 氧化处理 4.2 铝及铝合金的阳极氧化 4.3 磷化处理 4.4 铬酸盐处理 氧化处理和阳极氧化的工艺 特点及应用，磷化处理和铬酸 盐处理的基本原理和应用 2 5 第五章表面涂敷技术 5.1 热喷涂 5.2 热浸镀 5.3 堆焊 热喷涂、热浸镀和堆焊技术的 基本原理及特点，几种表面修 复技术的优点和适用性 4 6 第六章表面改性技术 6.1 金属表面形变强化 6.2 等离子体表面处理 6.3 离子束表面改性技术 6.4 激光束表面改性技术 6.5 电子束表面改性技术 金属表面形变强化的原理及 应用，等离子体的概念，等离 子体表面处理的特点，高能束 表面处理的特点及应用 5 7 第七章气相沉积技术 7.1 薄膜的特征及分类 7.2 蒸发镀膜 7.3 溅射镀膜 7.4 离子镀 7.5 化学气相沉积 物理气相沉积和化学气相沉 积的原理、工艺及应用特点， 薄膜材料的特征、分类及应用 范围 4 8 第八章 表面复合处理技术 8.1 表面复合处理技术 表面复合处理技术的特点、现 状及前景 1 9 第九章 表面分析和测试 9.1 表面分析方法及应用 表面分析的目的、对象及分 类，几种常用表面成分分析方 2
9.2 表面检验和测试 法的原理和特点，材料表面检 测方法的分类和检测内容 四、教学安排详表
章节 顺序 教学内容 学时 分配 教学方式 （授课、实验、 上机、讨论） 教学要求 （知识要求及能力要求） 对课程目标 的支撑关系 第一章 主要讲述表面技术的涵义、分类和基本内 容，现代表面技术的重要性和应用范围。 2 授课 掌握表面技术的分类方法、各种表面技 术的特点和用途，了解表面技术的发展 历史。 课程目标 1 第二章 主要讲述固体表面的结构特征，固体表面的 吸附、表面原子的扩散的特点。 2 授课 掌握固体材料表面能的由来以及固体 表面与体内在结构和成分上的区别，掌 握固体表面吸附、表面原子扩散的模型 和特点。 课程目标 1 课程目标 2 第三章 主要讲述电镀与化学镀的原理、装置和工艺 特点，制备镀层的组织与性能及其适用范 围。 2 授课 掌握液相沉积基本原理、镀层形成过 程，了解沉积工艺对镀层组织的作用， 镀层特征及其在工业领域的应用。 课程目标 1 课程目标 2 第四章 主要讲述化学氧化和电化学氧化原理，阳极 化膜的组织特征，阳极化膜的着色，磷化处 理和铬酸盐处理原理和工艺特点。 2 授课 掌握化学转化膜的基本原理和主要方 式，了解不同化学转化处理所制备化合 物膜的组织和性能特点以及工艺应用。 课程目标 1 课程目标 2 第五章 主要讲述热喷涂原理、分类、涂层组织及用 途，热浸镀和堆焊技术的基本原理和应用。 4 授课 掌握热喷涂技术的工艺特点，涂层组织 特征，了解热喷涂技术的使用范围，掌 握热浸镀和堆焊技术的工艺特点，了解 用于表面修复的主要表面技术及其适 用性。 课程目标 1 课程目标 2 第六章 主要讲述金属表面形变强化的原理及改性 层特征，残余应力对材料疲劳的性能的影 响，等离子体的概念和特征，等离子体表面 扩散处理与化学热处理的区别和联系、离子 束、激光束和电子束三种高能束表面改性技 5 授课 掌握表面改性与覆盖层技术的区别，形 变强化对金属材料表面的作用，了解残 余压应力对材料疲劳性能的作用及其 有效性，掌握等离子与普通气体的区 别，了解等离子体扩散处理的工艺特 课程目标 1 课程目标 2