《表面工程学》复习资料

《表面工程学》复习资料表面工程技术殊的成分，结构和性能的化学，物理方法。表面工程技术分类（1）表面改性技术2）表面微细加工技术3）加工三维成型技术（4）表面合成新材料技术。表面：一般将固相和气相之间的分界面称为表面。界面：把固相之间的分界面称为界面典型的固相表面（）（2）洁净表面与清洁表面（3）工表面（4）一般表面。典型固体界面（1)基于固相晶粒尺寸和微（5nm1~100nm为塑性流变层（2）基于固相组织或晶体结构差异形成的界面（3）基于固相宏面、外延生长界面、化学键结合界面、分子键结合界面、机械结合界面。吸附对材料力学性能的影响——莱宾杰效应性降低的现象，称为莱宾杰尔效应。特征（1）环境介质的影响有很明显的化学特征。(2)只要很少的表面活性（3）表面活性熔融物的作用十分迅速（4）表面（5)作用。本质表面能降低，改变表面原子间的相互作用，使金属表面的强度降低。实际意义（1）此效应提高金属加工效率（2）应注意避免因此效应所造成的材料早期破坏。磨粒磨损（1）度的影响材料力学性能与微观组织的影响工况和环境条件的影响。粘着磨损：摩擦面相对滑动时，固相焊合点撕裂，断裂导致材料迁移。提高耐磨性的途径（1）2）零件磨损机理预测，分析和耐磨材料的选择（3）材料表面耐磨与减磨处理①使表面具有良好的力学性能，如高硬度，高韧度。②设法降低材料表面的摩擦系数。电化学腐蚀：指金属在导电的液态介质中因电化学作用导致的腐蚀，在V=M’/(xDV=M/ρ钝化表面反应速度急剧降低的现象。两种理论（（覆盖良好的保护膜（2（面钝化，只要金属的部分表面上形成氧原子吸附层，就可以产生钝化）表面的化学活性，造成钝化活化：钝化的相反过程，消除金属表面的钝化状态：金属表面净化、增加金属表面的化学活性区。化学脱脂：利用碱与油脂类起化学反应来去除材料表面的油污（便、脱脂能力强，安全可靠、易实现自动化）化学浸蚀浸蚀彻底，劳动强度低，操作方便，易于实现机械化，自动化生产）化学浸蚀的一般工艺工程：脱脂-冷水洗（2）-化学浸蚀-水洗-中和-水洗表面淬火技术Ac3Ac1M（AC3(AC3~AC1)，心部组织（原始组织，小于AC1。性能：表面淬火层硬度比普通淬火工艺的高2~5HRC，淬火后工件耐磨性更好。此外，表面（液相淬火法当激光束移开后由于基材内部导热冷却而使熔化层表面快速冷却并凝固结晶的表面处理工艺工件横截面沿深度方向的组织依次为：熔凝层、相变硬化层、热影响区、基材热渗透（1）渗入元素必须能够与基体金（2）欲渗元素与基材之间必须有直接接触。被渗元素在基体金属中要有一定得渗入速度。17渗透层形成机理（1）渗剂元素原AlAlAl入原子向内扩散，形成固溶体或化合物。③合金层表面包络一层纯金属。等离子体热渗透形成热扩渗层的工艺过程。原理：在辉光放电时，电离出来的正离子，在电场作热喷涂的技术特点（1）可在各种基体上制备各种材质的涂层2）基体温度低（3）操作灵活（4）涂层厚度范围宽。影响因素：设备，材料，工艺，人员，称之为4M因素。等离子喷涂与喷焊之间的区别（1）等离子喷涂时，等离子弧建立在喷移弧的联合弧1-1.4常用喷涂材料（1）（2）一般采用粉末形式复合材料。②通过增强相增强涂层性能的复合材料。电镀溶液的基本组成（1（2）能与析出的金属离子形成铬盐的成分提高镀液导电性的盐类PH（5）有利于阳极溶解的助溶阴离子（6）影响金属离子在阴极上析出的成分—添加剂转化膜及着色成稳定的化合物膜层而不改变金属外观的技术。P：磷化膜由金属表面与稀磷酸及磷酸盐溶液接触而形成的。铬酸盐钝化膜：钝化膜式无定形膜，主要由不溶性的三价铬化合物和可发蓝：钢铁的化学氧化俗称蓝处理，膜的成分为Fe3O4面状态，材料的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。铝阳极氧化物膜的组成与结构：多孔膜为细胞状结构，其形状在膜的形能是都很重要。Keller着色：铝和铝合金容易生成阳极氧化膜，阳极氧化膜是最理想的着色载（二次电解法或浅田法）30.用酸中和形成盐，能电离成阳离子聚合物而增溶分散于水中。电泳涂装工人劳动强度低，生产效率高。PVD,CVD定义：在真空条件下，以各种物理方法产生的原子或分子沉积在基材上，形成薄膜或涂层的过程称为PVDCVD:学反应生成希望的薄膜。溅射：用高能粒子轰击固体表面，通过能量传送，使固体的院子或分子1）（2）靶材原子产生原位振动，并波及周围原子使靶材温度升高（3）靶离子镀膜（1）膜层与基层结合力高（2）均镀能力强（3）CVD制备薄膜的主要参数（1）温度（）反应物供给配比（3）压力外延：外延是一种单晶薄膜的技术，若外延层与衬底材料在结构和性质液相外延，分子束外延。高能束一个共同特点，就是通过特定装置可以聚焦到很小甚至非常细微的尺寸激光器：二氧化碳激光器，YAGYAG由工作物质，泵浦源，聚光腔，光学谐振腔，冷却滤光及激光电源组成。特点:结构紧凑，重量轻，使用简便可靠，维修要求低。准分子激光器：指在激发态能离子注入：定义：是将从离子源中引出的低能离子束加速成具有几万到（1固熔强化效应晶粒细化效应晶格损伤效应弥散强化效应（5)晶格变换效应压应力效应。PIII二、简答题1、表面工程技术的内涵(分类)；表面改性技术、表面合成材料技术、表面加工技术、表面加工三维合成技术2、表面工程技术的特点与意义；表面工程技术具有一般整体材料加工技术不具备的优点。此，可以制备表面性能与基材性能相差很大的复合材料。采用表面涂(镀)、表面合金化技术取代整体合金化，使普通、廉价的材件的耐磨性和耐蚀性，提高劳动生产率，降低生产成本。可以兼有装饰和防护功能，有力推动了产品的更新换代。成电路、光导纤维和集成光路、太阳能薄膜电池等元器件的基础技术。（生长型制造法合金化难以做到的特殊性能合金等。3、表面工程技术中结合界面的类型及其结合强度的特点；原子级别的混合或合金化。形成的单晶层与衬底的结合键类型，如分子键、共价键、离子键或金属键等。生粘连、氧化、腐蚀等化学作用也会产生化学键结合界面。学作用。结合强度较低。机械结合界面特点：结合强度不高，但可起辅助作用。4表面的吸咐的种类及特点；固体表面的吸附可分为物理吸附和化学吸附两类。Young方程：5、写出YoungYoung方程：Young方程反映了润湿角的大小与三相界面张力之间的定量关系：5、表面粗糙度的两种常用表达方式；6、最常见的磨损种类；如何通过表面技术提高耐磨性？磨损分为七类： 粘着磨损 磨粒磨损 疲劳磨损 腐磨损 （最基本的） 微动磨损 冲蚀(包括气蚀)磨损 高温磨损提高零件耐磨性的途径：工程结构的合理设计材料表面耐磨与减摩处理7、腐蚀按材料腐蚀原理可分为哪两类？ 化学腐蚀、电化学腐蚀8、金属腐蚀的主要形式；金属材料腐蚀控制及防护方法；4．加入缓蚀剂9、表面预处理的作用及主要工序；作用清除材料表面杂质露出材料(金属)本色使并使其处于化状态，获得“清洁表面”甚至“洁净表面，以提高表面覆层的质量以及覆层与基材的结合强度。 表面预处理工序主要包括脱脂除锈和获取定程度粗糙度的表面等几部分。10、形成热扩渗层的基本条件；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。2)欲渗元与基材之间必须有直接接触。 3)被渗元素在基体金属中要有一定的渗入速度。4)(对靠化学反应提供活性原子的热扩渗工艺)该反应必须满足热力学条件。(产生活性原子；反应平衡常数>1%。)11、热扩渗层的形成机理；产生渗剂元素的活性原子并提供给基体金属表面。（常用方法。扩散，使扩渗层增厚，即扩渗层成长过程(简称扩散过程)。扩散的机理：间隙式扩散、置换式扩散和空位式扩散机理。12、常用的热浸渗方法及其应用；热浸渗工艺种类：溶剂法(湿法和干法)、氧化还原法(森吉米尔法)。两种方法是按脱脂除锈、表面保洁方式来分类的。以保持工件的基体韧性，又可以提高表面的抗氧化和耐腐蚀能力的方法。热浸锌层的耐腐蚀性能：保护膜保护，阴极保护作用。13、等离子体热扩渗的基本特点；特（与普通气体热扩渗技术相比： (1)表面活性高热扩渗速度快； (2)热扩渗层组织容易控制；(3)可去除氧化膜和钝化膜能进行有效热扩渗； (4)易实现工艺过的自动控制。14、常用的热喷涂工艺方法及其基本特点；火焰喷涂工艺(优点)设备投资少，无电力要求，操作容易，沉积效率高等(缺点)涂层氧含量较高，孔隙较多，焰流温度较低，涂层种类较少，涂层结合强度偏低，涂层质量不高。电弧喷涂工艺(优点)涂层密度及结合强度较高，喷涂速度和沉积效率高，运行费用较低。(缺点)只能用于具有导电性能的金属线材。等离子喷涂工艺(优点)焰流温度高喷涂材料适应面广特别适合喷涂高熔点材料涂层度及 结合强度高。(缺点)热效率低、沉积效率较低，设备相对复杂、价格较贵，喷涂成本高。15、电镀层的基本条件；1）与基体金属结合牢固，附着力好； 2）镀层完整，结晶致，孔隙少； 3）镀层厚度分布均匀。16、镀层按其性能特点可分为哪三类？防护性镀层：在大气或其它环境下，可延缓基体金属发生腐蚀的镀层。防护装饰性镀层：在大气环境中，既可减缓基体金属的腐蚀，又起到装饰作用的镀层。 (3)功能性镀层：能明显改善基体金属的某些特性的镀层，包括耐磨镀层，导电镀层，导磁镀层，钎焊性镀层，其它功能性镀(吸热镀层、反光镀层、防渗镀层、抗氧化镀层、耐酸镀层等)17、常见的电镀方式及其特点；1）挂镀间而变化，槽电压低，镀液温升慢，带出量小，镀件的均匀性好；（劳动生产率低，设备和辅助用具维修量大。2）滚镀流效率低，槽电压高，槽液温升快，镀液带出量大。其使用范围较小。3）刷镀(优点)不需要电镀槽，具有设备简单、工艺灵便、沉积速度快、镀层与基体材料的结合力好、镀后不需要机加工、对环境污染小、节水省电等。(缺点)不适于面积大、尺寸大的零件修复，也不能用于大批量镀件的产。 4）连续电镀特点：生产效率高、工艺要求高。18、电镀的工艺过程；镀前处理：抛（打磨脱脂除锈活化等 电镀3）镀后处理：钝化、浸膜19、常用单金属电镀层的基本特点及主要用途；镀锌锌镀层为阳极性镀层，表层形成致密氧化物薄膜。白铁：镀锌铁，可用作日常用品如箱子，水管等的材料。镀铜铜镀层为阴极性镀层。应用：电力、电子、仿古用品、其它镀层的底层或中间层。镀镍镍镀层为阴极性镀层（镍极易钝化） （Fe2＋：-0.44V）镀铬铬镀层为阴极性镀层，硬度高，极易钝化（Cr2O3性镀铬、功能性镀铬。镀锡金属，质软，熔点低，钎焊性好。马口铁：镀锡铁，可用作食品罐头的包装材料。镀银镀银层为阴极性镀层。银镀层有功能性和装饰性两方面的用途。镀金镀金层为阴极性镀层。金镀层具有极好的耐蚀性、导电性和抗高温性。21、化学镀的原理与特点；化学镀是一个在催化条件下发生的氧化一还原反应过程。(有别于普通化沉积) 优点：镀层致密，孔隙少、硬度高，具有极好的化学和物理能； 可镀制形状复杂的工件，且镀层厚度均匀；可镀基材广泛(对非金属等材料需经过适当的预处理)； 设备简单(不需要外加直流电源)。 缺点：可镀制的金属(合金体系)有限； 镀液昂贵，稳定性差镀制成本高。22、复合镀层的种类及应用；弥散沉积法沉积共析法埋置沉积法－纤维强化复合镀复合镀的主要用途：提高镀层的耐蚀性、耐磨性、润滑性，改进表面外观和提高其它功能特性。23、非金属电镀的基本工艺(前处理)流程；不同的非金属材料在电镀前的前处理步骤基本相同：粗化、脱脂、敏化、活化和化学镀等。1）粗化方法：机械粗化：提高结合力的程度有限；化学粗化：能大幅度提高结合力。氧化、溶胀2）脱脂处理：ABS塑料用无水乙醇、丙酮等。3）敏化：将已经过粗化、脱脂等处理的非金属制品浸入一定浓度的易被氧化的化合物溶液中，使其表面吸附一些还原剂的过程。4）活化：将敏化处理后的制品浸入含有氧化剂的溶液中，使其表面形成胶体状微粒沉积层的过程。5）还原处理：用一定浓度的化学镀时所用的还原剂溶液将制品表面残留的催渗剂还原干净，以免影响后面的化学镀溶液的过程。24、转化膜的主要用途；表面装饰性、表面特殊性能。用于防护和装饰转(2)力(3)耐磨减摩(4)适用于冷成形加工(5)电绝缘性25、阳极氧化的工艺流程；预处理P164：脱脂、碱蚀的生长速率（膜厚。阳极氧化膜的封闭氧化膜多孔，活性高，吸附性很强(着色)，容易果。26、真空在薄膜技术中的作用；减少杂质 2）减少散射 3）有利于蒸发等进行27、在蒸发镀膜中，为什么必须精确控制蒸发源的温度？28PVDCVDCVD片的表面；反应气体在基片表面发生化学反应；反应产生的气相副产物被排掉，产生的固体物质沉积下来成为不蒸发的固体膜。29、简述CVD的沉积条件；在沉积温度下，反应物必须有足够高的蒸气压；反应产物除薄膜为固态外，其他的必须是挥发性的；气压也必须足够低。30CVD膜材广泛：金属、非金属、合金等µm/min