2015-2016现代表面工程复习参考题及答案

简述热喷涂原理及其工艺特点。 原理：采用各种热源将粉状或丝状固体材料加热到熔融或半熔融状态，通过高速气流使其 雾化，然后高速喷射、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。 特点：涂层材料取材范围广可用于各种基体可使基体保持较低温度、基材变形小 工艺灵活工效高、操作程序少、速度快涂层厚度可调范围大可得到特殊的表面性能 成本低、经济效益显著 缺点： 结合强度低；材料利用率低；热效率低；均匀性差；孔隙率高。 什么是腐蚀电池？简述腐蚀电池的工作原理。 概念：金属材料在电解质溶液中发生的腐蚀属于电化学腐蚀，这种腐蚀是通过在金属暴露 表面上形成的原电池进行的，这种原电池叫做腐蚀电池。 工作原理：蚀电池的阳极上是金属的氧化反应，导致金属的破坏；腐蚀电池的阴极上发生 某些物质的还原反应。 简述析氢腐蚀和吸氧腐蚀的原理。 析氢腐蚀是指还原氢原子成氢气的腐蚀，常见的是牺牲锌阳极腐蚀 Zn+H2O=ZnO+H2 吸氧腐蚀就是和氧原子结合产生的氧化腐蚀，常见的是铁的电化腐蚀 4Fe+3O2=2Fe2O3 简述微观腐蚀电池的概念。列举四种微观腐蚀电池。 金属表面的电化学不均匀性，在金属表面出现许多微小的电极，从而构成各种微观电池， 简称为微电池。 四种：1表面化学成分的不均匀性引起的微电池 2金属组织不均匀性构成的微电池 3金属物理状态的不均匀性引起的微电池 4金属表面膜不完整引起的微电池 简述全面腐蚀的特点。 全面腐蚀特点： 腐蚀作用发生在整个金属表面，以同一腐蚀速率向金属内部蔓延，均匀或不均匀都有可能， 危险相对较小，可以事先预测，设计时可以根据机器、设备要求的使用寿命估算腐蚀速度。 在材料表面进行金属溶解反应和去极剂物质还原反应的地区，即阳极区和阴极区尺寸非常 微小，甚至是超显微级的，并且彼此紧密接近。 腐蚀过程通常在整个金属表面上以均匀的速度进行，最终使金属变薄至某一极限值而破坏。 从工程技术上说，这类腐蚀形态并不危险，因为只要根据试件浸入所处介质的试验，就能 准确地估计设备的寿命，还可以用增加壁厚的办法延长设备的使用年限。 6、喷涂过程经历哪四个阶段？常用热喷涂技术是哪五种？请说明热喷涂工艺中涂层与基体 之间的结合机理。 喷涂过程：喷涂材料的加热熔化熔滴的雾化粒子的飞行粒子的喷涂 常用热喷涂技术：1、丝材火焰喷涂 2、粉末火焰喷涂 3、爆炸喷涂 4、超音速火焰喷涂 5、 电弧喷涂 6、等离子喷涂 7、激光喷涂 涂层与基体之间的结合机理：（1）机械结合 （2 ）扩散结合（ 3）物理结合（4）冶金结合 简述电刷镀技术工作原理。 电刷镀也是一种金属电沉积的过程,基本原理同电镀。下图是其工作过程的示意图。直流电 源的正极通过导线与镀笔相联，负极通过导线和工件相联，当电流方向由镀笔流向工件时 为正向电流，正向电流接通时发生电沉积；电流方向从工件流向镀笔时为反向电流，反向 电流接通时工件表面发生溶解。 简述电镀的概念和基本原理。电镀过程分哪几个步骤？ 电镀是一种用电化学方法在镀件表面上沉积所需形态的金属覆层工艺。 电镀原理：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，形成镀层. 电镀过程：1传质步骤 2前置化学步骤 3电荷转移步骤 4结晶步骤 9、表面工程技术发展的主要三个阶段是什么，其各自特点是？ 第一阶段，单一表面工程阶段，对材料表面的改性效果有限。第二阶段被称为复合表面工 程阶段，复合表面工程技术不是两种技术简单叠加，而是以最佳协同效应为目标，进行合 理的镀层设计。第三阶段，纳米表面工程是指充分利用纳米材料的特殊性能，提升改善传 统表面工程的功能和手段，进一步改变材料表面的形态、成分、结构等，从而赋予表面全 新功能的系统工程。 简述电刷镀技术的特点。 （1 ）镀层结合强度高，在钛、铝、铜、铬、高合金钢和石墨上也具有很好的结合强度。 （2 ）设备简单、工艺灵活、操作方便，可以在现场作业。 （3 ）可以进行槽镀困难或实现不了的局部电镀。例如对某些重量重、体积大的零件实行局 部电镀。 （4 ）生产效率高。刷镀的速度是一般槽镀的 1015 倍；辅助时间少；且可节约能源，是 槽镀耗电量的几十分之一。 （5 ）操作安全，对环境污染小。刷镀的溶液不含氰化物和剧毒药品，可循环使用，耗量小， 不会因大量废液排放而造成污染。 11、简述气相沉积的概念，常用的气象沉积法有哪几种？ 气相沉积是利用气相中发生的物理、化学过程，改变工件表面成分，在表面形成具有特殊 性能的金属或化合物涂层。 种类：化学气相沉积、物理气相沉积和等离子体气相沉积。 简述磁控溅射机理，溅射成膜有何特点？ 磁控溅射就是以磁场束缚和延长电子的运动路径，改变电子的运动方向，提高工作气体的 电离率和有效利用电子的能量。 特点：（1）任何物质均可溅射，尤其是高熔点、低蒸气压元素和化合物（2 ）可保证薄膜 化学成分和靶材相同（3）溅射膜与基板之间的附着性好（4 ）溅射膜密度高，针孔少，纯 度高（5）膜厚可控性和重复性好，可大面积镀膜 溅射镀膜原理，及其影响溅射率的因素。 荷能粒子轰击固体表面（靶）,使固体原子（或分子）从表面射出。溅射镀是在真空下通过 辉光放电来电离氩气，氩离子在电场作用下加速轰击阴极，溅射下来的粒子沉积到工件表 面成膜的方法。 影响溅射率的因素：气压、温度、靶材功率、气体流量、磁场强度等。 什么是金属的钝化？金属钝化的成相膜理论是如何解释该现象的？ 金属在特定环境中获得的耐蚀性的现象被称为金属的钝化。 成相膜理论：金属的钝态是由于金属和介质作用时在金属表面上生成一种非常薄且致密的 覆盖性良好的保护膜，它能够把金属与腐蚀介质机械地隔离，从而使金属的溶解速度得以 降低，使金属表面由活化状态转变为钝化状态。 简述干摩擦、边界摩擦、液体摩擦和混合摩擦的概念及其特点？ （1 ）干摩擦：两零件表面直接接触后，因为微观局部压力高而形成许多冷焊点，运动时被 剪切。不允许出现干摩擦。 （2）边界摩擦：运动副表面有一层厚度 1 m 的薄油膜，不足 以将两金属表面完全分开，其表面部分微观高峰部分仍将相互搓削。比干摩擦的磨损轻。 （3 ）液体摩擦：有一层压力油膜将两金属表面隔开，彼此不直接接触。是理想的摩擦状态。 摩擦和磨损极轻。 （4）混合摩擦是指摩擦表面间处于边界摩擦和流体摩擦的混合状态。混 合摩擦能有效降低摩擦阻力，其摩擦系数比边界摩擦时要小得多。 16、分别叙述磨粒磨损和粘着磨损的机理？ 磨粒磨损机理：（1）微观切削：法向载荷将磨料压入摩擦表面，而滑动时的摩擦力通过磨 料的犁沟作用使表面剪切、犁皱和切削，产生槽状磨痕。 （2 ）挤压剥落：磨粒在载荷作用下压入摩擦表面而产生压痕，将塑性材料的表面挤压出层 状或鳞片状的剥落脆性碎屑。 （3 ）疲劳破坏：摩擦表面在磨料产生的循环接触应力作用下，使表面材料因疲劳而剥落。 粘着磨损机理：当摩擦接触峰点出现高温时（时间很短） ，润滑油膜、吸附膜或其他表面膜 发生破裂，使接触峰点产生粘着，随后在滑动中粘着结点破坏。这种粘着、破坏、在粘着 的交替过程就构成粘着磨损。 简述四种不同状态的滑动摩擦？ 即 15 题的干摩擦、边界摩擦、液体摩擦和混合摩擦 简述化学镀原理，与电镀相比化学镀有哪些特点？ 原理：被镀件浸入镀液中，化学还原剂在溶液中提供电子使金属离子还原沉积在镀件表面。 特点： 镀覆过程不需外电源驱动； 均镀能力好，形状复杂，有内孔、内腔的镀件均可获得均匀的镀层； 孔隙率低； 镀液通过维护、调整可反复使用，但使用周期是有限的； 可在金属、非金属以及有机物上沉积镀层。 19、喷焊与喷涂的主要区别是什么？ 主要区别：1.与基体金属的结合形成不同 2.喷涂材料不同 3.工件受热情况不同 4.涂层的致 密性不同 5.承受载荷的能力不同 常用的表面