材料表面工程复习资料难点.docx

表面材料科学 12.27日周二考试 8:0010:00四教报一名词解释：40分（4分*10个）简答：20分（5分*4个）问答：40分（10分*4个）名词解释1、物理气相沉积：在真空条件下，采用各种物理化学方法将固态的镀料转化为原子、分子、或离子态的气相物质后再沉积于基体表面，从而形成固体薄膜的一类薄膜的制备方法。包括：真空蒸镀、溅射镀膜、离子镀膜。2、电化学腐蚀：是指金属或合金接触到电解质溶液发生原电池反应，比较活泼的金属被氧化而有电流伴生的腐蚀叫做电化学腐蚀。3、钝化:热力学不稳定的金属或合金由于阳极过程受阻而引起的金属腐蚀速率下降的现象。4、电镀：利用电解作用，使具有导电性能的工作表面作为阴极与电解质溶液接触，通过外电流的作用，在工件表面沉积与基体牢固结合的镀覆层。5、化学镀：在没有外电流通过的前提下，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。6、热喷涂：将金属、合金、金属陶瓷材料加热到熔融或部分熔融，以高的动能使其雾化成微粒并喷至工件表面，形成牢固的涂覆层7、真空蒸镀：将工件放入真空室，并用一定的方法加热镀膜材料，使其蒸发或升华，飞至工件表面凝聚成膜。8、溅射镀：将工件放入真空室，并用正离子轰击作为阴极的靶，使靶材中的原子、分子逸出，飞至工件表面凝聚成膜。9、离子镀：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，在离子轰击工件的同时，把蒸发物或其反应产物沉积在工件表面成膜。10、化学气相沉积：将工件放入密封室，加热到一定温度，同时通入反应气体，利用室内气相化学反应在工件表面沉积成膜。11、化学转化膜：化学转化膜的实质是金属处在特定的条件下人为控制的腐蚀产物，即金属与特定的腐蚀液接触并在一定条件下发生化学反应，形成能保护金属不易受水和其它腐蚀介质影响的膜层。12、喷丸强化：在受喷材料表面的再结晶温度下进行的一种冷加工方法，加工过程由弹丸以很高速度撞击受喷工件表面而完成。13、表面热处理：指仅对工件表层进行热处理，以改变其组织和性能的工艺。14、化学热处理：将金属或合金工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。15、表面重构：在平行基底的表面上，原子位置作了较大幅度的调整，这种表面结构称重构。16、磨损：在一工作表面的物质，由于表面相对运动而不断损失的现象。17、热喷涂：使用某种方式的热源，使喷涂材料加热至熔融或半熔融状态，用高压气流将其雾化，并以一定速度喷射到经过预处理的零件表面，从而形成涂层的表面加工技术。18、光刻加工：利用光将设计图形借助掩膜版刻蚀在材料表面的工艺过程。19、激光熔覆：把合金粉末经激光熔化成熔覆层的主体合金，熔覆层与基体金属有一薄层熔化，界面为冶金结合。简答1、电位-PH图的应用1）预测反应的自发方向，从热力学上判断金属腐蚀趋势。2）估计腐蚀产物的成分。3）预测减缓和防止腐蚀的环境因素，选择控制腐蚀的途径。2、表面淬火热处理与化学热处理的区别1）表面淬火只改变表面层的组织，而成分不变。2）化学热处理不仅改变表面层组织，而且改变表层成分。3）化学热处理比表面淬火获得更高的硬度、耐磨性和疲劳强度。3、车轴为什么进行表面热处理，改变哪些性能？（表面热处理和性能关系）表面热处理：仅对零件加热冷却，从而改变表层组织和性能，而不改变成分的一种工艺，通过表面层的相变达到强化工件表面的目的。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)是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。4、电化学腐蚀/化学腐蚀反应方程式1）电化学腐蚀：电化学腐蚀是指金属或合金接触到电解质溶液发生原电池反应，比较活泼的金属被氧化而有电流伴生的腐蚀。析氢：阴：Me=Men+ne 吸氧：阴：Me=Men+ne 阳：n H+ne=n/2 H2 阳：n/2H2O+n/4O2+ne= nOH 总：Me+n H+=Men+n/2H2 总：Me+n/2H2O+n/4O2=Men+nOH2）化学腐蚀是干燥气体或非电解质液体与金属间发生化学作用时出现的，例如钢铁的高温氧化，银在碘蒸汽中的变化等。 n A+mB=A nBm (A：金属；B:SO2，Cl2，O2等)问答：1. 常用的显微镜及功能特点：序号名称英文名称分辨率功能1光学显微镜OM0.2um材料显微组织2扫描电子显微镜SEM2nm材料显微结构，表面形貌，配EPMA可分析微区成分3透射电子显微镜TEM0.2nm原子尺寸的微结构，晶体排列和位向关系。配EPMA或ELLS可分析微区成分4扫描隧道显微镜STM0.1nm表面形貌，表面电子结构5原子力显微镜AFM0.1nm表面形貌或者考，常用成分或微结构分析谱仪及功能特点序号分析谱仪名称英文名入射粒子出射粒子功能1俄歇电子能谱AES电子电子除H，He以外的所有元素的成分分析2电子探针X射线显微分析EPMA电子光子微区成分分析，常与扫描电镜或透射电镜配合使用3X射线光电子谱XPS光子电子表面成分和表面电子结构分析4二次离子质谱SIMS离子离子表面和深度成分分析5X射线衍射XRD光子光子材料的物相和晶体结构分析2、化学腐蚀与电化学腐蚀的区别： 腐蚀按照其机理可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀是干燥气体或非电解质液体与金属间发生化学作用时出现的，化学腐蚀没有电子转移，具有氧化还原反应。电化学腐蚀是腐蚀电池作用的结果。在电解质溶液中，同一金属表面各部分的电位不同或者两种以上金属接触，可构成腐蚀电池，从而造成电化学腐蚀，电化学腐蚀必定是一个有电子得失的氧化还原反应。3、表面淬火（表面热处理）方式有哪些？其工作原理是什么？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、高能束表面淬火及表面保护热处理等。（1）感应加热表面淬火是利用电磁感应的原理，使零件在应变磁场中切割磁力线，在表面产生感应电流，又根据交流电集肤效应，以涡流形式将零件表面快速加热，而后急冷的淬火方法。（2）火焰加热表面淬火是应用氧乙炔或其它可燃气体对零件表面加热，随后淬火冷却的工艺。具有设备简单、操作灵活、适用钢种广泛、零件表面清洁、一般无氧化和脱碳、畸变小等优点。（3）接触电阻加热表面淬火是利用触头（铜滚轮或碳棒）与工件间的接触电阻热使工件表面加热，并依靠自身热传导来实现冷却淬火。（4）将工件浸入高温盐浴（或金属浴）中，短时加热，使表面达到规定淬火温度，然后激冷的方法称为浴炉加热表面淬火。（5）电解液加热表面淬火原理如图所示：（6）高能术表面淬火包括激光、电子束、等离子体和电火花等表面淬火，其原理和应用分别参见激光、电子束、等离子体和电火花等表面处理。（7）表面光亮热处理是指在热处理过程中（主要是淬火和退火），采用气体保护或者是真空状态，避免或减少被热处理的工作表面与氧气接触而发生氧化，从而达到工作表面的光亮或相对光亮。4、高能束表面处理的方法及其工作原理？ （1）激光表面处理（2）电子束表面处理（3）高密度太阳能表面处理（1）激光表面处理工艺包括激光相变硬化、激光熔覆、激光合金化、激光非晶化、和激光冲击硬化等。激光表面处理的目的是改变表面层的成分和显微结构，从而提高表面性能，以适应基体材料的需要。（2）电子束表面处理原理：高速运动的电子具有波的性质，当高速电子束照射到金属表面时。电子能深入金属表面一定深度，与基体金属的原子核及电子发生下相互作用。电子与原子核的碰撞可看作为弹性碰撞，因此能量传递主要是通过电子束的电子与金属表层电子碰撞而完成的。所传递的能量立即以热能形式传与金属表层原子，从而使被处理金属的表层温度迅速升高。（3）太阳能表面处理是利用聚集的高密度太阳能对零件表面进行