表面技术复习资料

1、第二章&第三章1.表面：固体表面一个或数个原子层区域，由于表面粒子没有邻居粒子，其物理性质和化学性质与固体内部明显不同。2.界面：一般至两相交界处，严格讲固固，液液，固液交界处均为界面。3.晶界：结构相同而取向不同的晶体之间的界面。4.相界：由结构不同或结构相同而点阵参数不同的两块晶体想叫接而形成的界面。5.理想表面：是一种理论上的结构完整的二维点阵平面。6.清洁表面：指没有被其他任何物质污染，也没有吸附任何不是表面组分的其他原子或分子的表面，是我们在预处理中想要得到的表面。7.实际表面：存在缺陷，杂质等现象的表面。8.机械加工表面：在磨削，研磨，抛光等机械作用下，金属表面能形成特殊结

2、构的表面层。9.表面弛豫：表面的原子周期性突然循环，表面上的原子会发生相对于正常位置的上下位移以降低体系能量，表面上的这种原子的位移称为表面弛豫。10.表面重构：平行基底的表面上，原子的平移对称性与体内显著不同，原子位置作了大幅度的调整。11.表面台阶结构：由于原子的热运动，晶体表面产生一定密度的单分子或原子高度的台阶。12.表面粗糙度：加工表面上具有的较小间距的峰和谷所组成的微观几何形状误差，也称微观粗糙度。13.贝尔比层：固体材料经切削加工后，在几个微米或十几个微米的表层中可能发生组织结构的剧烈变化，使得表面约10nm的深度内形成晶格畸变薄层。14.物理吸附：靠范德华力作用，对温度比较敏感

3、，低温下的单层有序结构，吸附分子结构无变化。15.化学吸附：形成化学键结合，存在电子转移，结合强度比物理吸附大许多。16.固体的表面张力：是由于原子间的作用力以及在表面和内部的排列状态的差别而引起的。17.表面自由能：表层原子的能量远大于内部原子，将高出的能量叠加后，平均在单位面积上的超额能量之比为比表面能，简称表面能。18.表面扩散：原子或分子沿表面的二维迁移。19.表面缺陷：金属表面局部物理或化学性质不均匀的区域。20.电极电位：金属材料与电解质接触，将发生电化学反应，在界面处形成双电层并建立相应的电位，存在的电位差就是金属的电极电位。21.金属表面的钝化：由于金属表面状态的改变引起金属表

4、面的活性的突然变化，使表面反应速度急剧下降的现象。 活化：钝化的相反过程。22.材料的磨损：材料三大主要失效形式之一。23.材料的耐磨性高低的表示：不属于材料的固有特性，受到摩擦学系统中接触条件，工况，环境，介质等多方面因素的影响，是一个系疼性质。材料的磨损表面始于表面，表面性能是决定材料耐磨性的关键。24.表面预处理方法的种类：表面平整（包括机械磨光或抛光，滚光和刷光）。表面清洗，钝化，喷砂喷丸等。25.润湿现象，润湿程度的判断：润湿液体在表面接触时的表面现象。可以用液滴在表面上的散开程度表征润湿程度。26. 洁净表面成分和结构与体内有何区别？为什么？如何获得洁净表面？机械加工表面、一般表面

5、的结构是怎样的？洁净表面成分结构与内部不同，要4-6个原子过度。机械加工表面的成分包括贝尔比层和塑性变形层。一般表面结构有各种氧化物的覆盖。27. 化学腐蚀与电化学腐蚀的原理是什么？解释金属氧化动力学的三种典型曲线。化学腐蚀：腐蚀过程中，无电流产生。 电化学腐蚀：有电流产生，在电解质溶液中产生。1.直线生长规律2.氧化膜的抛物线生长规律3.氧化膜的对数生长规律28. 金属材料在工业环境中被污染的实际表面是怎样的？存在杂质，缺陷等现象，具有一定的粗糙度，表面有各种氧化物覆盖。29. 什么是金属表面的极化、钝化与活化？各对表面技术的实施有何影响极化：通过电流时，而引起两级电流间电位差的减少，造成腐

6、蚀速度下降可用电极极化现象为材料表面提供保护。钝化：大大降低了金属的腐蚀速度，增加金属的耐蚀性，钝化膜使表面涂层，镀层与金属基体的结合力大幅度降低。活化：金属表面净化，增加金属表面的化学活性区。30. 描述表面具体结构的物理模型之一为TLK模型，这种模型描述的表面原子结构对哪些表面技术形成的表面产生何种影响？阐述之。31. 解释腐蚀原电池的原理：如果把两种电极电位不同的金属同时放在同一种电解液中或者在电解液中的两种金属直接接触形成腐蚀原电池。电位较负的区域将离子化为阳极，电位较正的区域为阴极。32. 分析金属材料腐蚀控制及防护方法产品合理设计与正确选材；电化学保护（阴极法和阳极法）；表面覆层及

7、表面处理；加入缓蚀剂33. 耐磨性属于材料的固有特性吗？与什么因素有关？不属于。受到摩擦学系统中接触条件，工况，环境，介质等多方面因素的影响，是一个系统性质，材料的磨损始于表面，表面性能是决定材料耐磨性的关键。34. 分析提高零件耐磨性的途径？1工程结构的合理设计 ：工程结构的合理设计；零件磨损机理预测、分析和耐磨材料的选择；材料表面耐磨与减磨处理。35. 在施用表面技术之前为何要进行表面预处理？目的：去除表面影响后续表面技术的施用的一定阻碍物。36. 表面平整、清洗、表面磷化处理、表面钝化、喷砂有何作用？ 表面平整可以去除工件表面的划痕，毛刺，砂眼，焊缝残留物，腐蚀痕迹和氧化皮等，提高金属表

8、面的平滑程度。 表面清洗可以去除工件表面的灰尘，油污，水垢，锈蚀藻类，细菌等。表面磷化处理配合其他处理时，防护性可大大提高。表面钝化可大大降低金属的腐蚀速度，增加金属的耐蚀性。 喷砂可除去工件表面的毛刺和磨痕，清除表面的锈蚀，积碳，焊渣与飞溅，漆层，并可形成一定的粗糙度。第四章1.电镀：是指在直流电流的作用下，电解液中的金属离子还原，并沉积到零件表面形成具有一定性能的金属镀层的过程。2.普通电镀：指常规单金属电镀。3.合金电镀：在一种溶液中，两种或两种以上金属离子在阴极上共沉积，形成均匀细致镀层的过程。4.复合电镀：用电镀方法使固体微粒与金属共沉积，从而在基体上获得基质金属上弥散分布微粒结构的

9、复合镀层。5.化学镀：指在无外加电流的状态下，借助合适的还原剂，使镀层中的金属离子还原成金属，并沉积到零件表面的一种覆盖方法。6. 画图说明电镀基本原理。7.电镀液的主要组成是什么？主盐析出金属的易溶于水的盐类，能与析出的金属离子形成络盐的成分，提高渡液导电性的盐类；能保持溶液PH值在要求范围内的缓冲剂；有利于阳极溶解的助熔阴离子；影响金属离子在阴极上析出的成分添加剂。8.铬、镍、锌、铜镀层的作用是什么？镀铬层：防护装饰性镀铬目的是防止基体金属生锈和美化产品的外观。耐磨镀铬目的是提高机械零件的硬度，耐磨，耐蚀和耐温等性能，还可以修复磨损零件和切削过度的零件，使这些零件重复使用。镀镍一般作为镀铬

10、的底层使用，仅提供机械保护。镀锌可提供机械保护和电化学保护。镀铜仅能做中间层，防腐，耐磨中不太常用。9.合金电镀与热冶金相比有何特点？ 容易获得高熔点与低熔点金属组成的合金；可获得热熔相图没有的合金；容易获得组织致密，性能优异的非晶态合金；电镀合金与热熔合相比，硬度高，延展性差。10.阐述槽镀（挂镀、滚镀）与电刷镀的特点。挂镀：尺寸较大工件。 滚镀：尺寸小批量大 电刷度：设备简单，携带方便，不需要大的渡槽设备；工艺简单，操作方便，凡镀笔能触及到的地方均可电镀，特别适用于不解体机件的现场维修和野外抢修； 镀层种类多，与基体材料的结合力强，力学性能好，能满足各种维修性能的要求； 沉积速度快，生产效

11、率高，但必须采用高电流密度进行操作。 刷镀液不含氰化物和剧毒药品，故操作安全，对环境污染小。 11.非金属是如何电镀的？如何保证金属镀层与非金属基体间的结合力？非金属电镀：在非金属表面获得金属电镀层非金属电镀前需要先金属化：物理涂覆或化学镀法。第五章1. 阐述化学转化膜的形成原理。与电镀相比有何区别？ 化学转化膜是通过化学或电化学的方法使金属表面形成稳定的化合物膜层而不改变其金属外观的一类技术。化学转化膜与电镀层、化学镀层或有机涂层等其它表面处理层相比化学转化膜：基体金属发生溶解、参与反应形成的是“难溶的化合物膜层” 不改变金属外观。2. 化学转化膜性质与用途有哪些？(1)用于防护和装饰(2)

12、提高涂膜与基体的结合力 (3)耐磨减摩(4)适用于冷成形加工(5)电绝缘性3简述磷化膜的形成机理及其结构。试述钢铁的发黑与发蓝处理原理及应用？金属浸入热的稀磷酸溶液中，会生成一层磷酸亚铁(锌、铝等)膜。磷化膜是多孔的，膜越厚，晶粒越细，孔隙度越低。 钢铁的化学氧化俗称发蓝处理，膜的主要成分是Fe3O4。 根据制件的表面状态、材料成分和氧化处理工艺规范的不同，可获得蓝黑色和黑色的氧化膜。化学氧化常用于机械零件、精密仪器与仪表、武器和日用品的防护与装饰。4画出铝的阳极氧化膜构造示意图。5化学转化膜为什么一般都要进行后处理? 转化膜多孔为耐腐蚀要封孔处理。6主要着色法有哪些? 表面着色，自然着色，吸

13、附着色，电解着色第六章1.涂装：用有机涂料通过一定的方法涂覆于材料或制件表面，形成涂膜的全部工艺过程。2.涂料的主要功能及组成： 功能：装饰作用，涂装可使物体具有色彩，光泽，平滑和立体性等，给人美的，舒适的感觉；保护作用，将物体表面覆盖一层具有一定耐水性，耐污性，耐油性，耐化学腐蚀等性能的涂膜，可以大幅度延长物体的使用寿命；标志作用，道路上各种标志牌，工厂中用不同颜色的涂料来区分设备的作用或容器所装物的性质；特种功能，使物体获得调节热，电传导性，防止生物附着，示温，声波，雷达波的反射和吸收，夜光等作用。3.涂料种类：溶剂挥发类；固剂干燥类4.涂料的命名：颜色或颜料名称+成膜物质名称+基本名称组

14、成。5.涂装工艺过程：涂装预处理涂装干燥固化预处理：清除污垢、化学处理（磷化、钝化）、消除缺陷、合适粗糙度涂布方法：各种类型干燥固化：自然干燥、人工干燥（加热、照射）6.静电喷涂：是用静电喷枪使油漆雾化并带负电荷，与接地的工件间形成高压静电场，静电引力使漆雾均匀沉积在工件表面。7.电泳涂装：将电泳漆用水稀释到固体分为10-15%左右，加入电泳槽内，将工件浸入作为电极，通以直流电时电泳漆中的树脂和颜料移向工件，沉积在工件表面，烘干后形成均匀的漆层。8.粉末涂装：以粉末形态进行涂装，经熔融或交联固化形成涂膜。9.热喷涂：采用气体、液体燃料或电弧、等离子弧、激光等作热源，将粉末状或丝状的金属或非金属

15、喷涂材料加热到熔融或半熔融状态，并用热源自身的动力或外加高速气流雾化，使喷涂材料的熔滴以一定的速度喷向经过预处理的工件表面，依靠喷涂材料的物理变化和化学反应，形成附着牢固的表面层的加工方法10.热喷涂图层结构：由大小不一的扁平颗粒，不完全熔融粒子，熔滴发生氧化而形成的氧化膜，气孔和粒子间互相熔融区组成。11.热喷涂涂层结合力的特点：机械结合：凸凹不平表面相互咬合；物理结合：高速粒子撞击，晶格范围，范德华力；冶金结合：涂层粒子和基体产生扩散微区；粒子间结合：机械为主、扩散冶金也存在12.热喷涂技术的主要优点：各种基体材料：金属、玻璃、陶瓷、有机材料；喷涂材料种类广泛：金属、合金、陶瓷、有机；方法

16、多样：有十几种之多。；喷涂工件不受限制：大面积、小工件均可；涂层厚度可控：几十微米到几毫米13.热喷涂涂层材料的主要形式：线材：碳钢丝、不锈钢丝、铝丝、铜丝、复合喷涂丝及镍、铜、铝的合金丝等。锌丝。粉末：金属及合金粉末、陶瓷粉、复合材料粉末和塑料颗粒等。镍基合金粉。14.电弧喷涂：是将两根被喷涂的金属丝作为自耗性电极，输送直流或交流电，利用丝材端部产生的电弧作为热源来熔化金属，用压缩气流雾化熔滴并喷射在基材表面形成涂层。15.等离子喷涂-是以电弧放电产生等离子体作为高温热源，以喷涂粉末材料为主，将喷涂粉末加热至熔化或熔融状态，在等离子射流加速下获得很高速度，喷射到基材表面形成涂层。 特点：工作

17、气体为氩气或氦气，工作温度高，可熔化所有金属，喷涂效率高，涂层致密结合强度高。 17.超音速喷涂：喷涂时，燃料气体和助燃剂（O2）以一定的比例导入燃烧室内混合，爆炸式燃烧，高温燃气经燃烧室上部燃烧头内的四根倾斜喷管进入铜喷嘴，粉末由送粉气（Ar或N2）定量沿燃烧头内碳化钨中心套管送入高温燃气中。由高温高速燃气带出喷嘴，直接喷在件上。整个喷枪由循环水冷却。 特点：（1）粉粒温度较低，氧化较轻，但只适于喷涂金属粉末、CoWC粉末以及低熔点TiO2陶瓷粉末。 （2）粉粒运动速度高，喷涂效率高，涂层表面粗糙度低。（3）粉粒尺寸小（1053m）、分布范围窄，否则不能熔化。（4）涂层结合强度、致密度高，无

18、分层现象。（5）喷涂距离可在较大范围内变动，而不影响喷涂质量。（6）噪音大（120dB），需有隔音和防护装置。18.爆炸喷涂涂层：利用氧气和乙炔气点火燃烧，造成气体膨胀而产生爆炸，释放热能和冲击波。热能使喷涂的粉末熔融，冲击波使熔融粉末以约800m/s速度喷射到零件表面上形成涂层。 特点：（1）结合强度高，Co-WC粉末，涂层结合强度可达100MPa以上，而等离子喷涂30MPa。 可以喷涂金属、金属陶瓷及陶瓷材料。（2）涂层致密，气孔率很低（1%2%），表面平整；涂层表面加工后粗糙度低，工件表面温度低。 （3） 设备价格高、噪音大； 由于氧化性气氛等原因，国内外使用还不 广泛。19.堆焊：用焊

19、接的方法把填充金属熔敷在基材金属表面以满足特定性能和尺寸要求的工艺过程，即可修复又可表面处理。熔融 结晶过程。方法：几乎任何一种焊接方法都能用于堆焊。火焰堆焊，手弧堆焊，埋弧自动堆焊，等离子弧堆焊，气体保护堆焊。20.热浸镀：简称热镀，是将被镀金属材料浸于熔点较低的其他液态金属或合金中进行镀覆的方法，形成合金层，多用于防腐蚀和抗氧化。热镀铝：伴随上世纪五十年代汽车工业的发展而发展，镀铝层优异的抗大气腐蚀性能，铁铝合金耐热性好。热镀锌：价廉而耐蚀性好，锌的电位低，对钢基体牺牲保护，用于保护钢材防大气腐蚀。21. 热喷涂各种技术的特点比较。22.影响热喷涂涂层质量的因素有哪些？简单分析之。设备，材

20、料，工艺和人员。严格分析控制这些因素，可以获得优良的热喷涂图层。23.热喷涂涂层结构中为何有气孔存在？未融化颗粒的低冲击性能；喷涂角度不同时造成的遮蔽效应；凝固收缩和应力释放效应。第七章1.表面改性技术定义及其作用：运用现代技术改变表面，亚表面的成分，结构和性能的技术。作用：可以掩盖基体材料表面的缺陷；延长材料和构件的使用寿命；节约稀、贵材料；节约能源，改善环境；对各种高新技术的发展具有重要作用。2.表面形变强化基本原理:通过机械手段(滚压、内挤压和喷丸等)在金属表面产生压缩变形，使表面形成形变硬化层，此形变硬化层的深度可达0.5mm1.5mm。3. 感应加热表面淬火技术原理及其组织和性能：将

21、工件放在感应线圈中，在高频交流磁场的作用下，产生很大的感应电流，并由于集肤效应而集中分布于工件表面，使受热区迅速加热到钢的相变临界温度Ac3或Accm之上，然后在冷却介质中快速冷却，使工件表层获得马氏体。 组织和性能：获得的表面组织呈细小隐晶马氏体，碳化物呈弥散分布，表面硬度比普通淬火的高2HRC3HRC，耐磨性也提高，这是因快速加热时在细小的奥氏体内有大量亚结构残留在马氏体中所致。4.感应加热表面淬火的预先调质处理的主要目的：一方面是为感应加热淬火做好组织准备，同时也使工件在整个截面上具备良好的力学性能。5.金属表面化学热处理的基本工艺过程：首先将工件置于含有渗入元素的活性介质中加热到一定温

22、度，使活性介质通过分解(包括活性组分向工件表面扩散以及界面反应产物向介质内部扩散)井释放出欲渗入元素的活性原子、活性原子被表面吸附并溶入表面、溶入表面的原子向金属表层扩散渗入形成一定厚度的扩散层，从而改变表层的成分、组织和性能6.化学热处理渗层的基本组织类型：(1)形成单相固溶体，如渗碳层中的铁素体相等。(2)形成化合物，如渗氮层中的相(Fe2-3N)，渗硼层中Fe2B等。(3)化学热处理后，一般可同时存在固溶体、化合物的多相渗层。7.渗碳、渗氮、碳氮共渗：渗碳、渗氮、碳氮共渗等可提高材料表面硬度、耐磨性和疲劳强度，在工业中有十分广泛的应用。8.碳氮共渗：液体碳氮共渗以往称氰化。碳氮共渗比渗碳

23、温度低(700880)，变形小、且由于氮的渗入提高了渗碳速度和耐磨性。9.渗氮、氮碳共渗：渗氮、氮碳共渗是在含有氮，或氮、碳原子的介质中，将工件加热到一定温度，钢的表面被氮或氮、碳原子渗入的一种丁艺方法。渗氮工艺复杂，时间长，成本高，所以只用于耐磨、耐蚀和精度要求高的耐磨件，如发动机汽缸、排气阀、阀门、精密丝杆等10.渗金属的目的及其适用范围：渗金属方法是使工件表面形成一层金属碳化物的一种工艺方法，即渗入元素与工件表层中的碳结合形成金属碳化物的化合物层，如(Cr、Fe)7C3、VC、NbC、TaC等，次层为过渡层。此类工艺方法适用于高碳钢，渗入元素大多数为W、Mo、Ta、V、Nb、Cr等碳化物

24、形成元素。为了获得碳化物层，基材的碳的质量分数必须超过0.45。11.低温渗碳：600度，主要用于结构钢和钢铁。12.高温渗碳：6001200度，主要用于铁素体钢和奥氏体钢，难熔金属。13.等离子体：是一种电离度超过0.1的气体，是由离子、电子和中性粒子(原子和分子)所组成的集合体。14.离子轰击阴极表面时发生的物理、化学现象：1.阴极溅射现象：中性原子或分子从阴极表面分离出来的 (也可看作蒸发过程)现象；2.凝附现象：阴极溅射出来的粒子与靠近阴极表面等离子体中活性原子结合的产物吸附在阴极表面的现象；3.阴极二次电子的发射现象；局部区域原子扩散和离子注入等现象。15.激光束表面处理的特点及其对

25、材料预处理的要求：特点：加热速度快，可局部加热，且自冷速度高；线加工，可以实现自动化精确控制；输入功率小，工件变形小；反射率高，转换率低，设备昂贵，不能大面积处理。 预处理要求：表面组织准备，即通过调制处理等手段使钢铁材料表面具有较细的表面组织，以保证激光淬火时组织与性能的均匀，稳定；表面黑化处理，以提高钢铁表面对激光束的吸收率。16.激光处理的应用举例：1.激光相变硬化：在固态下经受激光辐照，其表层被迅速加热到奥氏体温度以上，并在激光停止辐射后快速淬火得到马氏体组织的一种工艺。2.激光表面熔凝处理：利用能量密度很高的激光束在金属表面连续扫描，使之迅速形成一层非常薄的融化层，并且利用基体的吸热

26、作用使熔池中的金属液以极高的速度冷却，凝固，从而使金属表面产生特殊的微观组织结构的一种表面改性技术。3.激光表面合金化：利用激光束使合金涂层与基体金属表面混合融化，在很短时间内形成不同化学成分和结构表面合金。4.激光表面熔覆：在金属基体表面上预涂一层金属，合金或陶瓷粉末，用激光束使添加层融化并使基体表面层微熔，从而得到一外加的熔覆层。17.电子束表面处理技术的特点：加热和冷却速度快；反射低，无需黑化；结构简单，磁控；电子束需要真空操作，无氧化但成本高，功率高，有X射线；磁化层厚度大，液相温度低，温度梯度小。18.离子注入表面处理技术及其特点：奖杯注入元素的原子利用离子注入机电离成带正电荷的离子

27、，经高压电场加速后，高速轰击工件的表面，使之注入工件表面一定深度的真空处理工艺。 特点：注入及注入后温度可控，注入深度和分布可控；可真空处理，不氧化，表面粗糙度不改变，可大范围也可区域；可注入任何元素，不受固溶度的限制；设备贵，复杂零件不行。19.离子渗氮的主要特点。离子渗氮速度快，尤其浅层渗氮更为突出；热效率高，节约能源、气源；渗氮的氮、碳、氢等气氛可调整控制；可使用氨气，压力很低，用量极少,所以污染低，劳动条件好；温度可在低于400以下进行，工件畸变小；可用于不锈钢、粉末冶金件、钛合金等有色金属的渗氮；设备较复杂，投资大，调整维修较困难，对操作人员的技术要求较高20.讨论激光束表面处理时材

28、料表面发生的现象。表层材料受热升温；固态相变，溶化，蒸发，激光作用后冷却。21.讨论离子注入表面处理产生的效果1.硬度：C、N原子固熔于晶格间隙中，产生强烈的晶格畸变（固熔强化），形成化合物形成弥散强化。2.耐磨：杂质离子大量分布位错线周围起钉扎作用，表面高硬度，析出物弥散强化，降低摩擦系数。3.抗疲劳：损伤缺陷阻碍位错移动，弥散强化，表面压应力阻碍裂纹扩展。4.抗氧化：注入元素晶界富集，阻碍氧元素扩散，形成致密的氧化物阻挡层，改善氧化物塑性，防止氧化膜开裂，阻止阳离子向外扩散。5.耐腐蚀：致密氧化物改变表面电化学性能。第八章1.薄膜技术包含那些技术？1.薄膜材料与制备技术；2.薄膜沉积过程监测控制技术；3.薄膜检测技术与薄膜应用技术 2.物理气相沉积技术及其所包含的三种技术？真空蒸发镀膜；溅射镀膜；离子镀膜3.物理气相沉积的特点：镀层材料广泛；镀层附着能力强，工艺温度低；镀层纯度高，组织致密；设备复杂，一次投资比较大4.物理气相沉积的基本过程：气相物质产生气相物质的输送气相物质的沉积5.蒸发镀膜、溅射镀膜和离子镀的原理及其特点相互比较？6.化学气相沉积技术