《先进制造技术》教案第11课先进制造工艺技术（六）.docxVIP

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2024-03-13 发布于江苏
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《先进制造技术》教案第11课先进制造工艺技术（六）.docx

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课题

第十一课先进制造工艺技术（六）

课时

2课时（90min）

教学目标

知识技能目标：

掌握表面改性技术的基本内容及特点

掌握表面覆层技术的基本内容及特点

掌握复合表面处理技术的基本内容及特点

素质目标：

培养作为一名机械专业技术人员必须具备的刻苦专研和锲而不舍的学习精神，严谨的科学态度和积极向上的价值观，为未来的专业深造和工作奠定坚实的基础

教学重难点

教学重点：表面改性技术、表面覆层技术、复合表面处理技术的基本内容及特点

教学难点：激光表面改性、气相沉积和复合热处理技术

教学方法

案例分析法、问答法、讨论法、讲授法

教学用具

电脑、投影仪、多媒体课件、教材

教学过程

主要教学内容及步骤

考勤

【教师】使用APP进行签到

【学生】按照老师要求签到

问题导入

【教师】提出以下问题：

你知道什么是表面工程技术吗？

【学生】聆听、思考、举手回答

传授新知

【教师】通过大家的发言，引入新的知识点，讲解表面改性技术、表面覆层技术和复合表面处理技术的基本内容及特点等知识

4.2表面工程技术

表面工程技术是通过运用各种物理、化学或机械工艺过程来改变基材表面状态、化学成分、组织结构或应力状态等，使基体表面具有不同于基体的某种特殊性能，从而达到特定使用要求的应用技术。它在促进高新技术进步、节约原材料、提高新产品性能、延长产品使用寿命、装饰环境、美化生活等方面发挥了越来越突出的作用。

表面工程技术是先进制造技术的重要组成部分。它是20世纪80年代世界十项关键技术之一，也是21世纪的主导技术之一。

4.2.1表面改性技术

【教师】提出问题：

你知道表面改性技术有哪些工艺方法吗？

【学生】聆听、思考、举手回答

【教师】总结学生的回答，并讲解新知

表面改性是指采用某种工艺手段使零件表面获得与基体不同的组织结构和性能的技术。材料经表面改性处理后，既能发挥基体的力学性能，又能使材料表面获得如耐磨、耐腐蚀、耐高温等特殊性能；同时还可以掩盖基体表面的缺陷，延长材料和构件的使用寿命。表面改性对于节约材料、节约能源、改善环境等也有着重要的作用。

1．激光表面改性

由于激光具有高辐射亮度、高方向性和高单色性三大特点，可实现材料表面的快速加热和冷却，因此，激光广泛应用于科学技术研究和工业生产中。激光表面改性是激光在表面技术领域中的新应用，激光表面处理同其他表面处理技术相比具有很多独特的优点。例如，激光熔化后形成的组织，化学均匀性很高，而且晶粒非常细小，因而强化了合金，使耐磨性大大提高；由于激光的热输入小，因此工件变形小，对基体产生的热影响也较小。

根据所采用激光能量密度和处理方式的不同，激光表面改性技术可分为激光相变硬化、激光冲击强化、激光表面熔覆、激光表面熔凝、激光表面合金化等。

（1）激光相变硬化

激光相变硬化又称激光淬火，是利用激光将金属材料加热到相变点以上、金属熔化以前，依靠金属自身冷却达到淬火的目的。激光相变硬化的实质是马氏体相变硬化。此时，马氏体和亚结构晶体都被超细化，相变硬化后残余奥氏体也被显著硬化。与常规淬火相比，激光相变后的材料硬度提高15%～20%，而且低碳钢也能提高一定的硬度。

激光相变硬化技术已经应用于球墨铸铁的曲轴，灰铸铁的导向阀，4340钢的安全凸轮，铸铁的柴油机瓦轴、凸轮轴等。激光相变硬化技术在提高金属材料的表面硬度、耐磨性、疲劳寿命等方面已经基本成熟，在机械行业得到了广泛的应用。

（2）激光冲击强化

激光冲击强化是利用高能密度激光束照射金属材料表面，使金属汽化而急速膨胀，产生高于材料的动态屈服强度的高压应力波，从而提高金属材料的物理机械性能。激光冲击强化技术改善了材料表面的耐磨性和耐腐蚀性能，大大提高了材料的强度和硬度。该技术最显著的特点是明显改善材料的抗疲劳性能。由于激光冲击强化使材料产生的变形很小，不产生热影响区，也不改变材料的表面粗糙度，所以它非常适合微小孔区、焊缝热影响区等局部区域的表面强化。

（3）激光表面熔覆

激光表面熔覆是采用大功率激光束扫描金属表面，将选定的材料熔化到金属表面，形成具有硬度高、耐磨性好、抗腐蚀等特性的涂覆层。

激光表面熔覆是应用较为广泛的表面改性技术。利用激光表面熔覆技术对镍基合金的航空发动机涡轮叶片熔覆钴基合金，可提高涡轮叶片的耐热性和耐磨性能，并可消除由热影响导致的裂纹。采用激光表面熔覆技术，在钛合金零件表面产生含有TiN和TiC的表面复合层，可制成具有高硬度、高耐磨性及化学性能稳定的表面改性层，改性层平均硬度可达1000HV以上，耐磨性较钛合金提高了45～94倍，从而克服了钛合金摩擦系数高、耐磨性低的缺点，尤其克服了其高温高速摩擦易燃的致命缺点。

（4）激光表面熔凝

激光表面熔凝是采用高能量密度的激光，使材料