表面工程复习题及答案~

“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。

表面能：严格意义上指材料表面的内能，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等。

洁净表面：材料表层原子结构的周期性不同于体内，但其化学成分仍与体内相同的表面。

清洁表面：一般指零件经过清洗(脱脂、浸蚀等)以后的表面。

区别：洁净表面允许有吸附物，但其覆盖的几率应该非常低。

洁净表面只有用特殊的方法才能得到。

清洁表面易于实现，只要经过常规的清洗过程即可。

洁净表面的“清洁程度”比清洁表面高。

吸附作用：物体表面上的原子或分子力场不饱和，有吸引周围其它物质(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：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、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)比初始电位差要小得多的现象。

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。

(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。

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。

(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，在基体表面上获得结合牢固的金属膜的表面工程技术。

化学镀：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。

复合电镀：在电镀或化学镀溶液中加入非溶性的固体微粒，并使其与主体金属共沉积在基体表面，或把长纤维埋入或卷缠于基体表面后沉积金属，形成一层金属基的表面复合材料的过程。

(弥散镀、分散镀)
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。

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：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。

二、简答题
1、表面工程技术的内涵(分类)；
表面改性技术、表面合成材料技术、表面加工技术、表面加工三维合成技术2、表面工程技术的特点与意义；
表面工程技术具有一般整体材料加工技术不具备的优点。

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。

3、表面工程技术中结合界面的类型及其结合强度的特点；
1）冶金结合界面特点：结合强度很高，可以承受较大的外力或载荷，不易在服役过程中发生剥落。

2）扩散结合界面特点：覆层与基材之间的成分梯度变化，并形成了原子级别的混合或合金化。

3）外延生长界面特点：理论上应有较好的结合强度。

具体取决于所形成的单晶层与衬底的结合键类型，如分子键、共价键、离子键或金属键等。

4）化学键结合界面特点：结合强度较高，界面的韧性较差，表面发生粘连、氧化、腐蚀等化学作用也会产生化学键结合界面。

5）分子键结合界面特点：覆层与基材(或衬底)之间未发生扩散或化学作用。

结合强度较低。

6）机械结合界面特点：结合强度不高，但可起辅助作用。

4、固体表面的吸咐的种类及特点；
固体表面的吸附可分为物理吸附和化学吸附两类。

5、写出 Young 方程并说明“润湿”与“不润湿”；
Young 方程：
Young 方程反映了润湿角的大小与三相界面张力之间的定量关系：
5、表面粗糙度的两种常用表达方式；
6、最常见的磨损种类；如何通过表面技术提高耐磨性？
磨损分为七类：
粘着磨损
磨粒磨损
最基本的
疲劳磨损
腐蚀磨损
微动磨损
冲蚀(包括气蚀)磨损
高温磨损
提高零件耐磨性的途径：
1）工程结构的合理设计
2）零件磨损机理预测、分析和耐磨材料的选择
3）材料表面耐磨与减摩处理
7、腐蚀按材料腐蚀原理可分为哪两类？
化学腐蚀、电化学腐蚀
8、金属腐蚀的主要形式；金属材料腐蚀控制及防护方法；
金属腐蚀的主要形式：局部腐蚀、全面腐蚀和在机械力作用下的腐蚀。

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．表面覆层及表面处理4．加入缓蚀剂
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、形成热扩渗层的基本条件；
1)渗入元素必须能够与基体金属形成固溶体或金属间化合物。

2)欲渗元素与基材之间必须有直接接触。

3)被渗元素在基体金属中要有一定的渗入速度。

4)(对靠化学反应提供活性原子的热扩渗工艺)该反应必须满足热力学条件。

(产生活性原子；
反应平衡常数>1%。

)
11、热扩渗层的形成机理；
1)产生渗剂元素的活性原子并提供给基体金属表面。

活性原子的提供方式：热激活能法、化学反应法（常用方法）。

2)渗剂元素的活性原子吸附在基体金属表面上，随后被基体金属所吸收，形
成最初的表面固溶体或金属间化合物，建立热扩渗所必须的浓度梯度。

3)渗剂元素原子向基体金属内部扩散，基体金属原子也同时向渗层中扩散，
使扩渗层增厚，即扩渗层成长过程(简称扩散过程)。

扩散的机理：间隙式扩散、置换式扩散和空位式扩散机理。

12、常用的热浸渗方法及用；
热浸渗工艺种类：
溶剂法(湿法和干法)、氧化还原法(森吉米尔法)。

两种方法是按脱脂除锈、表面保洁方式来分类的。

热扩渗锌层具有良好的耐腐蚀能力，更高的硬度和耐磨性。

渗铝是一种既可以保持工件的基体韧性，又可以提高表面的抗氧化和耐腐蚀能力的方法。

热浸锌层的耐腐蚀性能：保护膜保护，阴极保护作用。