1、材料表面工程 课程教学大纲材料成型及控制工程专业材料表面工程课程教学大纲一、课程名称（中英文）中文名称：材料表面工程英文名称： Surface Engineering of Materials 二、课程代码及性质课程代码: 0801401课程性质: 限定选修,选修课三、学时与学分总学时：32（理论学时：32学时；实践学时：0学时）学分：2四、先修课程材料科学基础、热处理原理与工艺、材料力学性能五、授课对象本课程面向材料成型及控制工程专业学生开设，也可以供材料科学与工程专业和电子封装技术专业学生选修。六、课程教学目的（对学生知识、能力、素质培养的贡献和作用）教学目的:1、系统全面掌握传统材料表面
2、技术和现代表面技术的基础知识，并将所学知识系统化，具备应用这些知识分析、解决材料科学与工程等相关专业中的材料表面处理与防护等复杂问题的能力；2、掌握热喷涂、电镀、化学镀、阳极氧化、物理气相沉积和化学气相沉积表面处理技术的基本原理、基本工艺和设备，具备利用相关工艺与设备开展材料表面处理技术工作的能力；3、了解不同工艺技术的优缺点、选用原则以及最新进展，具备针对不同需求设计研发合适的表面处理工艺与设备的能力； 4、理解不同表面涂层成分、处理工艺、组织结构和性能的关系，具备从原理上分析、解决问题的能力；5、了解材料表面处理技术的发展前沿，掌握其发展特点与动向，具备研发高级表面技术处理设备与工艺的基础
3、与能力。表1 课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求及其指标点本课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求指标点毕业要求1：工程知识能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题。1.1掌握了用于解决材料科学与工程复杂问题的数学基础知识。1.2掌握了用于解决材料科学与工程复杂问题的物理、化学等自然科学基础知识。1.3掌握了用于解决材料科学与工程复杂问题的工程力学基础知识。1.4掌握了用于解决材料科学与工程复杂问题的工程检测与控制基础知识。1.5系统掌握了专业知识，能够将所学知识用于解决材料科学与工程复杂问题。课程目标1、课程目标2、课程目标3毕业要求2：问题分析能够应用数学、自然科学和工
4、程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论。2.1能够应用工程数学基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论。如：复杂的模具失效分析。2.2能够应用物理、化学基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，获得有效结论。如：物理综合实验。2.3能够应用力学基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，获得有效结论。如：工程力学综合实验。2.4能够应用工程科学基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，获得有效结论。毕业要求3：设计/开发解决方案能够设计针对复杂工程问题的解决方案，设计满足特定需求的系统、单元（部
5、件）或工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑法律、健康、安全、文化、社会以及环境等因素。3.1了解机械工程、材料科学与工程问题特征，掌握解决复杂工程问题的设计方法。3.2在考虑法律、健康、安全、文化、社会以及环境等制约因素的前提下，能够设计（开发）针对复杂材料科学与工程问题的解决方案，具备设计（开发）满足特定材料科学与工程需求的系统、单元（部件）或工艺流程的能力。课程目标3、课程目标43.3在设计（开发）过程中，具有追求材料科学与工程复杂问题创新解决的态度和意识，掌握了基本的创新方法，清楚创新方向及领域。毕业要求4：研究能够基于科学原理并采用科学方法对复杂工程问题进行研究，包括设计实验
6、、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。4.1掌握材料科学原理及特点，能够采用科学方法，具备合理设计材料科学与工程复杂实验、开展科学研究的能力。4.2掌握材料科学与工程原理及主要工艺，能够采用科学方法，正确构建并实施材料科学与工程综合实验，得出正确结果的能力。4.3能正确使用和处理实验数据，通过信息综合处理，具备对复杂的材料科学与工程实验结果进行正确分析能力。4.4了解常见的材料科学与工程常用设备、实验仪器及实验方法，具备调控设备及仪器参数，进行测控和维护的能力。课程目标2毕业要求5：使用现代工具能够针对复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包
7、括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。5.1掌握文献检索、资料查询、现代网络搜索工具的使用方法。5.2了解材料科学与工程专业重要资料来源及获取方法。5.3具备应用各类文献、信息及资料进行复杂材料科学与工程实践的能力。5.4掌握复杂材料科学与工程问题的预测与模拟方法，理解其局限性。毕业要求6：工程与社会能够基于工程相关背景知识进行合理分析，评价专业工程实践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，并理解应承担的责任。6.1了解与工程相关的国家方针、政策与法律法规，能够评价工程实践对社会、健康、安全、法律以及文化的影响。6.2了解材料科学与工程专业特点及其对社会、健
8、康、安全、法律以及文化的影响，能够正确评价复杂材料科学与工程问题解决方案的优劣。6.3能正确认识材料科学与工程各种复杂工艺对于客观世界和社会的影响，理解并能够承担的相应工程和社会责任。毕业要求7：环境和可持续发展能够理解和评价针对复杂工程问题的工程实践对环境、社会可持续发展的影响。7.1了解材料科学与工程的专业特征、学科前沿和发展趋势，正确认识本专业对于社会发展的重要性。课程目标37.2能正确理解和评价材料科学与工程复杂问题实施对环境保护及社会可持续发展等的影响。7.3在解决复杂的材料科学与工程的实际问题中，能够正确理解并考虑工程实践对环境、社会可持续发展的影响。毕业要求8：职业规范具有人文社
9、会科学素养、社会责任感，能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行责任。8.1具有人文社会科学素养，理解世界观、人生观的基本意义及其影响。8.2了解中国国情，理解中国可持续科学发展道路以及个人的做人规范，具有较高的社会责任感。8.3在工程实践中，理解工程师的职业性质、职业责任,具备工程师的职业道德8.4具有健康的体质和良好的心理素质，能较好地履行责任。毕业要求9 ：个人和团队能够在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色。9.1具备较宽广的本学科基础知识和较高的个人素质，能够在多学科背景下，承担个人及团队成员的作用。课程目标59.2具备良好的团队协作精神，善于和团队其它成
10、员协作、互补、交往。9.3能够承担团队负责人角色，具备综合团队成员意见和建议，进行合理决策之领导能力。毕业要求10：沟通能够就复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令。并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。10.1较好地掌握了一门外语，了解不同文化的差异，具有一定的跨文化交流能力。10.2 了解本专业领域及其相关行业的国内外的技术现状，具有较强的业务沟通能力与竞争能力。10.3能够应用现代工具撰写报告、设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令，就复杂的专业工程问题进行有效沟通和交流。毕业要求11：项目管理理解并掌握
11、工程管理原理与经济决策方法，并能在多学科环境中应用。11.1了解材料科学工程管理和经济决策的基本知识，理解并掌握工程管理原理与经济决策方法。11.2具备应用工程管理和经济决策知识实践的工作能力，具有一定的组织、管理及领导能力，能够较好地通过口头或书面方式表达自己的想法。11.3具有较强的综合归纳能力，能在多学科环境中加于应用。毕业要求12：终身学习具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。12.1对终身学习的重要性，有自觉的意识和正确的认识。12.2 能够采用合适的方法，自我学习、提高的能力。12.3 能够适应社会进步与发展，与时代同步。七、教学重点与难点：教学重点：表面工程的
12、基本知识，表面工程的主要类型与原理，表面涂层试验法及其设计原则。教学难点：不同表面工程技术的原理、表面技术的选择、表面失效分析，表面成分、制备工艺、组织结构与性能之间的关系。 八、教学方法与手段：教学方法：(1) 在课程教学中采用单向和交互式两种方法；在教学进程上采用渐进式教学方法，采用灵活多样的教学手段；(2) 以课堂讲授为主,阐述该课程的基本内容,保证主要教学内容的完成;(3) 安排适量的课堂讨论环节,使学生通过课下的资料查阅而掌握基本的专业资料获取方法、途径、整理归纳和讲演能力。教学手段：(1) 运用现代教学工具,在课堂上通过PPT讲授方式,实现图文并茂,形象直观；(2) 利用观看视频的
13、方式，让学生对某一表面技术过程有深刻的认识。(3) 充分利用互联网的信息，向学生介绍各种学习相关网站，鼓励学生通过多途径可以获得相关的知识。 九、教学内容与学时安排（1）总体安排教学内容与学时的总体安排，如表2所示。表2 基本教学内容与学时安排序号课程内容课堂（学习、讨论）学时课外（准备、复试、实践）学时1绪论222固体表面物理化学特征223热喷涂444电镀与化学镀665高能束表面改性446气相沉积技术667化学转化膜448热扩渗44（2）具体内容各章节的具体内容如下：第1章绪论（2学时）1.1材料与材料科学1.2表面工程定义、分类1.3表面工程重要性1.4表面工程发展现状与趋势第2章固体表面
14、物理化学特征（2学时）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2.4摩擦、磨损与润滑第3章热喷涂（4学时） 3.1概述3.2热喷涂的一般原理3.3火焰喷涂3.4等离子喷涂3.5热喷涂用材3.6热喷涂涂层的特性3.7涂层设计第4章电镀与化学镀（6学时）4.1电沉积的基本原理4.2金属的电结晶4.3影响电镀层质量的基本因素4.4合金电镀4.5复合镀4.6电刷镀4.7化学镀概述4.8化学镀镍4.9化学镀铜第5章高能束表面改性（4学时）5.1激光束与材料表面的交互作用5.2激光相变硬化5.3离子注入基本原理与特点5.4离子注入技术的应用第6章气相沉积技术（6学时）6.1真空预真
15、空设备6.2物理气相沉积6.3化学气相沉积6.4PVD和CVD工艺的对比6.5气相沉积应用第7章化学转化膜（4学时）7.1概述7.2铝及其合金的阳极化7.3钢铁的化学氧化7.4钢铁的磷酸盐处理第8章热扩渗（4学时）8.1热扩渗原理8.2热扩渗工艺分类8.3气体热扩渗8.4液体热扩渗8.5固体热扩渗8.6等离子体热扩渗（3）各章节的课后思考题（作业）及讨论要求思考题（课后作业）： 第1章绪论 思考题1.表面工程技术的目的和作用是什么?2.为什么说表面工程是一个多学科的边缘学科?第2章固体表面物理化学特征1.影响液体和固体表面自由能的因素是什么？ 2.物理吸附和化学吸附的区别是什么？3.试述磨损的
16、类型第3章热喷涂思考题1.热喷涂技术有什么特点？2.热喷涂涂层的结构特点是什么？其形成过程中经历了哪几个阶段？3.简单分析热喷涂涂层的结合机理？4.热喷涂主要有哪几种喷涂工艺？各有什么特点？热喷涂材料有哪几大类？热喷涂技术在新型材料开发方面可以做什么工作？第4章电镀与化学镀思考题1.金属电镀包括哪些基本步骤？说明其物理意义。2.电镀的基本原理？3.共沉积合金的相特点有几种类型？4.电刷镀的原理及特点是什么？5.什么叫化学镀？实现化学镀过程有什么方式？6.与电镀相比，化学镀有何特点？第5章高能束表面改性思考题1.激光淬火、激光熔凝、激光熔覆、激光冲击硬化、 激光表面合金化、激光表面非晶化的特点是
17、什么？ 2.什么是离子注入？简单解释表面改性的机理。3.简述电子束表面改性的基本原理和方法。第6章气相沉积技术思考题1.真空镀膜有哪些主要优点？2.影响薄膜附着强度的因素有哪些？提高薄膜附着强度的方法有哪些？3.化学气相沉积法（ CVD ）有哪些反应类型？4.化学气相沉积法（ CVD ）的原理（如何实现）？5.什么是化学输运反应？请举例说明。第7章化学转化膜思考题1.转化膜的定义与形成方法2.磷化膜的性质？3.论述铝的电化学（阳极）氧化机理与生成过程。4.铝的阳极氧化膜着色方法？第8章热扩渗思考题1.什么是热扩渗？论述形成渗层的基本条件。2.什么是气体渗碳？论述影响气体渗碳工艺的主要因素。3.
18、什么是气体氮碳共渗和碳氮共渗？氮碳共渗与渗氮相比有何特点？讨论（思考题及作业）要求：1、每章节学习结束后，学生都要按上课教师的具体要求以书面的形式做一定数量的思考题，作为平时的作业成绩（按约10%计入课程总成绩）。2、每位学生，根据自己的兴趣，完成1种表面工程技术工艺原理、工艺过程、应用与发展介绍，用PPT展示汇报（时间不超过10分钟），其它同学对该学生的汇报情况进行评价与交流。汇报表现与成绩，按约10%计入课程总成绩。十、教学参考书及文献教材曾晓雁、吴懿平 主编表面工程学，机械工业出版社，2001.参考书1.徐滨士等主编，材料表面工程，哈尔滨工业大学出版社，2005.2.郦振声等主编，现代表
19、面工程技术 ，机械工业出版社，2007.3.赵文轸主编，材料表面工程导论, 西安交通大学出版社，1998.十一、课程成绩评定与记载1、课程考核及评价细则课程考核及评价细则，详见表3。表3 课程考核及评价细则成绩组成考核/评价环节分值考核/评价细则对应的教学目标平时成绩30%上课表现10根据学生平时上课的出勤率、课堂表现及互动情况，视其对课程学习的态度及积极程度，按10%计入课程总成绩。1、2、3、4平时作业10根据学生的课后作业的完成情况及质量，视其对课程知识理解、掌握情况，最后按10%计入课程总成绩。3、4交流（如PPT展示等）10每位学生，根据自己的兴趣，完成1种表面工程技术工艺原理、工艺过程、应用与发展介绍，用PPT展示汇报（时间不超过10分钟），成绩按10%计入课程总成绩。3、4考试成绩70%考试的卷面分数70主要考核表面工程的主要类型与原理，涂层质量与影响因素、表面涂层试验法及其设计原则。以卷面成绩的70%计入总成绩。1、2、3、4、52、终结性考试形式：闭卷，以卷面成绩的70%计入总成绩。撰稿：材料表面工程课程组（主笔：谈发堂）审核：材料科学与工程学院本科教学指导委员会 20151203
