表面工程学复习习题集

1、习题集一一、名词解释：（1）表面工程技术：表面工程技术是指为了满足特定的工程需求，使材料或零件表面具有特殊的成分、结构和性能（或功能）的化学、物理方法与工艺。（2）洁净表面：尽管材料表层原子结构的周期性不同于体内，但如果其化学成分与体内相同，这种表面就称为洁净表面，它允许有吸附物，但其覆盖率应该非常低。（3）离子渗氮：是指利用辉光放电现象，将含氮气体介质电离后渗入工件表面从而获得表面渗氮层的工艺。（3）离子渗镀：利用低真空辉光放电产生的离子轰击工件表面，形成热扩渗层的工艺。（4）热喷涂：热喷涂是用专用设备把某种固体材料熔化并使其雾化,加速喷射到机件表面,形成一特制薄层,以提高机件耐蚀、耐磨、耐

2、高温等性能的一种工艺方法。（2）疲劳磨损：在滚动接触过程中，由于交变接触应力的作用而产生表面接触疲劳，使材料表面出现麻点或脱落的现象。（2）磨粒磨损：由外界硬质颗粒或硬表面的微峰在摩擦副对偶表面相对运动过程中引起表面擦伤与表面材料脱落的现象，称为磨粒磨损。（5）金属腐蚀：金属材料与环境介质作用而引起的恶化变质或破坏，按腐蚀原理的不同可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。（3）化学腐蚀：是金属在干燥的气体介质中或不导电的液体介质中发生的材料与介质作用引起的恶化变质或破坏即为化学腐蚀，化学腐蚀过程并无电流产生。（5）电化学腐蚀：是指金属在导电的液态介质中因电化学作用导致的腐蚀，在腐蚀过程中有电流的产生（1）

3、表面淬火技术：采用特定热源将钢铁材料表面快速加热到Ac3(亚共析)或Ac1 (过共析)之上,然后快冷,使之发生马氏体相变,形成表面强化层的工艺过程.（4）热扩渗： 将工件放在特殊介质中加热，使介质中某种或几种元素渗入工件表面，形成合金层或渗杂层的工艺，就称为热扩渗技术。（8）电镀：指在含有欲镀金属的盐类溶液中，在直流电的作用下，以被镀基体金属为阴极，以欲镀金属或其他惰性导体为阳极，通过电解作用，在基体表面上获得结合牢固的金属膜的表面工程技术。（6）化学镀：又称无电镀，即在无外电流通过的情况下，利用还原剂将电解质溶液中的金属离子化学还原在呈活性催化的工件表面，沉积出与基体牢固结合的镀覆层。（3）

4、发蓝处理：（4）涂装技术：将有机涂料涂覆于物体表面并干燥成膜的的表面工程技术称之为涂装技术。1理想表面：是一种理论的结构完整的二维点阵平面。2表面重构：在平行基底的表面上，原子的平移对称性与体内显著不同，原子位置作了较大幅度的调整，这种表面结构称为重构（或再构）。3离子镀膜：它是将工件放入真空室，并利用气体放电原理将部分气体和蒸发源逸出的气相粒子电离，在离子轰击的同时，把蒸发物或其反应产物沉积在工件表面成膜。4化学镀：是指在没有外电流通过的情况下，利用化学方法使溶液中的金属离子还原为金属并沉积在基体表面，形成镀层的一种表面加工方法。 5电解着色：是把经阳极氧化的铝及其合金放入含金属盐的电解液中

5、进行电解，通过电化学反应，使进入氧化膜微孔中的重金属离子还原为金属原子6清洁表面：是指不存在任何污染的化学纯表面，即不存在吸附，催化反应或杂质扩散等一系列物理、化学效应的表面。7表面弛豫：表面上原子的这种位移（压缩或膨胀）称为表面弛豫。 8溅射镀膜：将工件放入真空室，并用正离子轰击作为阴极的靶（镀膜材料），使靶材中的原子、分子逸出，飞至工件表面凝聚成膜。 9电镀：是指在含有欲镀金属的盐类溶液中，以被镀基体金属为阴极，通过电解作用，使镀液中欲镀金属的阳离子在基体金属表面沉积出来，形成镀层的一种表面加工方法。10化学转化膜：通过化学或电化学手段，使金属表面形成稳定的化合物膜层的方法，这种经过化学处

6、理生成的膜层称之为化学转化膜。11吸附（固体与液体的作用之一）：吸附是固体表面吸引气体与之结合，以降低固体表面能的作用。12自扩散：在一个单组分的基底上同种原子的表面扩散称为自扩散 13简单盐镀液：14磷酸盐膜：是金属在磷酸盐溶液中形成的膜，其成膜过程称为磷化。15冶金结合：将喷涂层再加热重熔，涂层与基体互熔并扩散称冶金结合 16吸收（固体与液体的作用之一）：吸引是固体的表面和内部都容纳气体，使整个固体的能量发生变化。 17多相扩散：在表面上其它种吸附原子的扩散称为多相扩散18氧化物膜：是金属在含有氧化剂的溶液中形成的膜，其成膜过程叫氧化 19镀硬铬：在各种基体材料上镀较厚的铬层，镀层厚度一般

7、在20um以上20扩散结合：当薄膜和衬底材料具有可溶性或部分可溶性时，若给界面层的原子1至10ev能量，则可促使原子通过薄膜与衬底界面进行互相扩散，形成薄膜与衬底间的扩散结合。（1）相界面：（4）界面：（7）标准电极电位：二、填空题：（1）表面工程技术的内涵包括：(表面改性技术)、(表面涂镀技术)、(表面合金化和渗杂技术)、(表面微细加工技术)、(表面加工三维成型技术)、(表面合成新材料技术)。表面工程技术的特点和意义：( )、( )、( )、( )、( )。按照表面工程技术的特点可以将其分为（表面改性）、（表面加工）、（表面加工三维成型）和（表面合成新材料）等几大类。（2）实际上，原子的扩散

8、途径除了最基本的体扩散过程外，还有（表面）扩散、（晶界）扩散、和（位错）扩散，后三种扩散都比第一种扩散快，又称短路扩散。在扩散传质中，固体表面的原子的活动能力最高，其次为（晶界）原子，再次为位错原子，体内原子活动能力最低。（3） 严格意义上表面能应是指材料表面的（内能）它包括（原子的动能）、（原子的势能）以及原子中原子核和电子的动能和势能。表面张力和表面自由能是从不同角度反映了物质表面分子受力不平衡的特性。（4） 润湿角 为0°和180°时，相应地称为（ 完全 ）润湿和（ 完全不 ）润湿。（5）固体表面吸附可分为（物理吸附）和（化学吸附）两类。（7）按腐蚀形态可把

9、腐蚀分为（局部腐蚀）和（全面腐蚀）两大类。（8）关于钝化的机理目前主要有（成相膜理论）和（吸附理论）两种。（9）溶液中至少有两个组成部分，即，溶剂和溶质，它们都可能被固体吸附，但被吸附的程度不同，如果吸附层内溶质的浓度比体相大，称为（ 正 ）吸附，反之称为（ 反 ）吸附。（10）按磨损的机理的不同，可以将磨损分为（ ）、（ ）、（ ）、（ ）、（ ）、（ ）和（ ）七大类。最基本的是、（粘着磨损）（磨粒磨损）、（疲劳磨损）和（腐蚀磨损）。（12）按腐蚀机理可把腐蚀分为（化学腐蚀）和（电化学腐蚀）两大类。（13）激光淬火的不足之处在于单道淬火的激光区域宽度有限，通过多道搭接，实现大面积淬火，容易

10、产生（回火软带）。因此多采用螺旋扫描避免之。为了提高钢铁对激光束的吸收率，应该对钢铁工件进行表面（黑化）处理。（14）喷丸强化技术，是利用高速喷射的细小弹丸在室温下撞击受喷工件表面，使表层材料在再结晶温度下产生（弹塑性变形），并呈现较大的残余应力，从而提高工件（表面强度）、（疲劳强度）和（抗应力腐蚀能力）的表面工程技术。（15）通过辉光放电获得的（等离子体），实际上是正离子、负离子、分子、中性原子、电子、光子等各种粒子的复合体。是与固、液、气态不同的第四态。（16）热喷涂涂层间主要依靠（机械结合），结合强度较低，而且存在孔隙。采用热源使涂层材料在基体表面重新熔化或部分熔化，实现涂层与基体之间、

11、涂层内颗粒之间的（冶金结合），消除孔隙，这就是热喷焊技术。（17）等离子喷涂采用（等离子火焰）作为热源对喷涂材料进行加热的。（18）喷焊过程包括预热、喷粉和重熔。预热目的是（使工件表面湿气蒸发，产生一定的热膨胀，减少焊层应力，提高喷粉沉积效率。）（19）对工件进行焊前（预热）和焊后（缓冷）以及采用堆焊底层的方法可以减少堆焊层内应力。（20）不同溶液和工艺参数下得到的镀层，性能和用途也不同。按镀层的性能可将其分为（ ）、（ ）和（ ）三类。（21）电镀指在含有欲镀金属的盐类溶液中，在直流电的作用下，以（被镀基体金属）为阴极，以（欲镀金属或其他惰性导体）为阳极，通过电解作用，在基体表面上获得结合牢

12、固的金属膜的表面工程技术。（22）转化膜按其形成机理可分为（化学转换膜）和（电化学转换膜），按其成分，有（氧化膜）、（磷酸盐膜）、（铬酸盐膜）和（草酸盐膜）；按用途可分为功能性膜、防护性、装饰性膜；（23）电化学氧化指在电解质溶液中，在直流电的作用下，以（ 惰性导体材料 ）为阴极，以（ 工件 ）为阳极，通过电解作用，在基体表面上获得结合牢固的氧化膜的表面工程技术。（24）铝和铝合金是最容易着色的金属，其主要着色方法以下三类。 A（ 自然显色 ） B（ 吸附着色 ） C（ 电解显色 ）（25）将有机涂料涂覆于物体表面并干燥成膜的过程称之为（ 涂装技术 ）。一般涂料主要是由成膜物质、（ 颜料 ）、

13、（ 溶剂 ）、（ 助剂 ）四部分组成。（26）成膜物质分为两大类，其中一类称为非转化型成膜物质，它们在涂装成膜过程中组成结构不发生变化，即成膜物质与涂膜的组成相同。另一类成膜物质称为转化型成膜物质，它们在成膜过程中组成结构发生变化，形成与其原来组成结构完全不同的涂膜。（27）气相沉积可分为（ 物理气相沉积 ）和（ 化学气相沉积 ）两大类。三、判断题：对的打，错的打×。（1）固体表面吸附可分为：物理吸附和化学吸附两类。 （ ）（2）表面能高的固体比表面能低的固体更容易被液体所润湿。 （ ）（3）一种摩擦方式里通常包含几种磨损机理。 （ ）（4）化学腐蚀依照表面反应速度及氧化膜的致密程度

14、的不同，金属氧化的动力学过程有三种典型的情况。提高材料抗氧化能力的重要途径就是改变材料的表面成分，使其氧化动力学曲线呈对数变化。 （ ）（5）腐蚀电位值越负的金属越容易腐蚀。 （ ）（6）腐蚀原电池中小阴极、大阳极相对于大阴极小阳极更为有害。 （×）（7）腐蚀速率是指金属在单位时间t、单位面积S上所损失的重量，腐蚀速率也可采用单位时间的腐蚀深度来表示，腐蚀速率也还可以用腐蚀电流密度ic表示。 （）（8）金属作为阳极腐蚀时，失去电子越多，流出的电量越大，金属溶解就越多，腐蚀程度也就越大。（）（9）表面淬火比一般淬火的表面硬度高其原因是因为表面淬火的零件含碳量高。 （×）（10

15、）电阻加热表面淬火技术是在工件中通以低压大电流，利用工件表面或紧靠工件表面的周围介质中形成高电阻而产生的热效应将工件表面快速加热到相变温度以上并淬火的工艺方法.()（11）使气体由良绝缘体变成导体的现象成为气体放电。气体中带电粒子的存在和一定电场强度的存在是气体放电的必要条件。 （）（12）辉光放电时阴阳极间的电位降落均匀，发光强弱也一样。 （×）（13）在阴极材料、气体介质、两极间距离固定的条件下，阴极辉光区的大小取决于炉内气压的大小。气压越高，辉光层越薄，亮度越集中。 （）（14）阴极溅射过程中被溅射的粒子离开表面后呈中性原子状态而不是离子。 （ ）（15）喷焊枪与普通焊枪的主要

16、区别在于喷焊枪上装有粉末输送机构。 （ ）（16）堆焊的目的不是为了起连接作用，而是为了发挥堆焊层的优良性能。 （ ）（17）等离子喷焊与等离子喷涂的区别是喷焊工件不带电，为非转移弧；喷涂采用非转移弧和转移弧的联合弧，先引燃非转移弧，再借助等离子体导电通道，建立转移弧。 （ × ）（18）连续电镀主要用于薄板、金属丝和带的电镀。 （）（19）铝和铝合金的主要着色方法分为自然显色法、吸附着色法和电解着色法，其中自然显色法生成的膜耐蚀性、耐候性、耐磨性都高于电解着色和吸附着色氧化膜。 （）（20）现代涂料成膜物质分为转化型成膜物质和非转化型成膜物质，对转化型成膜物质来说它们在涂料成膜过程

17、中组成结构不发生变化。 （ ）（21）表面自由能在数值上等于表面张力与表面积的乘积。 （ ）（22）当润视角>90o 时，为不润湿。越大，润湿性越小，液体越不易铺展开，易收缩为球状。（ ）四、选择题：（1）以下说法不正确的是（D）。A固体对液体吸附作用时，若吸附层内溶质的浓度比本体相大为正吸附，反之为负吸附；B在稀溶液中，可以将溶剂对吸附的影响忽略不计，将溶质的吸附简单地当作气体的物理吸附一样处理。C固体之间同样有吸附，粘附功表示了粘附程度的大小，它不只与两种固体物质的表面张力有关，还与两物质形成新的界面时的界面张力有关；D粘附功与内聚力是同一个概念。E两个不同物质间的粘附功往往超过其中

18、较弱一物质的内聚力。（2）关于莱宾杰尔效应的说法不正确的是（C）A任何固体都存在这种效应。B需要拉应力和表面活性物质同时作用才能出现。C需大量的表面活性物质才可起作用。D去除表面活性物质，表面机械性能一般可以恢复。E利用莱宾杰尔效应是因环境介质的影响及表面能减少导致固体强度、塑性降低的现象，利用这种效应可以提高金属加工的效率，如钢铁在磨床上的磨削加工添加剂溶液就是。（3）关于润湿现象的说法不正确的是（C）A 当润湿角=0°或180°时称为完全润湿和完全不润湿。B 润湿角的大小与界面张力有关.C 固、液、气三相的稳定接触时，s-g和s-l相差越小，角就越小，故而润湿性越好。D

19、 粗糙表面的铺展系数远大于光滑表面，在光滑表面不能自发铺展的液体在粗糙表面上有可能自发铺展。（4）关于脱脂工艺说法不正确的是：( C )A脱脂工艺包括化学脱脂、有机溶剂脱脂、水剂脱脂、电化学脱脂，其中水剂清洗是以水溶液（碱溶液除外）作为清洗液去除待处理表面油污的清洗方法，如，乳化液、表面活性剂溶液、清洗剂或金属清洗剂等。B有机溶剂易燃易爆，有一定毒性，挥发性强，材料消耗多，生产成本高，所以逐渐被水剂清洗缩取代。C化学脱脂是利用酸与油脂起化学反应来去除材料表面的油污的。其操作简便、脱脂能力强、安全可靠，易实现自动化。D电化学脱脂液的组成大体上与化学脱脂液相同，只是某些成分含量一般要低一些，在脱脂

20、时将零件挂在阴极或阳极上，由于电极的极化作用，使油和零件界面的表面张力降低，在电解时，电极上析出的氢气泡或氧气泡对油膜具有强烈的撕裂作用，使油膜变为细小的油珠，气泡上升时的机械搅拌作用又可进一步强化脱脂过程。因此电化学脱脂比一般的化学脱脂效果好，速度快。（5）关于抛光的说法不正确的是：( C )A表面抛光处理除了机械抛光外，还可以用化学抛光和电化学抛光来处理，使得零件表面得以平整，产生光泽效果。B化学抛光就是把零件放在合适的化学介质中，利用化学介质对金属表面的尖峰区域溶解速度比凹谷区域溶解速度快得多的特点，实现材料表面的抛光。C电化学抛光是把工件作为阴极，浸于特定的抛光介质中并通以交流电进行电

21、解，零件表面凸起的波峰部分电流密度较小，溶解较快，而凹入的波谷部分由于受到钝化膜或添加剂的保护而溶解很少或不溶解，因此零件表面得以整平，产生光泽效果。D化学抛光适合复杂形状和各种各种尺寸的零件，生产效率高，介质使用寿命低，抛光质量不如电化学抛光。但电化学抛光成本高，效率低。（6）关于表面淬火和强化技术说法正确的是：（ D ）A表面淬火的基本原理是采用特定的将钢铁材料表面快速加热到Ac1（对亚共析钢）或者Ac3（对过共析钢）之上，然后使其快速冷却并发生马氏体相变，形成表面强化层的工艺过程。B依靠材料自身组织与结构转变来进行表面改性的工艺主要有表面渗碳、表面淬火、表面形变强化技术等。C激光淬火技术

22、所使用的能量密度更高，加热速度更快，需要淬火介质，工件变形大，加热轨迹易于控制，易于实现自动化。D激光表面处理状态包括表面组织准备，如通过调质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。还需要进行表面“黑化处理”提高钢铁表面对激光束的吸收率。（7）关于热扩渗说法不正确的是：（ B ）A形成热扩渗层的首要条件是渗入元素必须能够与基体金属形成固溶体或金属间化合物。其次欲渗元素与基材之间必须有直接接触，被渗元素在金属中要有一定的扩散速度。对于靠化学反应提供活性原子的热扩渗工艺而言还须该反应满足热力学条件。B对热力学条件应该包括在一定热扩渗温度下，通过改变反应物

23、浓度或者添加催化剂，或通过提高扩渗温度能够使产生活性原子的反应进行；反应的平衡常数至少应该不超过1%。C二元合金的渗层一般不会出现两相共存区，反应扩散形成的渗层总由浓度呈阶梯式跳跃分布、相互毗邻的单相区的组织所构成。D气体放电伏安特性曲线中异常辉光放电区是进行离子热扩渗的实际应用区。只有在这一区域阴极表面才能全部被辉光覆盖，才能均匀加热工件，也只有在这一区域才能改变两极间电位降落和阴极表面电流密度，即离子热扩渗的工艺参数。（8）关于热喷涂工艺说法不正确的是：（ B ）A喷涂完成后，在涂层内部存在残余张应力，其大小与涂层厚度成正比。薄涂层一般比厚涂层更加经久耐用。B热喷涂技术中涂层与基材的结合机

24、理主要为机械结合或称“抛锚作用”，此外涂层与基体表面发生局部扩散和焊合形成冶金结合，因此其结合强度很高。C热喷涂工艺的表面预处理可以直接决定涂层与基体的结合质量。除了必要的清除基体表面污垢外还要进行粗化处理。D热喷涂涂层的多孔隙是热喷涂涂层的固有缺陷，所以热喷涂的后处理包括封孔处理和致密化处理。（9）关于电镀的实施方式说法正确的是：（A）A 挂镀主要用于外形尺寸较大的零件，滚镀主要用于尺寸较小、批量较大的零件，刷镀主要用于局部修复，而连续镀则用于线材、带材及板材的大批量生产。B 挂镀依靠自身重量来接通阴极，与滚镀相比最大优点是节省劳动率，提高生产效率，设备维修费用小且占地面积小。C 刷镀不需要

25、电镀槽，具有设备简单，工艺灵便，沉积速度快，镀层与基材结合力好，镀后不需要后处理。D 连续电镀时，金属丝或带在镀槽中连续通过，电镀时间较短，但电镀液不允许使用较高的电流密度。（10）关于合金共沉积的说法不正确的是（C）A在一个镀槽中，同时沉积含有两种或两种以上金属元素镀层称为合金电镀。B共沉积应具备的两个基本条件就是：两种金属中至少有一种金属能单独从其盐的水溶液中沉积出来，其次是它们的析出电位要十分接近或相等。C电位越负的金属越优先沉积，甚至排斥电位较正的金属的析出。D析出电位高的金属在镀层中所占的比例超过它在镀液中所占的比例就为正常共沉积。五、简答题：1.表面工程技术的内涵应包涵哪些方面?（

26、5分）答：表面改性技术。表面加工技术。表面合成技术表面加工三维合成技术。上述几个要点的组合或综合。（2）表面工程技术的目的和作用是什么？答：表面工程技术的主要目的就在于通过表面处理使材料表面按人们希望的性能进行改质。具体可概括为:在不改变基体材料的成分,不削弱基体材料的强度(或削弱基体材料强度又不影响其使用)的条件下,通过某些物理手段(包括机械手段)或化学手段赋予材料表面特殊的性能,从而满足工程 上对材料所提出的要求。表面技术的作用就是改善或赋予表面各种性能，从而提高材料的使用性能。一般来说，用表面工程技术可以改变的主要表面性能有：一般机械性能、可加工性、抗磨性、保护性、热特性、电特性、电磁性

27、、光特性、装饰性等。（3）你认为哪种表面工程技术分类法较为合理？答：我们认为表面工程技术具有强的工艺性，因此按工艺特点大致分类，可以把工程技术的特点比较清晰地体现出来，材料表面工程技术按工艺特点可分为：<1>电镀，<2>化学镀，<3>热渗镀，<4>热喷涂，<5>堆焊，<6>化学转化膜，<7>涂装，<8>表面彩色，<9>气相沉积，<10>“三束”改性，<11>表面热处理，<12>形变强化，<13>衬里等，2.为什么会造成表面原子的重组？答：晶

28、体表面是原子排列面，有一侧无固体原子键合，形成了附加的表面能。从热力学来看，表面附近的原子排列总是趋于能量最低的稳定状态。达到这个稳定态的方式有两种：一是自行调整，原子排列情况与材料内部明显不同；二是依靠表面的成分偏析和表面对外来原子或分子的吸附以及这两者的相互作用而趋向稳定态，因而使表面组分与材料内部不同。（2）物理吸附与化学吸附的区别是什么？答：物理吸附：任何气体在其临界温度以下，都会在其和固体表面之间的范德华力作用下，被固体吸附。但两者之间没有电子转移；化学吸附：气体和固体之间发生了电子的转移，二者产生了化学键力，其作用力和化合物中原子之间形成化学键的力相似，较范德华力大的多。 但并不是

29、任何气体在任何表面上都可以发生化学吸附。（3）试简要说明来宾杰尔效应有哪些显著特征。 (6分)答：来宾杰尔效应有以下特征：1. 环境介质的影响具有很明显的化学特征，2.只要少量的表面活性物质就可以产生来宾杰尔效应。3.表面活性熔融物的作用十分迅速。4.表面活性物质的影响是可逆的，5.需要拉应力和表面活性物质同时作用才能出现。6.任何固体都存在这种效应。（4）提高零件的耐磨性的途径有哪些？(5分)1.合理设计工程结构；2.对零件磨损机理进行预测、分析和选择正确适当的耐磨材料；3.对材料表面进行耐磨与减摩处理。（5）控制腐蚀的途径有哪些？（5分）答：控制腐蚀的主要途经是：提高材料热力学稳定性；增强

30、阳极极化；增强阴极极化；防蚀涂层保护。具体措施有：<1>正确选材：<2>钝化：<3>缓蚀剂：<4>阴极保护：<5>涂料：<6>金属镀层：<7>非金属衬里：<8>控制腐蚀环境：3.简述表面脱脂的方法有哪些？（6分）答：化学脱脂、有机溶剂脱脂、水剂脱脂、电化学脱脂。4.简要说明表面淬火的基本原理。（10分）答：表面淬火技术采用特定热源将钢铁材料表面快速加热的AC3(对亚共析钢)或者AC1（对过共析钢）之上，然后使其快速冷却并发生马氏体相变，形成表面强化层的工艺过程。（2）简要说明的感应加热表面淬火的基本

31、原理。 (6分)答：表面淬火技术是指采用特定热源将钢铁材料表面快速加热的Ac3(对亚共析钢)或者Ac1（对过共析钢）之上，然后使其快速冷却并发生马氏体相变，形成表面强化层的工艺过程。而感应加热表面淬火的基本原理就是利用感应线圈5.渗层形成的基本条件是什么？答：由于渗层是基体金属原子和渗入元素原子相互扩散而形成的合金层，所以渗层形成条件是：渗入元素与基体金属必须能形成固溶体或金属间化合物渗入元素与基体金属必须保持直接的紧密接触。保持一定的温度，即保证一定的渗镀速度。生成活性原子的化学反应必须满足热力学条件。（2）简要说明渗层形成的机理。（三个基本过程）（10分）答：渗层形成的三个基本过程如下：产

32、生渗剂元素的活性原子并提供给基体金属表面。反应物中的某些粒子被金属表面吸附，吸收，并发生界面反应，形成最初的表面固溶体或金属间化合物，建立热扩渗所必需的浓度梯度；界面反应产生的活性原被金属表面层吸收并向纵深迁移，达到一定深度，此为扩散过程。（3）形成热扩渗层（热渗镀）的基本过程是什么？何谓渗镀的控制步骤？ (10分)答：一般来说，渗层形成的基本过程包括：产生渗剂金属的活性原子并供给基体金属表面。渗剂金属的活性原子吸附在基体金属表面上，随后被基体金属吸收。吸收过程包括活性原子溶入基体金属中，形成表面固溶体层或金属间化合物层，即最初的渗层。随着渗剂金属原子的继续吸附和吸收，已溶入的渗剂金属原子在渗

33、镀的高温下向基体金属内部扩散，同时，基体金属原子也向渗层里面扩散，从而使渗层增厚，即渗层成长过程。在渗镀的三个基本过程中，最值得注意的是进行最慢的那个步骤，或者说控制步骤，它决定了热渗镀的速度。实践证明：热渗镀过程的速度经常是由第一个步骤的速度或第三个步骤的速度所决定。一般来说，在渗镀的最初阶段是由第一个步骤；当渗层具有一定厚度后，渗镀速度就改由第三个步骤，（4）形成热扩渗层（热渗镀）的基本过程是什么？形成热扩渗层的条件是什么？答：渗层形成的三个基本过程如下：产生渗剂元素的活性原子并提供给基体金属表面。反应物中的某些粒子被金属表面吸附，吸收，并发生界面反应，形成最初的表面固溶体或金属间化合物，

34、建立热扩渗所必需的浓度梯度；界面反应产生的活性原被金属表面层吸收并向纵深迁移，达到一定深度，此为扩散过程。形成热扩渗层的条件：首要条件是渗入元素必须能够与基体金属形成固溶体或金属间化合物。其次欲渗元素与基材之间必须有直接接触，被渗元素在金属中要有一定的扩散速度。对于靠化学反应提供活性原子的热扩渗工艺而言还须该反应满足热力学条件。6.试述热喷涂粒子与基体表面的结合机理或者简述热喷涂涂层的结合机理？答：涂层的结合包括涂层与基体表面的结合和涂层内部的结合。机械结合。冶金-化学结合。物理结合。（1）热喷涂涂层组织的基本特点是什么？（6分）答：喷涂层的形成过程决定了涂层的结构。喷涂层是由无数变形粒子互相

35、交错呈波浪式堆叠在一起的层状组织结构。涂层中颗粒与颗粒之间不可避免地存在一部分孔隙或空洞，涂层中伴有氧化物等夹杂。由于涂层是层状结构，是一层一层堆积而成，所以涂层的性能具有方向性，垂直和平行涂层方向上的性能是不一致的。涂层经过适当处理后，结构会发生变化。如涂层经重熔处理，可消除涂层中氧化物夹杂和孔隙，层状结构变成均质结构，与基体表面的结合状态也发生变化。（3）合金共沉积的基本条件是什么？可采用什么途径来实现？答：合金共沉积的基本条件是：<1>两种金属中至少有一种金属能从其盐的水溶液中沉积出来。<2>共沉积的两种金属的沉积电位必须十分接近。方法：<1>改变镀液

36、中金属离子的浓度：<2>采用适当的络合剂： <3>采用适合的添加剂：（4）试述电镀与化学镀的区别 (8分)答：化学镀：又称无电镀，是利用合适的还原剂使溶液中的金属离子有选择地在经催化剂活化的表面上还原析出成金属镀层的一种化学处理方法。即在无外电流通过的情况下，利用还原剂将电解质溶液中的金属离子化学还原在呈活性催化的工件表面，沉积出与基体牢固结合的镀覆层。工件可以是金属，也可以是非金属。镀覆层主要是金属和合金，最常用的是镍和铜。在化学镀中，溶液内的金属离子不是依靠外接电源提供而是由溶液中还原剂提供所需的电子而还原成相应的金属。与电镀比较，化学镀具有如下优点：不需要外加直流

37、电源设备。镀层致密，孔隙少。不存在电力线分布不均匀的影响，对几何形状复杂的镀件，也能获得厚度均匀的镀层；可在金属、非金属、半导体等各种不同基材上镀覆。化学镀与电镀相比，所用的溶液稳定性较差，且溶液的维护、调整和再生都比较麻烦，材料成本费较高。由于采用的还原剂种类不同，使化学镀所得的镀层性能有显著的差异（5）与电镀相比，试说明化学镀的原理及特点。（8分）（6）说明非金属电镀工艺流程。（7分)8.转化膜形成的基本方式？答：一种是在处理液中不含重金属离子，而使金属表面的金属与阴离子反应生成转化膜；另一种是在处理液与底材金属之间虽然也发生了某种程度的溶解现象，但主要还是依靠处理液本身含有的重金属离子的

38、成膜作用。（2）试简要说明磷化处理有哪些应用？(6分)答：磷化处理的应用有以下几个方面：1. 用于防护处理，2. 提高涂膜与基体的结合力，3.耐磨减摩作用，4.减小加工变形抗力延长模具寿命。5.磷化膜具有电绝缘性，（3）说明铝合金电解着色的工艺过程（包括预处理和终处理）。 (13分)答：铝合金电解着色的工艺过程如下：预处理：脱脂>碱蚀>酸洗出光>硫酸直流阳极氧化处理。表面着色:即金属盐交流电解着色处理：在经过阳极氧化过的工件上通以交流电，金属离子在强的还原和弱的氧化交替作用下被还原析出。膜中沉积的金属胶态粒子对光的反射、吸收、衍射和散射的结果使得工件表面呈现不同色彩。交流电解

39、着色后还必须对微孔进行封孔处理。9.试说明等离子热扩渗与等离子喷涂及等离子镀三种表面处理工艺的区别。（15分）1、谈谈表面覆盖层的种类及表面技术的作用。答：表面覆盖层的种类：电镀，化学镀，热浸镀，热喷涂，真空蒸镀、溅射镀、离子镀,涂装，堆焊和化学气相沉积等。表面技术的应用：1、可以减缓和消除材料和构件表面的变化和损伤2、普通的廉价的材料经表面处理后课获得具有特殊功能的表面。3、可用于节约能源、降低成本、改善环境4、在发展新技术和学术研究中起着不可忽视的作用。2、什么是络合剂？电镀液中络合剂有何作用？络合剂：能络合主盐中的金属离子形成络合物的物质。作用：1细化镀层晶粒，2有较强的阴极极化作用 3

40、络合剂的游离量影响电镀效果。4影响镀层的沉积速度3、对比电镀，谈谈化学镀的优缺点。化学镀优点： 不需电源设备 在金属和非金属上都能进行镀覆 可在形状复杂的零件表面获得镀层均匀的镀层（因为不存在电流分布的问题） 与电镀相比镀层性能好，对环境污染小。镀后零件的硬度和抗磨损力大大提高，且镀层分布均匀，不存在电镀特有的边角效应问题。 与电镀层相比，化学镀层的孔隙率低，密度高，抗腐蚀能力强，并有理想的性价比缺点： 在一些领域仍不能完全取代电镀，技术的真正成熟尚有一段时间。化学镀的缺点是溶液稳定性差，使用温度高，寿命短。4、什么是铝及铝合金的阳极氧化？谈谈铝及铝合金阳极氧化膜在工业上有何应用？答：阳极氧化

41、是指在适当的电解液中，以金属作为阳极，在外加电流作用下，使其表面生成氧化膜的方法。应用：（1）、多孔材料：（2）、耐磨材料：（3）、耐蚀材料：（4）、电绝缘材料：（5）、绝热材料：6、说说薄膜的定义和特征。定义：按照一定的需要，利用特殊的制备技术，在基体表面上形成厚度为亚微米至微米级的膜层。特征：表层呈不连续性,高低不平,薄膜内部有空位、位错等缺陷，并且有杂质的混入。用各种工艺方法，控制一定的工艺参数，可以得到不同结构的薄膜。7、热喷涂有那些特点？1适用范围广。2工艺灵活。 3喷涂层的厚度可调范围大。 4工件受热程度可以控制。8、对比物理气相沉积（PVD），化学气相沉积（CVD）薄膜的内应力低

42、，为什么？物理气相沉淀法是在真空条件下，利用各种物理方法，将镀料气化成原子、分子，或离子化为离子，直接沉淀到基体表面的方法。薄膜生长方式一般为岛状生长，即首先在基体上形核，核继续长大成为岛，当岛在基底上不断长大时，岛会相互联系起来，岛之间会产生相互作用，因此产生的内应力大。化学气相沉淀法是把含有构成薄膜元素的一种或几种化合物、单质气体供给基体，借助气象作用或在基体表面上的化学反应生成要求的薄膜。薄膜生长方式主要是层状生长，生长过程中相互作用小，因此产生的内应力小。9、谈谈表面技术的分类。 按照作用原理，表面技术可以分为以下四种基本类型：（1）原子沉积。（2）颗粒沉积。（3）整体覆盖。（4）表面

43、改性。10、什么是电镀液中的主盐？它的多少对电镀效果有何影响？主盐是指镀液中能在阴极上沉积出所要求镀层金属的盐，用于提供金属离子。若其他条件（温度、电流密度）不变，随着主盐浓度的增大，结晶核心形成的速度就降低，因而镀层的组织也较粗。相反，若主盐浓度过低，导致无法结晶，形成不了镀层。12、什么是钢的发蓝或发黑？写出其化学反应式。钢铁的化学氧化是指钢铁在含有氧化剂的溶液中进行处理，使其表面生成一层均匀的蓝黑到黑色膜层的过程，也称钢铁的发蓝或发黑。根据处理温度的高低，钢铁的化学氧化分为高温化学氧化和常温化学氧化。13、谈谈铬酸盐膜的形成过程。（1）金属表面被氧化并以离子的形式转入溶液，与此同时有氢气

44、析出；（2）所析出的氢促使一定数量的六价还原成三价铬，并由于金属-溶液界面处的pH值升高使三价铬以胶态的氢氧化形式沉淀。（3）氢氧化铬胶体自溶液中吸附和结合一定数量的六价铬，在金属界面构成具有某种组成的铬酸盐膜。15、什么是蒸发镀膜？谈谈蒸发镀膜的基本过程。答：蒸发镀膜是将工件放入真空室，并用一定的方法加热，使镀膜材料（简称膜料）蒸发或升华，飞至工件表面凝聚成膜。基本过程：镀前准备抽真空离子轰击烘烤预热蒸发取件镀后处理检测成品。16、什么是化学气相沉积（CVD）？写出三个化学反应类型及相应的反应方程式（每个反应写出一个方程式）。答：化学气相沉积是借助空间气相化学反应在基材表面上沉积固态薄膜的工

45、艺技术。方程式：（1）热分解：金属化合物SiH4=Si + 2H2(2)氢还原 ：金属卤化物 SiCl4 +2H2 =Si+4HCl(3)金属还原：它是金属卤化物与单质金属发生还原反应 BeCl2 +Zn=Be+ZnCl2习题集二第二章 固体材料的表面特点3.固体表面对固体表面有无吸附性？为什么？答：固体和固体表面之间同样有吸附作用，但两个固体表面必须非常靠近，靠近到表面力作用的范围内（即原子间距范围内）才行。表明其粘附程度的大小用粘附功WAB来表示WAB=A+B-AB固体对固体的吸附也有它的特点：<1>两个不同物质间的粘附功往往超过其中较弱一物质的内聚力。<2>表面的

46、污染会使粘附功大大减小，而这种污染往往是非常迅速的。<3>固体的吸附作用只有当固体断面很小，并且很清洁时才能表现出来。4表面预处理工艺中的一种机械性清理是指借助机械力除去材料表面上的腐蚀产物、油污及其它各种杂物，以获得清洁表面的过程，适用于除锈、脱脂、除型砂、去泥土和表面粗化。第三章 金属腐蚀和磨损基础1.画出金属的典型的阳极极化曲线，它有几个代表性的区域？答：可钝化金属的典型的阳极极化曲线如图所示，在图中开始阶段（AB段），腐蚀速率随氧化能力（电位）的增大逐渐增大，该区称为溶化区；当电位达到一定值（致钝电位ECP）时，腐蚀速率急剧下降，此区（BC段）中金属表面处于不稳定状态；电位

47、升高超过钝化电位EF时，金属处于钝化状态，此时阳极溶解电流IP很小，称为维钝电流，腐蚀速度很小，此区间（CD段）为钝化区间；电位再升高大于过钝化电位ETR时，阳极电流密度又随着电位的增加而增加.在过钝化区间，金属电极上又发生了新的电极反应。3.磨损通常是如何分类的？答：<1>粘着磨损：<2>磨粒磨损：<3>疲劳磨损：<4>腐蚀磨损：<5>微动磨损：<6>冲蚀磨损：<7>气蚀磨损：4.摩擦断裂的机制有哪些？答：摩擦断裂一般情况下有四种机制：<1>粘着点的剪切；<2>显微切削；<3&g

48、t;冲击；<4>疲劳。5.抗磨材料的选择原则是什么？答：选择材料前要首先查清影响产品寿命的基本因素和磨损过程是否始终以同样的磨损机理进行等情况，然后进行选材。确定材料在使用方面是否存在限制；确定负荷限制：确定温度范围：确定PV极限值（P：平均接触应力， V：滑动速度)；确定工件工作循环特性；确定容许的磨损失效形式和机械表面的损伤程度；通过台架和样机试验确定选材。第四章 特种电镀和化学镀1.金属电镀的过程？答：将直流电流的正负极分别用导线连接到渡槽的阴、阳极上，当直流电通过两电极及两极间含金属离子的电解液时，电镀液中的阴、阳离子由于受到电场作用，发生有规则的移动，阴离子移向阳极，阳离

49、子移向阴极，即发生了“电迁移”，除电迁移外，离子的移动还可以通过对流和扩散迁移。当阴，阳离子到达阳，阴极表面时，就会发生氧化还原反应：此时，金属离子在阴极上还原沉积成镀层，而阳极氧化将金属转移为离子。以上就是电镀过程及反应。2.从能量观点分析金属离子的放电位置？答：金属离子在阴极沉积能得到均匀的镀层，但从微观上看，离子在表面上放电的几率是不同的。在晶体平面上放电的活化能最低，棱边、扭结点及空穴的活化能较高，所以，金属离子直接在生长点放电并入晶格中去的几率是比较小的，而是首先在平面上放电形成吸附原子，然后再获取较小的能量经过扩散移动到结点，边棱，台阶或其它不规则的部位，并在这些地方进入金属的晶格

50、。当这些生长结点沿着晶面扩展时，就生成了由微观台阶连接的单原子生长层，并一直生长到它们遇到吸附杂质集合成群以形成多层的生长阶梯和宏观台阶为止。微观台阶可能是原先的螺位错的露头处或其它缺陷处，也可能由杂质造成的二维晶核所形成。4.复合电镀有哪些性能特点？答：与熔渗法，热挤压法，粉末冶金法相比，复合电镀具有明显的优越性：<1>不需要高温即可获得复合镀层： <2>操作简单，成本低：<3>同一基质金属可以方便地镶嵌一种或数种性质各异的固体颗粒，同一种固体颗粒也可以方便地镶嵌到不同的基质金属中。<4>可用廉价的基体材料镀上复合镀层，代替由贵重原材料制造的零

51、部件.5.电刷镀的原理及特点是什么？答：电刷镀也是一种金属电沉积过程，基本原理与电镀相同。但与常规电镀相比，它又具有以下特点：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，能保证满足各种维修性能的要求。沉积速度快，生产效率高，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。但电刷镀也存在劳动强度大，消耗阳极包缠材料等缺点。6.与电镀相比，化学镀有何特点？答：化学镀在表面处理技术中占有重要的地位。化学镀是利用合适的还原剂使溶液中的

52、金属离子有选择地在经催化剂活化的表面上还原析出成金属镀层的一种化学处理方法。在化学镀中，溶液内的金属离子不是依靠外接电源提供而是由溶液中还原剂提供所需的电子而还原成相应的金属。与电镀比较，化学镀具有如下优点：不需要外加直流电源设备。镀层致密，孔隙少。不存在电力线分布不均匀的影响，对几何形状复杂的镀件，也能获得厚度均匀的镀层；可在金属、非金属、半导体等各种不同基材上镀覆。化学镀与电镀相比，所用的溶液稳定性较差，且溶液维护、调整和再生都比较麻烦，材料成本费较高。化学镀工艺在电子工业中有重要的地位。由于采用的还原剂种类不同，使化学镀所得的镀层性能有显著的差异，因此，在选定镀液配方时，要慎重考虑镀液的

53、经济性及所得镀层的特性。第五章 热喷涂技术1.什么是热喷涂工艺，其技术特点是什么？答：热喷涂是用专用设备把某种固体材料熔化并使其雾化,加速喷射到机件表面,形成一特制薄层,以提高机件耐蚀、耐磨、耐高温等性能的一种工艺方法。与其它表面处理技术比较，热喷涂技术具有下述一些突出的特点：取材范围广可用于各种基体:可使机体保持较低温度,基材变形小：工效高:被喷涂物件的大小一般不受限制：涂层厚度容易控制：可赋予普通材料以特殊的表面性能:成本低,9结合力低,孔隙率较高,均匀性差等缺点，3.等离子喷涂的基本原理是什么？其设备主要构成及功用？答：进行等粒子喷涂时，首先在阴极和阳极（喷嘴）之间产生一直流电弧，该电弧

54、把导入的工作气体加热电离成高温等离子体，并从喷嘴喷出，形成等离子焰，等离子焰的温度很高，其中心温度可达30000K，喷嘴出口的温度可达1500020000K。焰流速度在喷嘴出口处可达10002000M/S，但迅衰减。粉末由送粉气送入火焰中被熔化，并由焰流加速得到高于150M/S的速度，喷射到基体材料上形成膜。等离子喷涂设备主要包括：喷枪：电源：送粉器：热交换器：供气系统：控制框：4.超音速火焰喷涂的基本原理是什么？有何特点？答：燃料气体(氢气,丙烷,丙烯或乙炔甲烷-丙烷混合气体等)与助燃剂（O2）以一定的比例导入燃烧室内混合，爆炸式燃烧，因燃烧产生的高温气体以高速通过膨胀管获得超音速。同时通入

55、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，一同射出喷涂于工件上形成涂层。超音速喷涂法具有如下的特点：粉粒温度较低,氧比较轻(这主要是由于粉末颗粒在高温中停留时间短,在空气中暴露时间短的缘故，所以涂层中含氧化物量较低,化学成分和相的组成具有较强的稳定性)，但只适于喷涂金属粉末、CO-WC粉末以及低熔点TIO2陶瓷粉末；粉粒运动速度高。粉粒尺寸小（1053>M）、分布范围窄，否则不能熔化。涂层结合强度、致密度高，无分层现象。涂层表面粗糙度低。喷涂距离可在较大范围内变动，而不影响喷涂质量。可得到比爆炸喷涂更厚的涂层，残余应力也得到改善。喷涂效率高，操作方便。噪音大（大于120DB），需有隔音和防护装置。6.热喷涂工艺选用的基本原则是什么？答：热喷涂工艺选用的基本原则是：若涂层结合力要求不是很高，采用的喷涂材料的熔点不超过250O，可采用设备简单、成本低的火焰喷涂。对涂层性能要求较高的某些比较贵重的机件，应采用等离子喷涂。因为等离子喷涂材料熔点不受限制，热源具有非氧化性，涂层结合强度高，孔隙率低(可低于1)。工程量大的金属喷涂施工最好采用电弧喷涂。要求高结合力、低孔隙度的金属或合金涂层可采用近几年国外研制的气体火焰超音速喷涂。要