表面工程期末复习

一、名词解释

表面改性：用各种物理、化学等方法处理表面，使之组成、结构发生变化，从而改变性能。沟道效应：当高能离子沿晶体的主晶轴方向注入时，可能与晶格原子发生随机碰撞，若离子穿过晶格同一排原子附近而偏转很小并进入表层深处，这种现象称为沟道效应。

理想固体表面：一种理论的结构完整的二维点阵平面。忽略了晶体内部周期性势场在晶体表面中断的影响，也忽略表面上原子的热运动以及出现的缺陷和扩散现象，又忽略表面外界环境的作用等。

离子镀：在真空条件下，利用气体放电使气体或被蒸发物质部分离化，在气体离子或被蒸发物质离子轰击作用的同时把蒸发物或其反应物沉积在基体上。

阳极氧化：在适当的电解液中，以金属作为阳极，在外加电流作用下，使其表面生成氧化膜的方法。

二、填空题

1.堆焊材料可归纳为铁基、镍基、钴基、碳化钨基、铜基五种类型

2.化学气相沉积（CVD)技术分为热激发CVD、低压CVD、等离子体CVD、激光（诱导）CVD、金属有机化合物CVD

3.清洁表面结构的主要缺陷形式为弛豫、重构、偏析、化学吸附、化合物、台阶六种形式

4.按磨损机理划分，磨损分为磨粒磨损、粘着磨损、冲蚀磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损、微动磨损、高温磨损七种

5.电镀时合金共沉积的类型为正则共沉积、非正则共沉积、平衡共沉积、异常共沉积、诱导共沉积

6.铝及铝合金的阳极氧化方法硫酸阳极氧化、铬酸阳极氧化、草酸阳极氧化、硬质阳极氧化、瓷质阳极氧化

7.钢铁高温氧化得到以磁性氧化铁（Fe3O4)为主的氧化膜；钢铁常温氧化得到以CuSe 为主的氧化膜

三、简答题

1.简述自熔性合金的特点

（1）绝大多数的自熔性合金是在镍基、铬基、铁基合金中添加适量的硼、硅元素而制得，并且通常为粉末状。

（2）加热熔化时，B、Si扩散到粉末表面，与氧反应生成硼、硅的氧化物，并与基体表面的金属氧化物结合生成硼硅酸盐，上浮后形成玻璃状熔渣，因而具有自行脱氧造渣的能力。（3）B、Si与其它元素形成共晶组织，使合金熔点大幅度降低，通常在900℃~1200℃之间，低于钢铁等基体金属的熔点。

（4）B、Si的加入，使液相线与固相线之间的温度区域展宽，一般为100℃~150℃，提高了熔融合金的流动性。

2.电镀液的组成及各组分的作用

1）主盐：主盐是指镀液中能在阴极上沉积出所要求镀层金属的盐，用于提供金属离子；2）络合剂：细化镀层晶粒，改善镀层分散能力和覆盖能力，同时影响镀层的沉积速度；3）附加盐：提高电镀液的导电性，对主盐中的金属离子不起络合作用；

4）缓冲剂：稳定溶液的酸碱度；

5）阳极活化剂：促进阳极活化，提高阳极开始钝化的电流密度，从而保证阳极处于活化状态而能正常地溶解；

6）添加剂：不会明显改变镀层导电性，而能显著改善镀层性能。

3.电镀的概念，电镀二元合金时实现共沉积的条件

电镀是指在含有欲镀金属金属的盐类溶液中，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出来，形成镀层的一种表面加工方法。

电镀二元合金时实现共沉积的条件：第一，两种金属中至少有一种金属能从其盐类的水溶液中沉积出来。第二，两种金属的析出电位要十分接近，如果相差太大的话，电位较正的金属将优先沉积，基本完全排斥电位较负金属析出。

4.金属表面化学热处理的概念，金属表面化学热处理实现渗金属的条件

金属表面化学热处理是利用元素扩散性能，使合金元素渗入金属表层的一种热处理工艺。金属表面化学热处理实现渗金属的条件：

1）渗入金属必须是碳化物形成元素，即渗入元素与工件表层中的碳结合形成金属碳化物2）为了获得碳化物层，基材的碳的质量分数必须超过0.45%

5.等离子体的特点及实现离子镀的必要条件

等离子体是一种电离度超过0.1%的气体，是由离子、电子和中性粒子（原子和分子）所组成的集合体。等离子体整体呈中性，但含有相当数量的电子和离子，表现出相应的电磁学等性能，如等离子体中有带电粒子的热运动和扩散，也有电场作用下的迁移。

实现离子镀的必要条件：①造成一个气体放电的空间；②将镀料原子（金属原子或非金属原子）引进放电空间，使其部分离化。

四、论述题

1.用溅射和沉积理论说明离子渗氮的机理

离子渗氮时，渗氮层是通过反应阴极溅射形成的。在真空炉内，稀薄气体在阴极、阳极间的直流高压下形成等离子体，N+、H+、NH3+等正离子轰击阴极工件表面，轰击的能量可加热阴极，使工件产生二次电子发射，同时产生阴极溅射，从工件打出C、N、O、Fe等。Fe 能与阴极附近的活性氮原子形成FeN，由于背散射又沉积到阴极表面，FeN分解，FeN→Fe2N →Fe3N→Fe4N，分解出的氮原子大部分渗入工件表面内，一部分返回等离子体区。

2.比较物理气相沉积三种方法的原理与特点

物理气相沉积法主要有真空蒸镀、溅射和离子镀。

真空蒸镀：在真空中加热使金属、合金或化合物蒸发，然后凝结在基体表面上的方法叫真空蒸镀。

溅射：溅射是利用高速正离子轰击某一靶材（阴极），使靶材表面原子以一定能量逸出，后在工件表面沉积的过程。

离子镀：离子镀借助于一种惰性气体的辉光放电使欲镀金属或合金蒸发离子化，并在这些荷能离子轰击基体（工件）表面并同时沉积在其上形成镀膜。

三种方法的比较如下：

1）、从沉积粒子能量（中性原子）来看，真空蒸镀为0.1-1eV，溅射为1-10eV，离子镀为0.1-1eV（此外还有高能中性原子）。

2）、从沉积速率来看，真空蒸镀为0.1-70μm/m i n，溅射为0.01-0.05μm/m i n(磁控溅射接近于真空蒸镀)，离子镀为0.1-50μm/m i n。

3）、从膜层特点看，真空蒸镀低温时密度小但表面光滑、气孔低温多、附着性不太好、内应力为拉应力绕射性差；溅射密度大、气孔少但混入溅射气体较多、附着性较好、内应力为压应力、绕射性差；离子镀密度大，无气孔但膜层缺陷较多，附着性很好，内应力视工艺条件而定，绕射性较好。

4）、从被沉积物质的气化方式看，真空蒸镀为电阻加热、电子束加热感应加热、激光加热等；溅射的镀料原子不是靠加热方式蒸发，而是靠阴极溅射由靶材获得沉积原子；离子镀可以分为蒸发式或者溅射式，蒸发式为电阻加热、电子束加热、感应加热、激光加热等，溅射式由进入辉光放电空间的原子由气体提供，反应