表面工程复习题(2014)

1、表面工程复习题(2014) “材料表面工程”复习题 一、名词解释 表面工程技术：为满足特定的工程需求，使材料或零部件表面具有特殊的成分、结构和性能(或功能)的化学、物理方法与工艺。 表面扩散：表面上原子（分子）的迁移现象 表面能 增大液体表面积所需的功（表面物理中，表面能应该指材料表面的内能，它包括原子的动能、原子间的势能以及原子中原子核和电子的动能和势能） 吸附作用 物理表面上的原子或分子力场不饱和，有吸引周围其他物质（主要是气体、液体）分子的能力 磨损 相对运动的物质摩擦过程中不断产生损失或残余变形的现象。 腐蚀 腐蚀就是材料与环境介质作用而引起的恶化变质或破坏。 极化 腐蚀电池工作时，阴

2、、阳极之间有电流通过，使阴、阳极之间的电位差(实际电极电位)比初始(开路时)电位差要小得多的现象。 钝化 (定义)由于金属表面状态的改变引起金属表面活性的突然变化，使表面反应速度急剧降低的现象。(阳极反应受阻的现象) 表面淬火 用特定热源将钢铁材料表面快速加热到ac3(对亚共析钢)或者ac1(对过共析钢)之上(奥氏体化)，然后使其快速冷却并发生马氏体相变，形成表面强化层的工艺过程。(fe-fe3c相图) 喷丸强化 利用高速喷射的细小弹丸在室温下撞击受喷工件的表面，使表层材料在再结晶温度之下产生弹、塑性变形，并呈现较大的残余压应力，从而提高工件表面强度、疲劳强度和抗应力腐蚀能力的表面工程技术。

3、(喷丸强化技术) 热扩渗 将工件放在特殊介质中加热，使介质中某一种或几种元素渗入工件表面，形成合金层(或掺杂层)的工艺。(化学热处理技术) 热喷涂 采用各种热源使涂层材料加热熔化或半熔化，然后用高速气体使涂层材料分散细化并高速撞击到基体表面形成涂层的工艺过程。 热喷焊 采用热源使涂层材料在基体表面重新熔化或部分熔化，实现涂层与基体之间、涂层内颗粒之间的冶金结合，消除孔隙的表面处理技术。(喷焊) 堆焊 在零件表面熔敷上一层耐磨、耐蚀、耐热等具有特殊性能合金层的技术。 电镀 在含有欲镀金属的盐类溶液中，在直流电的作用下，以被镀基体金属为阴极，以欲镀金属或其它惰性导体为阳极，通过电解作用，在基体表面

4、上获得结合牢固的金属膜的表面工程技术。 化学镀 指在无外加电流的状态下，借助合适的还原剂，使镀液中的金属离子还原成金属，并沉积到零件表面的一种镀覆方法。又称为无电解镀、无电源电镀等。 转化膜技术 通过化学或电化学方法，使金属表面形成稳定的化合物膜层而不改变其金属外观(形状及几何尺寸)的一类技术。 阳极氧化 电化学氧化习惯称为阳极氧化？ 物理气相沉积 气相原子或分子的形成过程主要为物理过程。 真空蒸发镀膜 在真空室内，加热蒸发容器中待形成薄膜的原材料，使其原子或分子从表面气化逸出，形成蒸气流，入射到固体（基片/基板/衬底、工件）表面，凝结形成固态薄膜的方法。 溅射镀膜 利用高能离子冲击靶材，从其

5、表面溅射出离子并沉积在工件表面上形成薄膜的方法。 离子镀膜 在真空条件下，靠直流电场引起放电，阳极兼作蒸发源，基片放在阴极上，在气体离子和蒸发物质的轰击下，将蒸发物质或其反应物镀在基片上。 化学气相沉积 化学气相沉积 cvd ( chemical vapor deposition）是一种化学气相生长法，把含有成膜元素的一种或几种化合物的单质气体供给基片，利用加热、等离子体、紫外光乃至激光等能源，在基片表面发生气相化学反应生成薄膜。(不是与基片反应) 二、简答题 1、表面工程l 表面薄膜技术和表面微细加工技术具有微细加工功能，是制作大规模集成电路、光导纤维和集成光路、太阳能薄膜电池等元器件的基础

6、技术。 二维的表面处理技术已发展成为三维零件制造技术（生长型制造法），不仅大幅度降低了零部件的制造成本，亦使设计与生产速度成倍提高。 式(2-7) 式(2-8) 表面工程技术已成为制备新材料的重要方法，可以在材料表面制备整体合金化难以做到的特殊性能合金等。 1n2、表面粗糙度的两种常用表达方式及含义：1.廓的算术平均偏差ra：ra?yi式中， ni?1yi为波峰或波谷的绝对值，n为测量的波峰或波谷的个数。 2.真实面积与投影面积之比 i ： i a i /a l 式中： a i为真实面积， a l 为的投影面积（理想的几何学面积) 3、tlk模型的基本思想；当温度在0k以上时，由于原子的热运动

7、，晶体表面将产生低晶面指数的平台、一定密度的单分子或原子高度的台阶、单分子或原子尺度的扭折，以及表面吸附的单原子及表面空位等。 ?s-g?s-l?l-gcos?4、写出young方程，并用图示法说明“润湿”与“不润湿”；图见 cos?（?s-g-?s-l）/?l?g书15页 5、最常见的磨损种类；粘着磨损、磨粒磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损 6、腐蚀按材料腐蚀原理可分为哪两类？化学腐蚀：不导电介质中发生，腐蚀过程中无电流 产生。 电化学腐蚀：导电介质中发生，腐蚀过程中有电流产生。 7、金属材料腐蚀控制及防护方法；1.产品合理设计与正确选材 腐蚀及其控制是一个贯穿产品设计、试制、生产、使用和维护等各个

8、环节的重要问题。 2.电化学保护 阴极保护、阳极保护 阴极保护法：用电化学方法使被保护工件在工作条件下的电位移至平衡可逆电位以下，从而停止腐蚀的方法。 阴极保护法实现途径： (1)以被保护工件为阴极，施以外加电流； (2)以工件为阴极，以电位更负的金属与工件相连、成为原电池的阳极(牺牲阳极)。 阳极保护法：使腐蚀件的电位正移，使表面形成稳定的钝态而受到保护。 阳极保护法实现途径： (1)施加外电流，被保护工件为阳极； (2)在被保护的工件或合金中加入可钝化的元素，使表面形成稳定的钝化膜。 3表面覆层及表面处理 阳极性金属覆层 阴极性金属及非金属涂层 复合方法： cu-ni-cr 表面产生压应力

9、 4加入缓蚀剂 缓蚀剂是通过添加特殊的活性物质吸附到金属表面，使其表面钝化，从而达到减缓抑制腐蚀过程的目的。 8、产生极化的机理；电化学极化：电极上的电化学反应速度小于电子运动速度。 浓差极化：溶液中的物质扩散速度小于电化学反应速度。 能斯特方程：?平?0? rtlna zf 电阻极化：在电极表面生成了具有保护作用的氧化膜、钝化膜或不溶性 的腐蚀产物等，增大了体系的电阻，阻碍了电极反应的进行。主要发生在阳极上。 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)本色使并使其处于活化状态，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、除锈和获取一定程度粗糙度的表面等几部分。 10、常用表面淬火技术（感应加热、火焰加热、激光）的基本工作原理及特点； （1）感应加热：基本原理： 表面吸收功率p： (单匝线圈、高度为1cm的圆柱形工件) p?1.25?10?3r0i2(?f)1/2工件表面不易过热 .电流导入深度：?5.03?104淬硬层深度与频率的关系： ? ?f频 工频 10-15mm 深 率 中频 2-5mm 度 增