现代表面技术复习重点

现代表面技术钱苗根，姚寿山，张少宗编著第一章表面技术概论1．表面技术的主要提高路径：施加各种覆盖层（电镀，化学镀，涂装，粘结，堆焊，熔结，热喷涂，塑料粉末涂覆，热浸镀，真空蒸镀，溅射镀，离子镀，化学气相沉积，分子束外延，离子束合成薄膜技术等）和表面改性技术（喷丸强化，表面热处理，化学热处理，等离子扩渗处理，激光表面处理，电子束表面处理，高密度太阳能表面处理，离子注入表面改性等）。

第二章表面科学的某些基本概念和理论1．固体材料的界面有三种：表面（固体材料与气体或液体的分界面）；晶界，或亚晶界（多晶材料内部成分、结构相同而取向不同晶粒或亚晶之间的界面）；相界（固体材料中成分、结构不同的两相之间的界面）2．表面的两种对象：清洁表面（是指不存在任何污染的化学纯表面，即不存在吸附、催化反应或杂质扩散等一系列物理、化学效应的表面）、实际表面（暴露在未加控制的大气环境中的固体表面，或者经过一定加工处理保持在常温和常压下的表面）。

3．清洁表面在几个原子层范围内的偏离三维周期性结构的主要特征有：表面弛豫、表面重构和表面台阶结构。

4．实际表面的一些重要情况：①表面粗糙度，是指加工表面上具有较小间距的峰和谷所组成的微观几何形状特征；②贝尔比层和残余应力，具有较高的耐磨性和耐蚀性；③表面氧化和吸附、沾污，吸附有物理和化学吸附。

第三章电镀和化学镀1．电镀是指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出来，形成镀层的一种表面加工方法。

2．电镀液的组成及作用：主盐，提供金属离子；络合剂，形成络合物，提高阳极开始钝化电流密度；附加盐，提高电镀液的导电性；缓冲剂，稳定溶液酸碱度的物质；阳极活化剂，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的溶解；添加剂，显著改善镀层的物质。

3．电镀溶液的分散能力是指电镀液中所具有的使金属镀层厚度均匀分布的能力，也称均镀能力；镀液的分散能力越好，在不同阴极部位所沉积出的金属层厚度就越均匀。

4．电镀液的覆盖能力，亦称深镀能力，是指电镀液所具有的使镀件深凹处沉积上金属镀层的能力。

分散能力和覆盖能力不同，前者说明金属在阴极表面均匀分布程度的问题，它的前提是在阴极表面都有镀层；后者是指金属在阴极表面深凹处有无沉积层的问题。

5．极化，是指有电流通过电极时，电极电位偏离平衡电极电位的现象；产生极化作用的原因主要是电化学极化和浓差极化。

6．金属的电沉积过程：液相传质，镀液中的水化金属离子或络离子从溶液内部向阴极界面迁移到达另一侧；电化学反应，阴极上得到电子生成金属原子；电结晶，金属原子在金属表面扩散到达结晶生长点，以金属原子态排列在晶格内，形成镀层。

电镀的三个步骤同时进行，但速度不同，速度最慢的一个被称为整体过程的控制性环节。

7．电镀合金，在阴极上同时沉积出两种或两种以上金属，形成结构和性能符合要求的镀层的工艺过程。

电镀合金的两个条件：①两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；②两种金属的析出电位要十分接近。

8．合金共沉积的类型：正则共沉积（扩散控制）、非正则共沉积（阴极电位控制）、平衡共沉积（化学平衡镀液）、异常共沉积（电位较负金属优先沉积）、诱导共沉积（铁诱导）。

9．电刷镀优缺点：优点①设备简单，携带方便，不需要镀槽设备②工艺简单，操作方便，适合不解体机件的现场维修和野外抢修③镀层种类多，与基体材料的结合力强，力学性能好，能保证满足各种维修性能的要求④沉积速度快，但必须采取高电流密度操作。

缺点：劳动强度大，消耗镀液多，消耗阳极包缠材料。

10．化学镀是指在没有外电流通过的情况下，利用化学方法使溶液中的金属离子还原为金属并沉积在基体表面，形成镀层的一种表面加工方法。

第四章金属的化学处理1．金属的化学处理是指通过化学或电化学手段，使金属表面形成稳定的化合物膜层的方法。

经过化学处理生成的膜层称之为化学转化膜。

化学成膜的机理是金属与特定的腐蚀液接触而在一定条件下发生化学反应，由于浓差极化作用和阴极极化作用等，使金属表面生成一层附着力良好的，能使金属不易受水和其他腐蚀介质影响的化合物膜。

2．钢铁的化学氧化是指钢铁在含有氧化剂的溶液中进行处理，使其表面生成一层均匀的蓝黑到黑色膜层的过程，也称钢铁的发蓝或发黑。

根据处理温度的高低，可分为高温化学氧化和常温化学氧化。

3．高温化学氧化得到的是以磁性氧化铁（四氧化三铁）为主的氧化膜，一般只有0.5—1.5μm，对尺寸精度基本无影响，因此在精密仪器、光学仪器、武器及机器制造业得到应用。

4．铝及铝合金的化学氧化：可作为有机涂层的底层，但其耐磨性和耐蚀性均不如阳极氧化膜好。

优点：设备简单，操作方便，生产效率高，不消耗电能，成本低，该方法适用于不适合阳极氧化的铝制品的表面处理。

5．阳极氧化是指在适当的电解液中，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。

6．铝及其合金的阳极氧化膜形成机理：电解液为中等溶解能力的酸性溶液，铅作为阴极仅仅起到点作用。

铝及其合金进行阳极氧化时，在阳极发生的反应：H2O-2e→O+2H+2Al+3O→Al2O3阴极发生反应：2H++2e→H2↑同时酸对铝和生成的氧化膜进行化学溶解，反应如下2Al+6H+→2Al3++3H2↑；Al2O3+6H+→2Al3++3H2O氧化膜的生成与溶解同时进行，氧化初期，膜的生长速度大于溶解速度，膜的厚度不断增加；随着厚度增加，其电阻增大，结果使膜的生长速度减缓，一直到与膜的溶解速度相等时，膜的厚度才为一定值。

7．把金属放入含有锰，铁，锌的磷酸盐溶液中进行化学处理，使金属表面生成一层难溶于水的磷酸盐保护膜的方法，叫做金属的磷酸盐处理，简称磷化。

磷化膜层为微孔结构，与基体结合牢固，具有良好的吸附性、润滑性、耐蚀性、不粘附熔融金属性及较高的电绝缘性。

主要用作涂料的底层、金属冷加工时的润滑层、金属表面保护层及用作电机硅钢片的绝缘处理，压铸模具的防粘处理。

第五章表面涂敷技术1．涂料主要由成膜物质，颜料，溶剂和助剂四部分组成。

成膜物质一般是天然树脂，天然油脂和合成树脂，在涂料组成中能形成涂膜的主要物质，是决定涂料性能的主要因素。

颜料能使涂膜呈现颜色和遮盖力，还可增强涂膜的耐老化和耐磨性以及增强膜的防蚀，防污等能力。

溶剂，使涂料保持溶解状态，可使涂膜具有均衡的挥发速度，以使膜平整和光泽，还可消除膜的针孔，刷痕等缺陷。

助剂，虽然在涂料中用量小，但对储存、施工及涂膜的物理性质有明显的作用。

C04-22．胶黏剂可粘接各种材料，特别适合于粘结弹性模量与厚度相差较大，不宜采用其他方法连接的材料，以及薄膜、薄片材料等，也可作为修补零部件的一种方法。

3．优点：粘结工艺适用范围广，能粘涂各种不同的材料，粘涂层厚度可以从几十微米到几十毫米，并且具有良好的结合强度。

在修复应用方面，除一般零件外，粘涂对难于或无法焊接的材料制成的零件，薄壁零件，复杂形状的零件，具有爆炸危险的零件以及需要现场修复的零件等也可使用。

……粘涂是材料或零件表面的一种强化手段，也可使表面获得某种特殊的功能。

此外粘涂在修补方面有重要的应用，零件划伤、铸造缺陷、裂纹、磨损、腐蚀以及许多特殊情况部件的修复或修补。

4．堆焊，是在金属材料或零件表面熔焊上耐磨、耐蚀等特殊性能的金属层的一种工艺方法。

通过堆焊可以修复外形不合格的金属部件及产品，或制造双金属零部件。

所有堆焊材料可归纳为铁基，镍基，钴基，碳化钨基和铜基等几种类型。

6．热喷涂特点、形成机理以及涂层结构：使用范围广，工艺灵活，涂层厚度可调试范围大，工件受热程度可控，生产率高；热喷涂材料被加热到融化或半融化状态，随后熔滴雾化被推向前喷射飞行以一定的动能冲击基体表面产生强烈碰撞展平成扁平状涂层并瞬间凝固，每隔0.1S涂层薄片相继形成，最后形成层状结构的涂层；热喷涂层是由无数变形粒子相互交错呈波浪式堆叠在一起的层状组织结构，涂层中伴有氧化物和夹杂。

7．热喷涂预处理基体表面的粗话处理：基体表面的粗化处理时提高涂层与基体表面机械结合强度的一个重要措施，常用的方法包括喷砂法，机械加工法，化学腐蚀法，电弧法。

8．熔结。

将涂层熔化，凝结于金属表面，可以是直接喷焊，也可以是先喷后熔，冷凝后形成与基体具有冶金结合的表面层。

通常把这种表面冶金强化方法简称为熔结。

熔结的方法有氧-乙炔焰喷焊（最常用）、等离子堆焊、真空熔结、火焰喷涂后激光加热重熔等。

9．热浸镀。

镀层金属的熔点必须远远低于基体金属，如锡、锌、铅、铝、Al-Sn 等。

第六章表面改性技术1．表面形变强化，表面淬火，表面化学热处理的异同点：相同点，表面改变心部不变，前两个成分不变；不同点：表面最后形成的组织变化不同，处理结束后表面成分不同，表面缺陷密度不同，各自生产周期不同，生产成本不同，设备复杂简单不同。

2．金属表面的形变强化。

基本原理是通过机械手段（滚压，内挤压和喷丸等）在金属表面产生压缩变形，使表面形成形变硬化层。

3．表面热处理是指仅对零件表层加热、冷却，从而改变表层组织和性能而不改变成分的一种工艺；表面热处理工艺包括：感应加热淬火，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，高密度能量的表面淬火及表面保护热处理等。

4．感应加热表面淬火，频率越高，淬火深度越浅，高频100-500K，超音频20-100K，中频1.5-10K，工频50Hz。

5．金属表面化学热处理。

基本工艺过程是：将工件置于含有渗入元素的活性介质中加热到一定温度，使活性介质通过分解并释放出欲渗入元素的活性原子、活性原子被表面吸附并融入表面、融入表面的原子向金属表层扩散渗入形成一定厚度的扩散层，从而改变表层的成分和组织性能。

金属表面化学热处理的目的：提高金属表面的强度、硬度和耐磨性；提高材料疲劳强度；使金属表面具有良好的抗粘着、抗咬合能力和降低摩擦系数；提高金属表面的耐蚀性。

子和中性粒子所组成的集合体。

8．离子渗氮，又称为辉光离子渗氮，是一种在压力低于105Pa的渗氮气氛中利用工件和阳极间稀薄含氮气体产生辉光放电进行渗氮的工艺。

9．激光的特点：高方向性，高亮度性，高单色性。

10．激光表面处理技术。

激光处理前表面的预处理，磷化、黑化和涂覆红外能量吸收材料主要目的是提高材料表面对激光的吸收率。

11．离子注入表面改性。

离子注入是将所需物质的离子在电场中加速后高速轰击工件表面使之注入工件表面一定深度的真空处理工艺。

离子注入产生沟道效应和辐照损伤。

特征：可注入任何元素且不受固溶度和扩散系数的影响；离子注入温度和注入后温度可以任意控制，且在真空中进行，不氧化不变形不发生退火软化，表面粗糙度无变化，可作为最终热处理；可控性和重复性好；可获得两层或两层以上性能不同的复合材料；缺点包括：注入层薄，离子只能直线行进不能绕行，对于复杂和有内孔的零件不能进行离子注入，设备造价高。