现代表面技术(缩减后+红色考卷内容)

1、现代表面技术复习思考题1. 表面处理技术的最早应用是什么？其目的是什么？答：表面处理技术的最早应用是进行钢的淬火，其目的是使钢的表面获得坚硬层。2. 表面处理技术的主要目的是什么？答：（1）提高材料抵御环境作用能力。 （2）赋予材料表面某种功能特性。 （3）实施特定的表面加工来制造构件、零部件和元器件等。3.表面处理技术主要有哪二条途径进行实施？答：（1）施加各种覆盖层。 （2）用机械、物理、化学等方法，改变材料表面的形貌、化学成分、相组成、微观结构、缺陷状态或应力状态，即采用各种表面改性技术。5简述表面处理技术的四种基本类型。答：（1）原子沉积。沉积物以原子、离子、分子和粒子集团等原子尺度的

2、粒子形态在材料表面上形成覆盖层，如电镀、化学镀、物理气相沉积、化学气相沉积等。 （2）颗粒沉积。沉积物以宏观尺度的颗粒形态在材料表面上形成覆盖层，如热喷涂、搪瓷涂敷等。 （3）整体覆盖。它是将涂覆材料于同一时间施加于材料表面，如包箔、贴片、热浸镀、涂刷、堆焊等。 （4）表面改性。用各种物理、化学等方法处理表面，使之组成、结构发生变化，从而改变性能，如表面处理、化学热处理、激光表面处理、电子束表面处理、离子注入等。7.试列举10种常用的表面覆盖技术。答：常用的表面覆盖技术：电镀、电刷镀、化学镀、涂装、粘结、堆焊、熔结、热喷涂、塑料粉末涂敷、电火花涂敷等。8.试列举8种表面改性技术。答：表面改性技

3、术：喷丸强化、表面热处理、化学热处理、等离子扩渗处理（PDT）、激光表面处理、电子束表面处理、高密度太阳能表面处理、离子注入表面改性。13.固体可分为哪两类？材料按其特性可分为哪几类？按作用分为哪几类？答：固体大致分为晶体和非晶体两类。按照材料特性，可将它分为金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料三类。固体材料按所起的作用可分为结构材料和功能材料两大类。14.何谓界面？何谓清洁表面？何谓实际表面？答：界面：两种不同相之间的交界区称为界面。清洁表面：经过诸如离子轰击、高温脱附、超高真空中解理、蒸发薄膜、场效应蒸发、化学反应、分子束外延等特殊处理后，保持在10-6Pa10-9Pa超高真空下外来沾

4、污少到不能用一般表面分析方法探测的表面。实际表面：暴露在未加控制的大气环境中的固体表面，或者经过一定加工处理（如切割、研磨、抛光、清洗等），保持在常温和常压（也可能在低真空或高温）下的表面。15.何谓理想表面结构？何谓TLK模型？答：理想表面结构：理想表面是一种理想的结构完整的二维点阵平面。TLK模型：TLK中的T表示低晶面指数的平台（Terrace），L表示单分子或单原子高度的台阶（Ledge），K表示单分子或单原子尺度的扭折（Kink）。16简述实际表面的三个表征指标。答：（1）表面粗糙度：表面粗糙度是指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特性。（2）贝尔比层和残余应力：在

5、固体材料最外的5nm10nm厚度可能会形成一种非晶态层，称为贝尔比层。贝尔比层具有较高的耐磨性和耐蚀性，但是在其他许多场合，贝尔比层是有害的。残余应力：无论是宏观塑性变形、热膨胀不均匀还是缺陷都会产生宏观或微观的内应力。（3）表面氧化、吸附和沾污：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。18.电镀具有哪几种功能？答：电镀具有防护、装饰等功能。19.电镀液的主要成份及其作用是什么？答：（1）主盐：用于提供金属离子； （2）络合剂：络合主盐中的金属离子形成络合物； （3）附加盐：主要用于提高电镀液的导电性，有些附加盐还能改善镀液的深镀能力、分散能力，产生细致的镀层； （4）缓冲剂：

6、用来稳定溶液酸碱度； （5）阳极活化剂：提高阳极开始钝化的电流密度，从而保证阳极处于活化状态而能正常地溶解； （6）添加剂：改善镀层的性能，在镀层中起到光亮、整平、润湿和抑雾的作用。20.何谓电流效率？其影响如何？答：电流效率就是实际析出物质的质量与理论计算析出物质的质量之比。提高电流效率可以加快沉积速度，节约能源，提高劳动生产率，电流效率有时还会影响镀层的质量。21.何谓电镀液的分散能力？它与哪些因素有关？答：电镀溶液的分散能力是指电镀液所具有的使金属镀层厚度均匀分布的能力，也称均镀能力。它与镀液电阻率、极化率/J、以及阴阳两极间的距离l、阴极形状l有关。阴极形状越简单，阴阳两极间距离越远，

7、镀液导电性越好，阴极极化率越高，越有利于二次电流的均匀分布，即电镀液的分散能力越强。22.何谓电镀液的覆盖能力？答：电镀液的覆盖能力是指电镀液所具有的使镀件的深凹处沉积上金属镀层的能力，亦称深镀能力。23.何谓电极电位？何谓电极极化？简述电极极化的主要原因。答：由金属与该金属盐溶液界面之间产生的电位差叫该金属的电极电位。所谓极化就是指有电流通过电极时，电极电位偏离平衡电极电位的现象。产生极化作用的原因主要是电化学极化和浓差极化。电化学极化：由于阴极上电化学反应速度小于外电源供给电子的速度，从而使电极电位向负的方向移动而引起的极化作用，称为电化学极化（阴极极化）。浓差极化：由于邻近电极表面液层的

8、浓度与溶液主体的浓度发生差异而产生的极化称浓差极化。25.简述影响电镀质量的几方面因素。答：（1）pH值得影响：镀液中的pH值可以影响氢的放电电位，碱性夹杂物的沉淀，还可以影响络合物或水化物的组成以及添加剂的吸附程度。 （2）添加剂的影响：镀液中的光亮剂、整平剂、润湿剂等添加剂能明显改善镀层组织。 （3）电流密度的影响：任何电镀液都必须有一个能产生正常镀层的电流密度范围。当电流密度过低时，阴极极化作用较小，镀层结晶粗大，甚至没有镀层。随着电流密度的增加，阴极极化作用随着增加，镀层晶粒越来越细。当电流密度过高，超过极限电流密度时，镀层质量开始恶化，甚至出现海绵体、枝晶状、“烧焦”及发黑等。 （4

9、）电流波形的影响：电流波形的影响是通过阴极电位和电流密度的变化来影响阴极沉积过程的，它进而影响镀层的组织结构，甚至成分，使镀层性能和外观发生变化。 （5）温度的影响：镀液温度的升高能使扩散加快，降低浓差极化。 （6）搅拌的影响：搅拌可降低阴极极化，使晶粒变粗，但可提高电流密度，从而提高生产率。此外，搅拌还可增强整平剂的效果。27.金属共沉积的条件是什么？答：两种金属离子共沉积除具备单金属离子电沉积的条件外，还必须具备下面两个条件。第一， 两种金属中至少有一种金属能从其他盐的水溶液中沉积出来。第二， 两种金属的析出电位要十分接近，如果相差太大的话，电位较正的金属将优先沉积，甚至完全排斥电位较负金

10、属析出。29.相比槽镀而言，电刷镀的优缺点及其主要应用方面是什么？答：与槽镀（即常规电镀）相比，电刷镀具有以下优点：（1）设备简单，携带方便，不须要大的渡槽设备。（2）工艺简单，操作方便，凡镀笔能接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。（3）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。（4）沉积速度快，但须采用高电流密度进行操作。电刷镀的缺点是劳动强度大，消耗镀液较多，消耗阳极包缠材料。电刷镀主要用于以下几个方面：（1）修复因机器磨损、腐蚀、加工等原因造成的零件的表面缺陷（凹坑、蚀斑、孔洞和划伤等）、零件表面尺寸和零件形状与位置精度的超

11、差。（2）对零件材料表面进行强化处理，用以提高零件表面的硬度、耐磨性、减摩性、抗氧化能力等。（3）对零件材料表面进行改性处理，改性内容包括导电能力、导磁能力、热性能、光性能、防护性能、耐蚀性能、钎焊性能等。（4）与其它表面技术复合对零件材料表面进行处理。30.何谓化学镀？与电镀相比，化学镀的优缺点是什么？答：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。与电镀相比，化学镀具有其自身特点。不管零件形状如何复杂，其镀层厚度都很均匀；镀层外观良好，晶粒细，无孔，耐蚀性更好；无需电解设备及附件；能在非金属（塑料、玻璃、陶瓷等）

12、以及半导体上沉积。化学镀的缺点是溶液稳定性差，使用温度高，寿命短。31.运用化学反应式表述化学镀镍的二种机理。答：（1）原子氢态理论：H2PO2 + H2O HPO3 +2H + H+Ni2+ + 2H Ni + 2H+H2PO2 + H H2O + OH + P3P + Ni NiP32H H2（1） 电化学理论：阳极反应 H2PO2 + H2O H2PO3 + 2H+ + 2e 阴极反应 Ni2+ + 2e Ni H2PO2 + e 2OH + P 2H H2金属化反应 3P + Ni NiP333.运用化学反应式表述化学镀铜的二种机理。答：（1）原子氢态理论：HCHO + OH HCOO

13、 + 2HHCHO + OH HCOO + H2Cu2+ + 2H + 2OH Cu + 2H2O电化学理论：阳极反应：HCHO + OH HCOO + H2 + 2e 阴极反应：Cu2+ + 2e Cu35.何谓金属的化学处理？其机理是什么？如何表述其成膜反应？化学转化膜有几种类型？主要适用于哪几种金属？答：金属的化学处理法是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。化学成膜处理的机理是金属与特定的腐蚀液接触而在一定条件下发生化学反应，由于浓差极化作用和阴极极化作用等，使金属表面生成一层附着力良好的，能保护金属不易受水和其他腐蚀介质影响的化合物膜。成膜的典型反应：mM +

14、nAZ MmAn + nze化学转化膜有氧化物膜、磷酸盐膜、铬酸盐膜三种类型。主要适用于铁、铝、锌、铜、镁及其合金。36.何谓钢铁的“发蓝”或“发黑”？结合化学反应式，简述钢铁高温化学氧化的二种机理。答：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”。钢铁高温氧化的机理：（1）化学反应机理。钢铁表面在热碱溶液和氧化剂（亚硝酸钠等）的作用下生成亚铁酸钠 3Fe + NaNO2 + 5NaOH = 3Na2FeO2 + H2O + NH3亚铁酸钠进一步与溶液中的氧化剂反应生成铁酸钠 6Na2FeO2 + NaNO2 +

15、5H2O = 3Na2Fe2O4 + 7NaOH + NH3铁酸钠（Na2FeO4）与亚铁酸钠（Na2FeO2）相互作用生成磁性氧化铁 Na2Fe2O4 + Na2FeO2 + 2H2O = Fe3O4 + 4 NaOH（2）电化学反应机理。钢铁浸入电解质溶液后即在表面形成无数的微电池，在微阳极区发生铁的溶解 Fe Fe2+ + 2e在强碱性介质中有氧化剂存在的条件下，二价铁离子转化为三价铁的氢氧化物 6Fe2+ + NO2 + 11OH 6FeOOH + H2O + NH3与此同时，在微阴极上氢氧化物被还原 FeOOH + e HFeO2相互作用，并脱水生成磁性氧化铁。 2FeOOH + H

16、FeO2 Fe3O4 + OH + H2O37.钢铁高温化学氧化的关键是什么？简述其工艺的具体影响因素。答：适当控制四氧化三铁的生成速度是钢铁化学氧化的关键。影响因素：（1）氢氧化钠。提高氢氧化钠的质量浓度，氧化膜的厚度稍有增加，但容易出现疏松或多孔的缺陷，甚至产生红色挂灰；质量浓度过低时，氧化膜较薄，产生花斑，防护能力差。（2）氧化剂。提高氧化剂的质量浓度，可以加快氧化速度，膜层致密、牢固。氧化剂的质量浓度时，得到的氧化膜厚而疏松。（3）温度。提高溶液温度，生成的氧化膜层薄，且易生成红色挂灰，导致氧化膜的质量降低。（4）铁离子含量。氧化溶液中必须含有一定的铁离子才能使膜层致密，结合牢固。铁离

17、子浓度过高，氧化速度降低，钢铁表面易出现红色挂灰。对铁离子含量过高的氧化溶液，可用稀释沉淀的方法，将以Na2Fe2O4及Na2FeO2形式存在的铁变成Fe(OH)3的沉淀去除。然后加热浓缩此溶液，待沸点升至工艺范围，便可使用。（5）钢铁含碳量。钢铁中含碳量增加，组织中的Fe3C增多，即阴极表面增加，阳极铁的溶解过程加剧，促使氧化膜生成的速度加快，故在同样温度下氧化，高碳钢所得到的氧化膜一定比低碳钢的薄。38.钢铁常温化学氧化的特点是什么？结合化学反应式，简述钢铁常温化学氧化的二种机理。答：与高温发黑相比，常温发黑具有节能、高效、操作简便、成本较低、环境污染小等优点。钢铁常温发黑机理：（1）当钢

18、件浸入发黑液中时，钢铁件表面的Fe置换了溶液中的Cu2+，铜覆盖在工件表面 CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu覆盖在工件表面的金属铜进一步与亚硒酸反应，生成黑色的硒化铜表面膜。3Cu + 3H2SeO3 = 2CuSeO3 + CuSe + 3H2O（2）除上述机理外，钢铁表面还可以与亚硒酸发生氧化还原反应，生成的Se2+与溶液中的Cu2+结合生成CuSe黑色膜。H2SeO3 + 3Fe + 4H+ = 3Fe2+ + Se2 + 3H2OCu2+ + Se2 = CuSe39.影响钢铁常温化学氧化质量的关键是什么？简述其工艺的具体影响因素。答：常温发黑液主要由成膜剂、pH缓冲剂、

19、络合剂、表面湿润剂等组成。这些物质的正确选用和适当的配比是保证常温发黑质量的关键。影响因素：（1）成膜剂。在常温发黑液中，最主要的成膜物质是铜盐和亚硒酸，它们最终在钢铁表面生成黑色CuSe膜。在含磷发黑液中，磷酸盐亦可参与生成磷化膜，可称为辅助成膜剂。辅助成膜剂的存在往往可以改善发黑膜的耐蚀性和附着力等性能。（2）pH缓冲剂。常温发黑一般将pH控制在23的范围之内。若pH过低，则反应速度太快，膜层疏松，附着力和耐蚀性下降。若pH过高，反应速度缓慢，膜层太薄，且溶液稳定性下降，易产生沉淀。在发黑处理过程中，随着反应的进行，溶液中的H+不断消耗，pH将升高。加入缓冲剂的目的就是维持发黑液的pH在使

20、用过程中的稳定性。（3）络合剂。常温发黑液中的络合剂主要用来络合溶液的Fe2+和Cu2+，但对这两种离子络合的目的是不同的。若在发黑液中添加如柠檬酸、抗坏血酸等络合剂时，他们会与Fe2+生成稳定的络合物，避免了Fe2+的氧化，起到了稳定溶液的作用。Cu2+是主要成膜物质，加入柠檬酸、酒石酸盐、对苯二酚等能与Cu2+形成络合物的物质可以有效地降低Cu2+的浓度，使成膜时间延长至10min左右。（4）表面润湿剂。表面润湿剂的加入可降低发黑溶液的表面张力，使液体容易在钢铁表面润湿和铺展，这样才能保证得到均匀一致的表面膜。40.何谓阳极氧化？简述铝及其合金的氧化膜的性质和用途。答：阳极氧化是指在适当的

21、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。下面所述的是铝及其合金的氧化膜的性质和用途。（1）氧化膜结构的多孔性。氧化膜具有多孔的蜂窝状结构，膜层的空隙率决定于电解液的类型和氧化的工艺条件。氧化膜的多孔结构，可使膜层对各种有机物、树脂、地蜡、无机物、染料及油漆等表现出良好的吸附能力，可作为涂镀层的底层，也可将氧化膜染成各种不同的颜色，提高金属的装饰效果。（2）氧化膜的耐磨性。铝氧化膜具有很高的硬度，可以提高金属表面的耐磨性。当膜层吸附润滑剂后，能进一步提高其耐磨性。（3）氧化膜的耐蚀性。铝氧化膜在大气中很稳定，因此具有较好的耐蚀性，其耐蚀能力与膜层厚度、组成、空隙率、

22、基本材料的成分以及结构的完整性有关。为提高膜的耐蚀能力，阳极氧化后的膜层通常再进行封闭或喷漆处理。（4）氧化膜的电绝缘性。阳极氧化膜具有很高的绝缘电阻和击穿电压，可以用作电解电容器的电解质层或电器制品的绝缘层。（5）氧化膜的绝热性。铝氧化膜是一种良好的绝缘层，其稳定性可达1500，因此在瞬间高温下工作的零件，由于氧化膜的存在，可防止铝的融化。（6）氧化膜的结合力。阳极氧化膜与基体金属的结合力很强，很难用机械方法将他们分离，即使膜层随基体弯曲直至破裂，膜层与基体金属仍保持良好的结合。43.何谓金属的磷化处理？磷化膜具有哪些性能和作用？主要应用于哪些场合？有何特点？答：把金属放入含有锰、铁、锌的磷

23、酸盐溶液中进行化学处理，使金属表面生成一层难溶于水的磷酸盐保护膜的方法，叫做金属的磷酸盐处理，简述磷化。磷化膜层为微孔结构，与基体结合牢固，具有良好的吸附性、润滑性、耐蚀性、不粘附熔融金属（Sn、Al、Zn）性及较高的点绝缘性等。磷化膜主要用作涂料的底层、金属冷加工时的润滑层、金属表面保护层以及用做电机硅钢片的绝缘处理、压铸模具的防粘处理等。磷化处理所需设备简单，操作方便，成本低，生产效率高，被广泛应用于汽车、船舶、航空航天、机械制造及家电等工业生产中。44.结合反应式，简述钢铁磷化膜的二种形成机理。钢铁磷化膜有哪些组成和结构？其工艺影响因素有哪些？答：磷化膜的形成机理：（1）磷化处理是在含有

24、锰、铁、锌的磷酸二氢盐与磷酸组成的溶液中进行的。金属的磷酸二氢盐可用通式M(H2PO4)2表示。在磷化过程中发生如下反应：M(H2PO4)2 MHPO4 + H3PO43MHPO4 M3(PO4)2 + H3PO4或者以离子反应方程式表示：4M2+ + 3H2PO4 MHPO4 + M3(PO4)2 + 5H+（2）在微电池的阴极上，发生氢离子的还原反应，有氢气析出：2H+ + 2e = H2阳极反应：Fe 2e = Fe2+ Fe2+ + 2H2PO4 = Fe(H2PO4)2 Fe(H2PO4)2 = FeHPO4 + H3PO4 3 FeHPO4 = Fe(PO4)2 + H3PO4磷化

25、膜的组成和结构：（1）磷酸铁膜。用碱金属磷酸二氢盐为主要成分的磷化液处理钢材表面时，得到的非晶质膜是磷酸铁膜。外观呈灰色、青色乃至黄色。（2）磷酸锌膜。采用以磷酸和磷酸二氢锌为主要成分，并含有重金属与氧化剂的磷化液处理钢材时，形成的膜由两种物相组成：磷酸锌和磷酸锌铁Zn2Fe(PO4)2·4H2O。锌系磷化膜呈浅灰色至深灰结晶状。（3）磷酸锰膜。用磷酸锰为主的主的磷化液处理钢材时，得到的膜层几乎完全由磷酸锰Mn(PO4)2·3H2O和磷酸氢锰铁2MnHPO4·FeHPO4·2.5H2O组成。用碱液脱脂后进行磷化时，磷化膜的结构呈板状。影响磷化的因素：（1

26、）游离酸度；（2）总算度；（3）金属离子的影响；（4）P2O5的影响；（5）NO3、NO2和F的影响；（6）杂质的影响；（7）温度的影响；（8）基体金属的影响；（9）预处理的影响。45.何谓金属的钝化？钝化膜的性能特点有哪些？其成膜步骤是什么？答：把金属或金属镀层放入含有某些添加剂的铬酸或铬酸盐溶液中，通过化学或电化学的方法使金属表面生成由三价铬和六价铬组成的铬酸盐膜的方法，叫做金属的铬酸盐处理，也称钝化。铬酸盐膜与基体结合力强，结构比较紧密，具有良好的化学稳定性，耐蚀性好，对基体金属有较好的保护作用。一般认为铬酸盐膜的形成过程大致分为以下三个步骤：（1）金属表面被氧化并以离子的形式转入溶液，

27、与此同时有氢气析出；（2）所析出的氢促使一定数量的六价铬还原成三价铬，并由于金属溶液界面处的pH值升高，使三价铬以胶体的氢氧化铬行使沉淀。（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。47.何谓涂装？涂料的主要组成有哪几部分？各个组成的功能是什么？涂料按成膜干燥机理可分为哪几类？答：用有机涂料通过一定方法涂覆于材料或制件表面，形成涂膜的全部工艺过程，称为涂装。涂料主要由膜物质、颜料、溶剂和助剂四部分组成。（1）成膜物质：它们是在涂料组成中能形成涂膜的主要物质，是决定涂料性能的主要因素。它们在储存期间相当稳定，而涂覆于制件表面后在规定条件下固化成膜。

28、（2）颜料：颜料能使涂膜呈现颜色和遮盖力，还可增强涂膜的耐老化性和耐磨性以及增强膜的防蚀、防污等能力。（3）溶剂：溶剂使涂料保持溶解状态，调整涂料的粘度，以符合施工要求，同时可使涂膜具有均衡的挥发速度，以达到涂膜的平整和光泽，还可消除涂膜的针孔、刷痕等缺陷。（4）助剂：助剂在涂料中用量虽小，但对涂料的储存性。施工性以及对所形成涂膜的物理性质有明显的作用。根据成膜干燥机理分类：（1）溶剂挥发类；（2）固化干燥类：气干型涂料；烘烤型涂料；两罐装涂料；辐射固化涂料。48.列举五种粘结理论。粘涂前为何要进行表面处理？答：粘结有许多理论，如浸润理论、溶解度参数理论、机械理论、吸附理论、扩散理论、静电理论

29、、化学键理论、投锚理论等。粘涂前进行表面处理有两个目的：一是除去不利于粘结的各种污垢；二是改变被粘物的物理化学性质，以利粘结。50.何谓热喷涂？其有何特点？热喷涂层的形成原理是什么？其性能检验可分为哪几个方面？答：热喷涂技术是采用气体、液体燃料或电弧、等离子弧、激光等作热源，使金属、合金、金属陶瓷、氧化物、碳化物、塑料以及它们的复合材料等喷涂材料加热到熔融或半熔融状态，通过高速气流使其雾化，然后喷射、沉积到经过预处理的工件表面，从而形成附着牢固的表面层的加工方法。采用热喷涂技术不仅能使零件表面获得各种不同的性能，如耐磨、耐热、耐腐蚀、抗氧化和润滑等性能，而且在许多材料（金属、合金、陶瓷、水泥、

30、塑料、石膏、木材等）表面上都能进行喷涂。喷涂工艺灵活，喷涂层厚度达0.5mm5mm，而且对基体材料的组织和性能的影响很小。形成原理：喷涂时，首先是喷涂材料被加热达到熔化或半熔化状态；紧接着是熔滴雾化阶段；然后是被气流或热源射流推动向前喷射的飞行阶段；最后以一定的动能冲击基体表面，产生强烈碰撞展平成扁平状涂层并瞬间凝固。在凝固冷却的0.1s中，此扁平状涂层继续受环境和热气流影响。每隔0.1s第二层薄膜形成，通过已形成的薄片向基体或涂层进行热传导，逐渐形成层状结构的涂层。其性能检验可分为：（1）热喷涂涂层性能的一般检验；（2）涂层与基体表面的结合强度试验；（3）涂层自身粘结强度试验；（4）涂层孔隙

31、率的测定；（5）涂层耐蚀性能试验。55.何谓热浸镀？它适用于哪些基体材料？有哪些镀层材料？镀层材料应满足什么条件？答：热浸镀简称热镀，是将工件浸在熔融的液态金属中，在工件表面发生一系列物理和化学反应，取出冷却后表面形成所需的金属镀层。热浸镀用钢、铸铁、铜作为基体材料，其中以钢最为常用。镀层金属的熔点必须低于基体金属，而且通常要低得多。常用的镀层金属是低熔点金属及其合金，如锡、锌、铝、铅、AlSn、AlSi、PbSn等。57.何谓搪瓷涂敷？它有哪些特点和作用？其瓷釉的主要组成有哪些？答：搪瓷是将玻璃质瓷釉涂敷在金属基体表面，经过高温烧结，瓷釉与金属之间发生物理化学反应而牢固结合，在整体上有金属的

32、力学强度，表面有玻璃的耐蚀、耐热、耐磨、易洁和装饰等特性的一种涂层材料。它主要用于钢、铸铁、铝制品等表面，应用广泛。一般瓷釉主要由四类氧化物组成：（1）RO2型，如SiO2、TiO2、ZrO2等；（2）R2O3型，如B2O3、Al2O3等；（3）RO型，如BaO、CaO、ZnO等；（4）R2O型，如Na2O、K2O、Li2O等。此外还有R3O4等类型。60.何谓表面改性？它有哪些具体方法？答：表面改性是指采用某种工艺手段使材料表面获得与其基体材料的组织结构、性能不同的一种技术。具体方法：金属表面形变强化、表面热处理、金属表面化学热处理、等离子体表面处理、激光表面处理、电子束表面处理、高密度太阳

33、能表面处理、离子注入表面改性。61.何谓表面形变强化？其硬化层会产生哪些变化？有哪些作用和实施法？答：表面形变强化是通过机械手段（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。在此形变硬化层中产生两种变化：一是在组织结构上，亚晶粒极大地细化，位错密度增大；二是形成了高的宏观残余压应力。作用：这种表面形貌和表层组织结构产生的变化，有效地提高了金属表面强度、耐应力腐蚀性能和疲劳强度。实施法：常用的金属表面形变强化方法主要有滚压、内挤压和喷丸等工艺，而尤以喷丸强化应用最为广泛。62.何谓表面热处理？其目的是什么？请列举5种表面热处理工

34、艺。答：表面热处理是指仅对零部件表层加热、冷却，从而改变表层组织和性能而不改变成分的一种工艺。如果表面的温度超过相变点以上达到奥氏体状态时，随后的快冷可获得马氏体组织，而心部仍保留原组织状态，从而得到硬化的表面层，即通过表面层的相变达到强化工件表面的目的。表面热处理工艺包括：感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、接触电阻加热表面淬火、浴炉加热表面淬火、电解液加热表面淬火、高密度能量的表面淬火及表面保护热处理等。63.何谓金属表面化学热处理？其基本工艺是什么？目的是什么？可渗合的主要元素有哪些？答：金属表面化学热处理是利用元素扩散性能，使合金元素渗入金属表面的一种热处理工艺。其基本工艺过程是：首先

35、将工件置于含有渗入元素的活性介质中加热到一定温度，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）并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。金属表面化学热处理的目的：（1）提高金属表面的强度、硬度和耐磨性；（2）提高材料疲劳强度；（3）使金属表面具有良好的抗粘着、抗咬合的能力和降低摩擦系数；（4）提高金属表面的耐蚀性。可渗合的主要元素：B、C、N、W、Mo、Ta、V、Nb、Cr、Si、S等。64.何谓等离子体？它对表面处理有什么应用？低温如何获得等离子体？答：等

36、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。应用：离子渗氮、离子渗碳、离子碳氮共渗、离子渗金属。低温产生等离子体的主要方法是利用气体放电。68.何谓离子注入表面改性？它能提高材料的哪些性能？可用于哪些领域？答：离子注入是将所需物质的离子在电场中加速后高速轰击工件表面使之注入工件表面一定深度的真空处理工艺，也属于PVD范围。离子注入已在表面非晶化、表面冶金、表面改性和离子与材料表面相互作用等方面取得了可喜的研究成果。特别是在工件表面合金化方面取得了突出的进展。用离子注入方法可获得高度过饱和固溶体、亚稳定相、非晶态和平衡合金等不同组织结构形式，大大改

37、善了工件的使用性能。目前，离子注入在微电子技术、生物工程、宇航、医疗等高技术领域获得了比较广泛的应用，尤其是在工具和模具制造工业的应用效果突出。69.何谓气相沉积技术？它可分为哪几类？答：气相沉积技术是利用气相之间的反应，在各种材料或制品表面沉积单层或多层薄膜，从而使材料或制品获得所需的各种优异性能。它可分为物理气相沉积和化学气相沉积。70.何谓真空蒸镀？它可用哪几种方式实施？答：真空蒸镀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。真空蒸镀的方式：（1）电阻加热蒸发方式；（2）电子束蒸发方式；（3）高频加热方式；（4）激光加热方式。71.何谓

38、溅射？它有哪些应用？溅射镀膜有哪些主要特点？答：用几十电子伏或更高动能的荷能粒子轰击材料表面，使其原子获得足够的能量而溅出进入气相，这种溅出的、复杂的粒子散射过程称为溅射。它可以用来刻蚀、成分分析（二次粒子质谱）和镀膜等。主要特点：（1）溅射镀膜是依靠动量交换作用使固体材料的原子、分子进入气相，溅射出的粒子平均能量约为10eV，高于真空蒸发粒子的100倍左右，沉积在基底表面上之后，尚有足够的动能在基底表面上迁移，因而膜层质量较好，与基底结合牢固。（2）任何材料都能溅射镀膜，材料溅射特性差别不如其蒸发特性的差别大，即使高熔点材料也易进行溅射，对于合金、化合物材料易制成与靶材组分比例相同的薄膜，因而溅射镀膜应用非常广泛。（3）溅射粒子在飞行到基底前往往已与真空室内的气体分子发生过碰撞，其运动方向随机偏离原来的方向，而且溅射一般是从较大靶表面积中射出的，因而比真空蒸镀容易得到均匀厚度的膜层，对于具有沟槽、台阶等镀件，能将阴极效应造成膜厚差别减小到可忽略的程度。但是，较高压力下溅射会使薄膜中含有较多的气体分子。（4）溅射镀膜除