表面工程期末复习及实验

会计学1表面工程期末复习及实验6.主要的着色方法包括：自然显色法、吸附着色法和电解着色法。与吸附着色法相比，采用电解着色法着色后比较稳定，这与金属着色体的沉积部位有关，因为电解着色法的金属发色体沉积在多孔层下部。第1页/共17页非金属材料不能进行电镀，因为非金属材料不导电；热喷涂层典型的结构特征为：大小不一的扁平颗粒、未熔化的球形颗粒、夹杂和孔隙。因为有孔隙的存在，因此，热喷涂层往往要进行封孔处理；液体的表面自由能和表面张力在数学上是相等的，而固体则不一样，因为固体的原子几乎不可移动，其表面不像液体那样易于伸缩或变形，拉伸或压缩固体表面时，仅仅能改变其表面原子的间距，而不能改变表面原子的数目；脉冲激光沉积（PLD）存在两个问题：（1）由于激光与靶材是“点接触”，因此如果在薄膜沉积过程中，靶材或者光束静止不动，则获得的薄膜厚度分布不均匀；（2）脉冲激光过程中很难避免较大尺寸（微米级别）液滴的产生，使膜层的均匀性变差。钢铁的化学氧化俗称发蓝处理，其目的是通过化学氧化在钢铁表面形成一层Fe3O4，起一定的防护作用。第2页/共17页固体表面的吸附作用，是由于物体表面的原子或分子力场不饱和引起的，可分为物理吸附和化学吸附，其中物理吸附是不可逆的，化学吸附是可逆的。莱宾杰尔效应的本质，是金属对活性介质的吸附，使表面原子的不饱和键得到补偿，表面能降低，改变了表面原子间的相互作用，使金属的表面强度降低。莱宾杰尔效应是不可逆的。流体润滑摩擦中，对磨表面完全被油膜隔开，靠油膜的压力平衡外载荷。在流体润滑中，摩擦力决定于润滑油的内摩擦系数（粘度）。流体润滑摩擦具有最小的摩擦系数，从节能、延长使用寿命和减少磨损的观点考虑，都是最理想的条件。P20在热喷涂工艺中，涂层与基体的结合主要是冶金结合，其次是机械结合或称抛锚作用，这决定了热喷涂涂层与基体的结合强度相当高；对铁基体表面镀铜，可以同时起到机械防护作用和电化学防护作用。另外，在渗碳工艺中，同镀层也可以用来保护不需要渗碳的部位；第3页/共17页一、铬酸盐膜的形成过程？铬酸盐钝化膜为什么具有自修复功能？金属与六价铬之间的氧化-还原反应，金属表面溶解，金属离子进入溶液，六价铬被还原成三价；上述反应消耗了氢，金属表面pH值升高，使凝胶状的Cr(OH)3等在表面沉积，形成钝化膜；上述凝胶状沉淀物吸附其它成分，如六价铬、水、金属离子等，构成成分复杂的铬酸盐钝化膜。铬酸盐膜的形成过程如下：

钝化膜是无定形的膜，主要由不溶性的三价铬化合物和可溶性的六价铬化合物两部分组成。不溶性部分具有足够的强度和稳定性，形成莫的骨架，可溶性部分填充在骨架内部，当钝化膜收到轻度损伤时，露出的基体与膜中的可溶性部分相互作用，使膜自动修复。所以说，铬酸盐钝化膜具有自修复功能，这是铬酸盐钝化膜耐蚀性特别好的根本原因。第4页/共17页

阳极氧化的电极反应如下：

硫酸对金属铝和氧化膜的溶解作用为：电化学过程产生的氧并与铝作用生成Al2O3化学过程，生成的Al2O3膜被电解溶液溶解成多孔层◆没有电化学过程，氧化铝薄膜就不能生成；◆没有溶解过程，没有孔隙出现，氧化铝膜层不能导电，电化学过程不能继续；◆氧化膜的生长速度必须>

溶解速度；二、铝阳极氧化膜的形成原理与过程？第5页/共17页定量分析氧化膜的生长过程（1）AB段，数秒钟的时间，电压急剧上升。铝表面形成连续、无孔的氧化铝膜。无孔膜电阻大，阻碍反应进行，膜层厚度的增加主要依赖于外加电压的高低。（2）BC段，电压上升达到的最大值B主要取决于电解液的性质和温度，溶解作用越大，电压峰值就越低。电压达到一定数值后，膜层局部被溶解或被击穿，产生孔隙，氧化膜电阻下降，电压随之下降（大约10％~15％）。（3）CD段，电压下降到C点后趋于平稳，阻挡层厚度不再变化，氧化膜Al2O3•H2O的生成和溶解速度在一个基本恒定的比值下进行，膜层孔穴的底部向金属内部移动，随着时间的延长，孔穴加深变成孔隙，孔隙间膜层加厚，成为孔壁，孔壁与电解液接触部分不仅溶解，而且被水化成为Al2O3•H2O，氧化膜变成导电的多孔结构，可达100um甚至更高。当膜的化学溶解速率＝膜的生成速率时，膜层达到极限厚度。第6页/共17页三、莱宾杰尔效应？其显著特征是什么？

由于环境介质的影响，及表面自由能减少导致材料的强度、塑性、耐磨性降低的现象，即莱宾杰尔效应。环境介质的影响有很明显的化学特征；1表面活性熔融物的作用十分迅速；3只要很少量的表面活性物质就可以产生莱氏效应；2表面活性物的作用是可逆的；4莱氏效应的产生需要拉应力与活性物质同时起作用；5第7页/共17页

依靠直流电场引起放电，阳极兼作蒸发源，基片放在阴极板上。真空室中在真空度为1e-3～1e-4Pa情况下，充入氩气使真空度达到1e-2～1Pa范围。在基片和蒸发源之间加上数百至数千的直流电压，引起氩气的电离，形成低压气体放电的等离子区。处于负高压的基片被等离子体包围，不断遭到氩离子的高速轰击而溅射清洗并活化。然后接通交流电，使蒸发源中的膜料加热蒸发，蒸发出的粒子通过辉光放电的等离子区时部分被电离成正离子，通过电场与扩散作用，高速打在基片表面。此外，大部分仍处于激发态的中性蒸发粒子，在惯性作用下到达基片表面，堆积成薄膜。在成膜的同时，氩离子继续轰击基片，使膜层表面适中处于清洁与活化状态，利于膜的继续沉积和生长。1.离子镀膜的基本原理四、离子镀膜的基本原理？特点？第8页/共17页

因为除了原子、分子外，还有部分能量可达几百、甚至上千电子伏特的离子一起参与成膜，这些离子可以打入基材内约几个纳米的深度，大大提高膜层与基材间的结合力。（1）膜层与基材结合力高；（2）均镀能力强；惰性气体原子在放电时撞击蒸气镀膜离子，使之分散，提高其均镀能力。（3）基体材料与镀膜材料可以广泛搭配。基材可以是金属、陶瓷、玻璃、塑料等；镀膜材料也可以是金属和各类陶瓷材料。离子镀膜是真空蒸发和溅射相结合的一种工艺。2.离子镀膜的特点第9页/共17页五、给出Young方程，并指出润湿角θ的变化对润湿现象的影响？铺展指的是一种什么现象？第10页/共17页◆当SL/S>0时候，液体在固体表面自动铺开或者说润湿角已经不存在了。铺展是润湿的最高标准。◆当SL/S<0时候，液体在固体表面不铺展，负值越大表示越难铺展。▲固体界面粗糙度为i时，（2-9）修正为：上式表明，粗糙表面的铺展系数远大于光滑表面。铺展系数第11页/共17页1.简单了解表面预处理有哪些工艺，如何除脂；2.阳极氧化膜（AAO）的着色；3.极化；4.电镀与电铸的基本概念。5.复合电镀的概念；6.合金电镀；7.热喷涂、热喷焊与堆焊的区别与联系；8.磨损有哪些类型？了解其基本特点？9.润滑油为什么能减小摩擦的？第12页/共17页实验类型：设计型要求：根据《表面工程学》所学的内容，按照后面的实验要求，设计可行的实验方案。不一定要求写出所有工序的具体工艺参数。盼各位同学尽快完成交过来，以便考试完后能尽快登成绩。（考试成绩包含实验成绩）祝各位学习进步！第13页/共17页实验（一）金属表面氧化实验（时间：2012.3.30，S1409）p30一、实验目的了解金属氧化物的生长规律；掌握抗氧化能力与金属氧化动力学之间的关系。二、实验方案实验材料、设备；实验方法、内容（理论）；三、分析讨论第14页/共17页实验（二）单金属电镀（铁基镀锌）（时间：2012.4.1，G2302）P130～131一、实验目的了解电镀工艺过程；掌握电镀原理。二、实验方案实验材料、设备；实验方法、内容（理论）；三、分析讨论第15页/共17页实验（三）薄膜制备及形貌