表面工程复习题(2014)

一、名词解释

1、表面工程技术：指为满足特定的工作需求，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。

2、表面扩散：是指原子、分子、离子或原子团在固体表面沿表面方向的运动。

3、表面能：材料表面的内能，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。

4、吸附作用：物体表面上的原子或分子力场不饱和，有吸引力周围其它物质（主要是气体、液体）分子的能力。

5、磨损：指摩擦体接触表面的材料相对运动中由于机械力作用，间或有化学作用的使材料不断损耗的现象。

6、腐蚀：材料与环境介质作用而引起的恶化变质或破坏。

7、极化：腐蚀电池工作时，阴、阳极之间有电流通过，使得电极电位值与初始电位值有一定的偏离，使阴、阳极之间的电位差比初始电位差要小得多的现象。

8、钝化：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。

9、表面淬火：采用特定的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，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。

10、喷丸强化：利用高速喷射的细小弹丸在室温下撞击到受喷工件的表面，是表层材料在再结晶温度下产生弹、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。

11、热扩渗：是指将工件放在特殊介质中加热，是介质中某一种或几种元素渗入工件表面，形成合金层的工艺。

12、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。

13、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，涂层内部颗粒之间的冶金结合，消除空隙。

14、堆焊：是指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。

15、电镀：指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，以欲镀金属或其他惰性导体为阳极，通过电解作用，在基体表面上获得结合牢固的金属膜的表面工程技术。

16、化学镀：在无外加电流的状态下，借助合金的还原剂，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。

17、转化膜技术：将金属工件浸渍于处理溶液中，通过化学或电化学反应，是被处理金属表面发生溶解并与处理溶液发生反应，在金属表面上形成一层难溶的化合物膜层。

18、阳极氧化：金属或电化学的氧化

19、物理气相沉积：在真空的条件下，以各种物理方法产生的原子或分子沉积在基体材料上，形成薄膜或涂层的过程。

20、真空蒸发镀膜：把待镀膜的基体或工件置于高真空室内，通过加热使蒸发材料汽化（或升华），以原子、分子或原子团离开熔体表面，凝聚在具有一定温度的基片或工件表面，并冷凝成薄膜的过程。

21、溅射镀膜：用高能粒子轰击固体表面，通过能量传递，使固体的原子或分子逸出表面并沉积在基片或工件表面成薄膜的方法。

22、离子镀膜：在真空的条件下，应用气体放电实现镀膜，即在真空室内使气体或蒸发物质电离，在气体的离子或蒸发物质的离子的轰击下，使蒸发物或其反应物蒸镀在基体上的方法。

23、化学气相沉积：是把一种或几种含有构成薄膜元素的化合物、单质气体通入有基片的反应室，借助气相作用或在基片上的化学反应生成所希望的薄膜。

二、简答题

1、表面工程技术的特点与意义；

（1）主要作用在基材表面，对远离表面的基材内部组织与性能影响不大。因此，可以制备表面性能与基材性能相差很大的复合材料。

（2）采用表面涂(镀)、表面合金化技术取代整体合金化，使普通、廉价的材料表面具有特殊的性能，不仅可以节约大量贵重金属，而且可以大幅度提高零部件的耐磨性和耐蚀性，提高劳动生产率，降低生产成本。

（3）可以兼有装饰和防护功能，有力推动了产品的更新换代。

（4）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技术。

（5）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。

（6）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。

2、表面粗糙度的两种常用表达方式及含义；

粗糙度：加工表面所具有的微小凹凸和微小峰谷所组成的微观几何形状。表达方式：轮廓的算术平均值Ra和真实面积Ai和投影面积Al的比值。

3、TLK模型的基本思想；

基本思想：在温度相当于0K时，表面原子结构呈静态。

平台—台阶—扭折的表面晶体结构模型

4、写出Young方程，并用图示法说明“润湿”与“不润湿”；

Young方程：

润湿的定义：

5、最常见的磨损种类；

粘着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损、疲劳磨损、微动磨损、冲蚀磨损和高温磨损6、腐蚀按材料腐蚀原理可分为哪两类？

化学腐蚀和电化学腐蚀

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；

2）、电化学保护；

3）、表面覆层和表面处理；

4）、加入缓蚀剂。

8、产生极化的机理；

1）、电化学极化：由于电极上的电化学反应速度小于电子运动速度而造成的极化。2）、浓差极化：由于溶液中的物质扩散速度小于电化学反应速度而造成的极化。3）、电阻极化:由于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，相当于增大了体系的电阻，使电极反应的进行受阻，进而使电极电位发生变化。

9、表面预处理的作用及主要工序；

表面预处理是表面工程技术能否成功实施的关键因素。主要工序包括：机械性清理，脱脂，化学浸蚀、抛光和电化学抛光，脱脂—浸蚀综合处理等。

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；感应加热淬火技术

基本工作原理：

将工件放在有足够功率输出的感应线圈中，在高频交流磁场的作用下，产生很大的感应电流，并由于集肤效应而集中分布于工件表面，使受热区迅速加热到钢的相变临界温度Ac3或Ac cm之上，然后再冷却介质中快速冷却，使工件表层获得马氏体。

特点：

(优点)：1）加热迅速、热效率高、过渡区较窄、淬火层压应力大；

2）可大幅度提高材料表面硬度、耐磨性和疲劳强度。

(缺点)：1）设备成本较高；

2）尖角效应；

3）一般只适合形状简单的零件。