表面工程复习题答案

一、名词解释1.洁净表面：表面化学成分和体内相同。

表面吸附物的覆盖几率很低。

2.TLK模型：平台（Terrace）-台阶（Ledge）-扭折(Kink)模型。

基本思想是：在温度相当于0K 时，表面原子呈静态。

表面原子层可认为是理想平面，其中原子作二维周期排列，并且不存在缺陷和杂质。

当温度从0K升到T时，由于原子的热运动，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。

3.界面：固相之间分界面。

4.外延生长界面：在单晶体表面沿原来的结晶轴向生长成的新的单晶层的工艺过程，就称为外延生长。

形成的界面称为外延生长界面。

5.机械结合界面：指涂层和基体间的结合靠两种材料相互镶嵌在一起的机械连接形成6. 润湿：液体在固体表面上铺展的现象。

7. 边界润滑摩擦：对偶件的表面被一薄层油膜隔开，可使摩擦力减小2-10倍，并使表面磨损减少。

但是在载荷一大的情况下，油膜就会被偶件上的微凸体穿破，摩擦系数通常在0.1左右。

8.喷焊层的稀释率：一般将基材熔入喷焊层中的质量分数称为喷焊层的稀释率，用公式表示为η=B/(A+B) ，η为喷焊层的稀释率，A为喷焊的金属质量，B为基体熔化的金属质量。

9.自熔合金：就是在常规合金成分基础上加入一定含量的硼、硅元素使材料的熔点大幅度降低，流动性增强，同时提高喷涂材料在高温液态下对基材的润湿能力而设计的。

10.激光熔凝：就是用激光把基材表面加热到熔化温度以上，然后靠基材本身的导热使熔化层表面快速冷却并结晶的热处理工艺。

11.化学转化膜：如果介质是人为选定的，而且表面金属的这种自身转化能够导致生成附着牢固、在水和给定介质中难溶的稳定化合物，金属表面上这样得到的化合物膜层称为化学转化膜。

12.老化处理：钝化膜形成以后要烘干，称为老化处理。

13.发蓝处理：是使钢铁表面生成稳定的氧化物Fe3O4，可获得蓝黑色和黑色的氧化膜。

即钢铁的化学氧化俗称发蓝处理。

14.假转化型磷化：在磷化过程中，虽然钢铁基体发生溶解并参与反应，但磷化膜的金属离子主要有溶液提供，一般为Zn2+,Mn2+,Ca2+,中的一种或者两种。

所以称为假转化型磷化。

15.化学镀：又称为无电解镀，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。

16.物理气相沉积（PVD）：在真空条件下，通过各种物理方法产生的原子或分子沉积在基材上，形成薄膜或涂层的过程。

17.分馏现象：在同一环境温度（此即蒸发温度）下，合金中各元素的蒸气压不同，因此蒸发速率也不同，会产生分馏现象。

18.溅射镀膜：就是用高能离子轰击固体表面，使高能离子的能量传递给固体的原子，并使它们逸出表面沉积在基片上形成薄膜的方法。

19.化学气相沉积：化合物、单质气体通入放有基片反应室，借助气相作用或在基片上的化学反应生成薄膜的技术。

20.摩擦学三“定律”：（1）摩擦力与接触面的表观面积无关（2）摩擦力与两接触体的法向载荷成正比，即F=μN，μ是摩擦系数，认为是材料的常数。

（3）界面滑动摩擦力与滑动速度无关。

二、填空1.表面薄膜与涂层技术中基材与涂层材料间通常可形成（冶金结合）、（扩散结合）、（外延生长）、（化学键结合）、（分子间结合）、（机械结合）界面。

2.当（θ<900）时，称为润湿；当（θ=00）时，称为完全润湿；当（θ>900）时，称为不润湿；当（θ=1800）时，称为完全不润湿。

3.流体润滑的摩擦系数要（小）于边界润滑的摩擦系数，边界润滑的摩擦系数要小于（干）摩擦的摩擦系数。

4. 固体润滑是利用（剪切力）低的固体材料来减少（接触表面）间摩擦磨损的，常见的固体润滑材料有（石墨）、（FeS ）和（MoS2）。

5. 金属腐蚀的基本原理是形成（电解池），其中（阳）极腐蚀。

6. 表面淬火硬化层的深度可以用（金相）法、（硬度）法和酸蚀法标定。

7.在感应加热表面淬火、渗碳处理、氮化处理和渗硼处理工件中，（渗硼）的硬度最高，（氮化）的硬度次之，（感应加热表面淬火）的硬度最低。

8. 激光淬火与电子束淬火比较，（激光）淬火获得广泛应用，在淬火前表面要经过（黑化）处理。

电子束淬火必须在（真空）环境下应用。

9.热喷涂工艺主要包括（火焰）喷涂、（等离子）喷涂和（电弧）喷涂。

其中（电弧喷涂）只能用于导电的线材，（等离子喷涂）特别适合喷涂（高）熔点的材料。

10.热喷涂技术可应用于喷涂（耐腐蚀）涂层、（热障）涂层和耐（磨）涂层。

11. 热喷涂涂层和基材间为（机械结合）界面；热喷焊、堆焊涂层与基材间为（冶金结合）界面。

其中（热喷焊）和（堆焊）方法的涂层厚度较大，通常用于（修复）零件。

12.金属的电沉积包括（液相传质）、（电化学还原）和（电结晶）步骤。

13.化学镀镍层通常是一种（非晶态）镀层，此时镀层的硬度（低），电阻率（高），通常需要经过（一定温度下的热）处理来改善综合性能。

14铬酸盐钝化膜主要由不溶性的（三价）铬化合物和可溶性的（六价）铬化合物组成。

不溶性部分构成膜的（骨架），可溶性部分充填在内部。

（可溶性）部分非常重要，对破损的膜有修复作用。

15. 铝的阳极氧化膜的生长是两个过程的综合反映：一是阳极上的铝进行（氧化）反应生成（Al2O3），另一个过程是氧化膜不断（被电解溶解）。

16.阳极氧化的铝合金的主要着色方法有（自然显色）法、（吸附）着色法和（电解）着色法，其发色体在氧化膜的部位依次为（多孔层的夹壁中）、（氧化膜孔隙的上部）和（多孔层的底部）。

17.真空蒸镀薄膜的形成机理有（核生长）型、（单层生长）型和（混合生长）型。

18.蒸发镀膜高真空度的目的主要为：金属或非金属材料的（蒸发）温度下降，可以减少蒸汽原子和（残余气体）原子的（碰撞）。

19.为了获得所设计成分的合金或化合物薄膜，可以采用（瞬间蒸镀法）和（双（多））蒸发法。

20.常用的溅射镀膜方法有（直流）溅射、（射频）溅射和（磁控）溅射，其中（直流）溅射只能沉积金属膜，（射频）溅射能够沉积介质膜。

21.表面清理中常用的清理工艺过程为：脱脂→水洗→（化学侵蚀）→水洗→（中和）→水洗。

22.刷镀也称为（电刷镀、涂镀、局部镀、选择性电镀（任选其一）），其基本原理与电镀（完全相同），设备包括（直流）电源、（镀笔）和阳极包套。

23.金属表面产生极化的机理总共有三种，即（电化学）极化、（浓差）极化和（电阻）极化，其中（电阻）极化与电极表面生成具有保护作用的（氧化）膜、（钝化）膜或不溶性的腐蚀产物有关。

24.金属表面产生极化的机理总共有三种，即（电化学）极化、（浓差）极化和（电阻）极化，其中（电阻）极化与电极表面生成具有保护作用的（氧化）膜、（钝化）膜或不溶性的腐蚀产物有关。

25.铝、锌等金属覆层对钢铁材料属于（阳）极性金属涂层，可以对基体金属起到（机械保护和电化学）保护作用，而镍、铬、铜等金属覆层则属于（阴）极性金属涂层，对基体金属的仅起到（机械）保护作用。

26.激光淬火层的宽度主要由( 光斑直径D )决定，淬硬层深度由（激光功率P ）、（光斑直径D ）和（扫描速度v）共同决定。

27.激光熔凝处理特别适合于（灰口）铸铁和（球磨）铸铁的表面强化，原因是表面形成（白口）铸铁，显微硬度高达（1000~1100）HV, 耐磨性非常优越。

28.热浸锌和热浸铝广泛应用于大气环境中工作的钢铁工件上，从外表面至钢铁基体其结构依次为（纯金属）层和（合金）层。

29.化学镀有三种方式：（置换）沉积、（接触）沉积和（还原）沉积，一般意义上的化学镀主要指（还原）沉积。

30.铝的阳极氧化氧化膜的生成包括两个同时进行的过程，一个是（电化学）过程，形成氧化膜，另一个是（化学溶解）过程。

氧化膜的结构包括（无孔）层和（多孔）层。

31.铝合金的电解着色工艺中发色体位于氧化膜的（多孔层的底）部位，是由（金属胶体）组成的,最常用的是使用（锡）盐和（镍或锡-镍混合）盐着（古铜色或黑）色。

32.真空蒸镀薄膜的形成机理有（核生长）型、（单层生长）型和（混合生长）型。

33.溅射镀膜时的本底真空度约为（10-3）Pa, 分子束外延镀膜的本底真空度约为（10-8）Pa.34.直流溅射只能沉积（金属）膜，而不能沉积（介质）膜，原因在于靶面的（离子）电荷无法中和。

（射频）溅射可以克服直流溅射的局限，可以沉积任何固体薄膜，其使用的电源频率为（13.56 ）MHz.35.磁控溅射采用了（正交）电磁场，将（电子）运动束缚在靶面附近，提高了气体的（碰撞）效率，克服了电子使基片（过热）的缺点。

二、判断正误三、简答题1. 描述TLK表面晶体结构模型。

TLK模型：平台（Terrace）-台阶（Ledge）-扭折(Kink)模型。

基本思想是：在温度相当于0K时，表面原子呈静态。

表面原子层可认为是理想平面，其中原子作二维周期排列，并且不存在缺陷和杂质。

当温度从0K升到T时，由于原子的热运动，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。

形成原因：原子热运动。

2.描述Archard粘着磨损模型并推导Archard公式。

1953年Archard提出了一个普遍接受的定律，给出了磨损量与载荷、硬度和滑动距离之间的关系。

他认为磨损碎块（磨屑）是半球状的，直径为2r。

Ar=nπr2 n为接触点的数量。

Ar=W/σ, n=W/(σπr2)对直径2r的接触点来说，运动2r就可以把n接触点分离，这样的话，滑动单位距离分离的接触点为：Nu=n*1/2r=w/(2σπr3)因为并不是每个接触点都可以得到一个磨屑，因此，给出了几率为K, 滑动距离S,所产生总的磨损量（磨屑体积）V, V/S=K* Nu*VfVf=2/3πr3V=KWS /3 σy这就是粘着磨损定律的理论基础，K是磨损系数，是一个无量刚的系数。

上式也可以用硬度表示：V=KPS /H3. 固体渗硼件的组织和性能有什么特点。

组织：渗硼后的显微硬度曲线分为三个台阶，第一个台阶HV为2000左右，对应着FeB,第二个台阶HV为1400左右，对应着Fe2B，第三个台阶硬度较低，对应着扩散层与基体。

FeB 很脆，我们希望得到Fe2B，这也是理想的渗层。

渗硼件的性能特点：渗硼件硬度极高，耐磨、耐蚀、抗氧化性能好，而且摩擦系数小。

(1) 硬度 FeB显微硬度为1800—2200HV；Fe2B显微硬度为 1200-1800HV.钽的硼化物硬度高于3000HV，铝、钨、钼的硼化物硬度也都在2000HV以上。

钢中含碳量的增加可减少双相型渗硼层中FeB的相对含量并使FeB硬度降低。

(2) 强度与耐磨性钢件经渗硼处理后抗拉强度和韧性下降．但抗压强度提高。